一個(gè)比喻，秒懂5G、LPWAN、SDN、NFV等通信熱詞

　　5G、LPWAN、SDN、NFV、TSN…這些層出不窮的新鮮名詞都與物聯(lián)網(wǎng)中的“網(wǎng)”有關(guān)，你是否對(duì)它們有所耳聞?你是否能說(shuō)出它們的全稱?你是否了解它們各自的含義?

　　為了恢復(fù)通訊技術(shù)的“簡(jiǎn)”與“美”，在這篇文章中，我嘗試使用最為通俗易懂的語(yǔ)言，讓你在不需要大量CT(通信技術(shù))和IT(信息技術(shù))知識(shí)的情況下，亦理解這些技術(shù)的內(nèi)涵。從“外行看熱鬧”到“內(nèi)行看門道”就是本文的初心了。

　　一個(gè)比喻，串聯(lián)各種通信領(lǐng)域熱詞

　　話不多說(shuō)，進(jìn)入正題。為了更直觀的體現(xiàn)各種最新通信技術(shù)的關(guān)系和比較，我以郵寄快遞包裹的過(guò)程為例進(jìn)行說(shuō)明。

　　雖然最終用戶的核心需求是把各種包裹寄到目的地，在選定了一家快遞公司之后，用戶并不用關(guān)心這家公司到底使用哪種交通工具、海陸空哪種運(yùn)送方式、快遞小哥是中日韓哪種混血兒…這些細(xì)節(jié)，但不同快遞公司之間畢竟有價(jià)格差異，服務(wù)水平也不同，用戶有必要了解基本的快遞過(guò)程，比如“功耗”、“帶寬”、“可靠性”、“成本”等，做到對(duì)快遞支出心中有數(shù)。

　　各種通信技術(shù)在不同設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù)的過(guò)程，就跟快遞公司遞送包裹的過(guò)程如出一轍，各司其職完成分工協(xié)作。在這里，如果將數(shù)據(jù)比喻成貨物，通信網(wǎng)絡(luò)比喻成道路，攜帶數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文比喻成送貨車輛，那么故事就這樣開(kāi)始：

　　1. 先從快遞的“入口”說(shuō)起，NB-IoT、TSN、Zigbee、WiFi等等這些通信協(xié)議，專供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，就像各種快遞貨車一樣，解決的是如何從各種終端設(shè)備中，將數(shù)據(jù)包裹遞送到就近的分揀站。

　　比如NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))這個(gè)類型的貨車發(fā)車間隔長(zhǎng)，各個(gè)車輛的貨箱很小，雖然一次裝不了多少包裹，但卻極為省油，運(yùn)輸成本很低。

　　TSN(時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò))這類車輛專門遞送智能工業(yè)和智能汽車領(lǐng)域?qū)r(shí)間極為敏感、要求實(shí)時(shí)送達(dá)的包裹。為了解決實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，TSN定制了一種特殊的快遞車型，就像電影《黑衣人》中秒變火箭的飛行汽車一樣，保證送貨車輛的速度和時(shí)效。

　　2. 在取貨的過(guò)程中，遇到大數(shù)據(jù)量，對(duì)傳輸速度要求較高的數(shù)據(jù)包裹時(shí)，普通的快遞貨車不夠用了，這時(shí)就需要有線標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、3G/4G、以及5G中相應(yīng)的寬帶通訊技術(shù)登場(chǎng)了。它們提供的交通工具是輪船、火車和飛機(jī)，傳輸距離長(zhǎng)、載貨量大、服務(wù)質(zhì)量高。

　　這時(shí)就需要用到NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)，它對(duì)道路本身進(jìn)行了優(yōu)化，在不改變?cè)谢A(chǔ)設(shè)施的情況下，解決了道路承載靈活性的問(wèn)題。當(dāng)有特殊快遞需求時(shí)，NFV可以快速建起一條虛擬道路，當(dāng)車輛通過(guò)之后，虛擬道路取消，相關(guān)資源釋放回資源池。NFV還可以創(chuàng)造虛擬警察，讓劫匪難以下手。

　　看到這里，相信你對(duì)各種技術(shù)在整個(gè)縱向的信息傳遞流程中，各自解決什么問(wèn)題已經(jīng)有了大致的了解。接下來(lái)我將聚焦核心趨勢(shì)，主要包括5G、軟件定義網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)，把相關(guān)的重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行分組，橫向談?wù)勊鼈兏髯缘氖姑?/p>

　　寬、窄、快、慢都支持的5G

　　老百姓對(duì)5G的印象是它比現(xiàn)有的4G快上10-100倍，但是5G帶來(lái)的可不只是網(wǎng)速的飛升，還有一大堆技術(shù)名詞，包括uRLLC、eMBB、mMTC等以及向5G演進(jìn)的NB-IoT、eMTC、LTE-V等，有數(shù)十種之多，令人感覺(jué)云里霧里，晦澀難懂。

　　其實(shí)對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，相比網(wǎng)速更重要的是5G在網(wǎng)絡(luò)能力上的提升，它將可承載更多種類的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)各種通信場(chǎng)景的需求。為了解決這一問(wèn)題，與4G有明顯不同，5G使用創(chuàng)新性的思維，能同時(shí)支持高帶寬和窄帶寬、低時(shí)延和高時(shí)延這些“兩極分化”的場(chǎng)景，可以說(shuō)是能寬能窄、能快能慢地應(yīng)對(duì)終端需求。

　　5G中窄帶的分支，從現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中熱門的eMTC(增強(qiáng)型機(jī)器對(duì)機(jī)器通信)和NB-loT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))演進(jìn)而來(lái)，圖中的Cat M/Cat NB就是其演進(jìn)的路徑，未來(lái)實(shí)現(xiàn)在每平方公里百萬(wàn)級(jí)終端接入和超低功耗、超低成本的mMTC場(chǎng)景。這些低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)LPWAN代表性技術(shù)的一個(gè)核心功能是對(duì)“物”的感知數(shù)據(jù)的傳輸，而所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)基本上具有“小包、低頻”的特點(diǎn)。這些小批量的數(shù)據(jù)卻是用戶直接業(yè)務(wù)所需要的，可以說(shuō)是“直擊”用戶業(yè)務(wù)痛點(diǎn)。當(dāng)然，這個(gè)窄帶的分支一般不承載關(guān)鍵性的高可靠業(yè)務(wù)，可以承擔(dān)大量并不要求實(shí)時(shí)性、敏感性的通信任務(wù)，作為5G“慢”的場(chǎng)景支持。

　　別看這么多場(chǎng)景，5G能夠在一張網(wǎng)絡(luò)上承載寬、窄、快、慢各種“兩極分化”的場(chǎng)景，可以說(shuō)是全新的變革。

　　立足于軟硬“解耦”的軟件定義網(wǎng)絡(luò)

　　SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))和NFV(網(wǎng)絡(luò)虛擬化)無(wú)疑是當(dāng)下IT領(lǐng)域最為炙手可熱的趨勢(shì)。在不久之前剛剛結(jié)束的巴塞羅那MWC展會(huì)上，幾乎所有CT與IT廠商均把SDN與NFV作為降低通信成本的戰(zhàn)略方向，提出了針對(duì)性的產(chǎn)品和方案。

　　也許這組詞匯讓你覺(jué)得有些陌生。如果探究SDN和NFV的內(nèi)在邏輯，其實(shí)很簡(jiǎn)單，核心的思維是“分離”和“解耦”。SDN將控制平面(可以簡(jiǎn)單理解為上述例子中的車輛調(diào)度)和數(shù)據(jù)平面(例子中道路上行駛的車流)進(jìn)行了分離，NFV將網(wǎng)絡(luò)中使用的軟、硬件進(jìn)行了分離，各自解耦發(fā)揮最大功效。

　　推動(dòng)SDN和NFV發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自數(shù)據(jù)中心和廣域WAN，但它們的存在，可供物聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景借鑒和使用。SDN和NFV解決了物聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務(wù)靈活性和敏捷性的需求。面對(duì)迭代越來(lái)越快的通信技術(shù)，不停更新硬件和基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)跟上時(shí)代的腳步并不現(xiàn)實(shí)，因此就需要讓控制和軟件發(fā)揮作用，滿足千變?nèi)f化的業(yè)務(wù)需求，加快部署時(shí)間、提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，同時(shí)確保硬件投入成本不會(huì)大幅增長(zhǎng)。

　　這些基于軟件的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(包括SDN，NFV和SD-WAN)提供了靈活設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的新工具，可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求定制網(wǎng)絡(luò)。SDN主要是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，比如交換機(jī)、路由器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。NFV主要是提供增值功能的靈活性和低成本，包括負(fù)載均衡、安全、廣域優(yōu)化等。SDN提供的集中式管理控制功能和NFV提供的業(yè)務(wù)功能虛擬化，可以協(xié)調(diào)管控分布式IoT系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流。

　　隨著分布式計(jì)算和終端智能的推進(jìn)，SDN和NFV正在逐步走向網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，推進(jìn)邊緣計(jì)算的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)人今后與其“你來(lái)我往”的機(jī)會(huì)越來(lái)越多。

　　比SDN和NFV更為重要的是，蘊(yùn)藏在它們背后的“解耦”思維模式，這一思維催生了各種SDX，此起彼伏，推動(dòng)硬件和軟件之間的協(xié)同工作進(jìn)入了一個(gè)新的高度。

　　最早的SDX出現(xiàn)在無(wú)線電領(lǐng)域，設(shè)備功能主要由硬件決定，一種設(shè)備對(duì)應(yīng)一種專用硬件，不但不靈活，性價(jià)比也差。隨著硬件通用性和軟件多樣性的提升，人們從而實(shí)現(xiàn)只需改變軟件，就可賦予同一設(shè)備多種功能，甚至具有前所未有的新功能。

　　現(xiàn)在這種思維逐漸擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，出現(xiàn)了“軟件定義存儲(chǔ)”、“軟件定義網(wǎng)絡(luò)”、“軟件定義安全”、“軟件定義數(shù)據(jù)中心”…有人就干脆說(shuō)“軟件定義一切”，也就是SDX。其中的集大成者是iPhone，同一款手機(jī)硬件通過(guò)個(gè)性化APP軟件，實(shí)現(xiàn)游戲機(jī)、隨身聽(tīng)、翻譯筆等多重功能。工業(yè)領(lǐng)域的軟PLC(工業(yè)可編程控制器)，也是這一思維的成果之一。

　　打通工業(yè)通訊壁壘的TSN和OPC-UA

　　最后的這組技術(shù)來(lái)自工業(yè)領(lǐng)域，TSN(時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò))和OPC-UA(設(shè)備之間的“對(duì)話”協(xié)議)。它們一起協(xié)作解決了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用時(shí)的不確定性問(wèn)題，和工業(yè)通訊之間彼此語(yǔ)言不通難以交互的問(wèn)題。

　　標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的本質(zhì)是一種非確定性網(wǎng)，但在工業(yè)領(lǐng)域必須要求確定性，一組數(shù)據(jù)包裹必須完整、實(shí)時(shí)、確定性的到達(dá)目的地。為了滿足這個(gè)需求，TSN自研“飛行快遞貨車”。普通貨車從北京的國(guó)貿(mào)到天安門，全程5公里，大約需要20分鐘左右，上下班高峰期還會(huì)更久。而TSN飛行汽車讓送貨計(jì)劃被安排得分秒不差，如果以100公里/小時(shí)的速度行駛，TSN貨車將在3分0秒后準(zhǔn)時(shí)到達(dá)天安門，消除了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)由于交通“擁堵”導(dǎo)致的非確定性。

　　除了解決以太網(wǎng)的確定性問(wèn)題，TSN還正在解決工業(yè)領(lǐng)域的碎片化問(wèn)題。要知道如今工業(yè)中存在著龐雜的、拗口的、各有所長(zhǎng)也有所短的以太網(wǎng)協(xié)議，比如Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP、EtherCAT、PowerLink、SERCOS III等，每種技術(shù)的背后都有不同的廠商陣營(yíng)在支持，哪家也無(wú)法一統(tǒng)江湖。工業(yè)通訊的碎片化還導(dǎo)致了對(duì)于數(shù)據(jù)包裹的描述不統(tǒng)一，即便收到了包裹，讀不懂里面的內(nèi)容也是白費(fèi)。

　　因此TSN和OPC-UA的核心思維是提出了一個(gè)可互操作的系統(tǒng)，并支持多個(gè)制造商、協(xié)議和機(jī)構(gòu)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上共享，同時(shí)數(shù)據(jù)使用相同的語(yǔ)言進(jìn)行解析，不僅可得，而且可用。作為底層的通用架構(gòu)，TSN使得更多企業(yè)可以在此架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)OT和IT的融合。這種融合提高了工業(yè)設(shè)備的連接性和通用性，并且面向未來(lái)，為大數(shù)據(jù)分析、邊緣智能、新型業(yè)務(wù)提供了更快更好的發(fā)展路徑。