2018年03月19日 | 一个比喻，秒懂5G、LPWAN、SDN、NFV等通信热词

　　5G、LPWAN、SDN、NFV、TSN…这些层出不穷的新鲜名词都与物联网中的“网”有关，你是否对它们有所耳闻?你是否能说出它们的全称?你是否了解它们各自的含义?下面就随网络通信小编一起来了解一下相关内容吧。

　　为了恢复通讯技术的“简”与“美”，在这篇文章中，我尝试使用最为通俗易懂的语言，让你在不需要大量CT(通信技术)和IT(信息技术)知识的情况下，亦理解这些技术的内涵。从“外行看热闹”到“内行看门道”就是本文的初心了。

　　一个比喻，串联各种通信领域热词

　　话不多说，进入正题。为了更直观的体现各种最新通信技术的关系和比较，我以邮寄快递包裹的过程为例进行说明。

　　虽然最终用户的核心需求是把各种包裹寄到目的地，在选定了一家快递公司之后，用户并不用关心这家公司到底使用哪种交通工具、海陆空哪种运送方式、快递小哥是中日韩哪种混血儿…这些细节，但不同快递公司之间毕竟有价格差异，服务水平也不同，用户有必要了解基本的快递过程，比如“功耗”、“带宽”、“可靠性”、“成本”等，做到对快递支出心中有数。

　　各种通信技术在不同设备之间传递数据的过程，就跟快递公司递送包裹的过程如出一辙，各司其职完成分工协作。在这里，如果将数据比喻成货物，通信网络比喻成道路，携带数据的网络报文比喻成送货车辆，那么故事就这样开始：

　　1. 先从快递的“入口”说起，NB-IoT、TSN、Zigbee、WiFi等等这些通信协议，专供物联网应用，就像各种快递货车一样，解决的是如何从各种终端设备中，将数据包裹递送到就近的分拣站。

　　比如NB-IoT(窄带物联网)这个类型的货车发车间隔长，各个车辆的货箱很小，虽然一次装不了多少包裹，但却极为省油，运输成本很低。

　　TSN(时间敏感网络)这类车辆专门递送智能工业和智能汽车领域对时间极为敏感、要求实时送达的包裹。为了解决实时性的问题，TSN定制了一种特殊的快递车型，就像电影《黑衣人》中秒变火箭的飞行汽车一样，保证送货车辆的速度和时效。

　　2. 在取货的过程中，遇到大数据量，对传输速度要求较高的数据包裹时，普通的快递货车不够用了，这时就需要有线标准以太网、3G/4G、以及5G中相应的宽带通讯技术登场了。它们提供的交通工具是轮船、火车和飞机，传输距离长、载货量大、服务质量高。

　　这时就需要用到NFV(网络功能虚拟化)，它对道路本身进行了优化，在不改变原有基础设施的情况下，解决了道路承载灵活性的问题。当有特殊快递需求时，NFV可以快速建起一条虚拟道路，当车辆通过之后，虚拟道路取消，相关资源释放回资源池。NFV还可以创造虚拟警察，让劫匪难以下手。

　　看到这里，相信你对各种技术在整个纵向的信息传递流程中，各自解决什么问题已经有了大致的了解。接下来我将聚焦核心趋势，主要包括5G、软件定义网络和实时物联网，把相关的重点技术进行分组，横向谈谈它们各自的使命。

　　宽、窄、快、慢都支持的5G

　　老百姓对5G的印象是它比现有的4G快上10-100倍，但是5G带来的可不只是网速的飞升，还有一大堆技术名词，包括uRLLC、eMBB、mMTC等以及向5G演进的NB-IoT、eMTC、LTE-V等，有数十种之多，令人感觉云里雾里，晦涩难懂。

　　其实对于用户来说，相比网速更重要的是5G在网络能力上的提升，它将可承载更多种类的物联网设备对各种通信场景的需求。为了解决这一问题，与4G有明显不同，5G使用创新性的思维，能同时支持高带宽和窄带宽、低时延和高时延这些“两极分化”的场景，可以说是能宽能窄、能快能慢地应对终端需求。

　　5G中窄带的分支，从现在物联网领域中热门的eMTC(增强型机器对机器通信)和NB-loT(窄带物联网)演进而来，图中的Cat M/Cat NB就是其演进的路径，未来实现在每平方公里百万级终端接入和超低功耗、超低成本的mMTC场景。这些低功耗广域网络LPWAN代表性技术的一个核心功能是对“物”的感知数据的传输，而所传输的数据基本上具有“小包、低频”的特点。这些小批量的数据却是用户直接业务所需要的，可以说是“直击”用户业务痛点。当然，这个窄带的分支一般不承载关键性的高可靠业务，可以承担大量并不要求实时性、敏感性的通信任务，作为5G“慢”的场景支持。

　　别看这么多场景，5G能够在一张网络上承载宽、窄、快、慢各种“两极分化”的场景，可以说是全新的变革。

　　立足于软硬“解耦”的软件定义网络

　　SDN(软件定义网络)和NFV(网络虚拟化)无疑是当下IT领域最为炙手可热的趋势。在不久之前刚刚结束的巴塞罗那MWC展会上，几乎所有CT与IT厂商均把SDN与NFV作为降低通信成本的战略方向，提出了针对性的产品和方案。

　　也许这组词汇让你觉得有些陌生。如果探究SDN和NFV的内在逻辑，其实很简单，核心的思维是“分离”和“解耦”。SDN将控制平面(可以简单理解为上述例子中的车辆调度)和数据平面(例子中道路上行驶的车流)进行了分离，NFV将网络中使用的软、硬件进行了分离，各自解耦发挥最大功效。

　　推动SDN和NFV发展的主要驱动力来自数据中心和广域WAN，但它们的存在，可供物联网等场景借鉴和使用。SDN和NFV解决了物联网中业务灵活性和敏捷性的需求。面对迭代越来越快的通信技术，不停更新硬件和基础设施来跟上时代的脚步并不现实，因此就需要让控制和软件发挥作用，满足千变万化的业务需求，加快部署时间、提高网络的传输效率，同时确保硬件投入成本不会大幅增长。

　　这些基于软件的网络技术(包括SDN，NFV和SD-WAN)提供了灵活设计网络架构的新工具，可以根据物联网的业务需求定制网络。SDN主要是优化网络基础设施架构，比如交换机、路由器、无线网络等。NFV主要是提供增值功能的灵活性和低成本，包括负载均衡、安全、广域优化等。SDN提供的集中式管理控制功能和NFV提供的业务功能虚拟化，可以协调管控分布式IoT系统中的各种数据流和业务流。

　　随着分布式计算和终端智能的推进，SDN和NFV正在逐步走向网络边缘侧，推进边缘计算的发展，物联网人今后与其“你来我往”的机会越来越多。

　　比SDN和NFV更为重要的是，蕴藏在它们背后的“解耦”思维模式，这一思维催生了各种SDX，此起彼伏，推动硬件和软件之间的协同工作进入了一个新的高度。

　　最早的SDX出现在无线电领域，设备功能主要由硬件决定，一种设备对应一种专用硬件，不但不灵活，性价比也差。随着硬件通用性和软件多样性的提升，人们从而实现只需改变软件，就可赋予同一设备多种功能，甚至具有前所未有的新功能。

　　现在这种思维逐渐扩展到其他领域，出现了“软件定义存储”、“软件定义网络”、“软件定义安全”、“软件定义数据中心”…有人就干脆说“软件定义一切”，也就是SDX。其中的集大成者是iPhone，同一款手机硬件通过个性化APP软件，实现游戏机、随身听、翻译笔等多重功能。工业领域的软PLC(工业可编程控制器)，也是这一思维的成果之一。

　　打通工业通讯壁垒的TSN和OPC-UA

　　最后的这组技术来自工业领域，TSN(时间敏感网络)和OPC-UA(设备之间的“对话”协议)。它们一起协作解决了标准以太网在工业应用时的不确定性问题，和工业通讯之间彼此语言不通难以交互的问题。

　　标准以太网的本质是一种非确定性网，但在工业领域必须要求确定性，一组数据包裹必须完整、实时、确定性的到达目的地。为了满足这个需求，TSN自研“飞行快递货车”。普通货车从北京的国贸到天安门，全程5公里，大约需要20分钟左右，上下班高峰期还会更久。而TSN飞行汽车让送货计划被安排得分秒不差，如果以100公里/小时的速度行驶，TSN货车将在3分0秒后准时到达天安门，消除了标准以太网由于交通“拥堵”导致的非确定性。

　　除了解决以太网的确定性问题，TSN还正在解决工业领域的碎片化问题。要知道如今工业中存在着庞杂的、拗口的、各有所长也有所短的以太网协议，比如Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP、EtherCAT、PowerLink、SERCOS III等，每种技术的背后都有不同的厂商阵营在支持，哪家也无法一统江湖。工业通讯的碎片化还导致了对于数据包裹的描述不统一，即便收到了包裹，读不懂里面的内容也是白费。

　　因此TSN和OPC-UA的核心思维是提出了一个可互操作的系统，并支持多个制造商、协议和机构在同一个网络上共享，同时数据使用相同的语言进行解析，不仅可得，而且可用。作为底层的通用架构，TSN使得更多企业可以在此架构上实现OT和IT的融合。这种融合提高了工业设备的连接性和通用性，并且面向未来，为大数据分析、边缘智能、新型业务提供了更快更好的发展路径。

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