任何一種信息系統(tǒng)的價值，都在于“信息價值環(huán)路”。在技術(shù)層面，“信息環(huán)”的構(gòu)建一直處在變動和發(fā)展的狀態(tài)中。當(dāng)我們對實現(xiàn)“信息環(huán)”的技術(shù)進行抽象化地理解，便能從信息環(huán)的發(fā)展趨勢中看到網(wǎng)絡(luò)的未來。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)終端連接方式：云——端直連、邊緣網(wǎng)絡(luò)連接

    在互聯(lián)網(wǎng)的共享應(yīng)用中，“物”與“云”的連接采用點對點的直聯(lián)方式。這樣的連接方式，使得設(shè)備的所有功能都映射在了云端服務(wù)器中，并且必須經(jīng)過應(yīng)用平臺才能調(diào)用終端的功能。

　　物聯(lián)網(wǎng)具有豐富的應(yīng)用場景和需求，這種“云-端”直聯(lián)的接入方式顯然并不適用于所有情況。

　　功能錨點暴露在互聯(lián)網(wǎng)中需要承擔(dān)巨大的安全風(fēng)險;互聯(lián)網(wǎng)的不確定性會影響網(wǎng)絡(luò)連接的質(zhì)量;采用這種直聯(lián)方式的連接，其物理距離都比較長，很難滿足低延時的通信需要;采用點對點直聯(lián)方式，既要求終端必須具備復(fù)雜的通信協(xié)議棧(TCP/TP、GSM、LTE等)，也意味著云端需要承擔(dān)巨大的計算壓力，并且會影響終端之間互操作。

　　物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)工程師們在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的時候，不得不顧及終端和云端存在的能力瓶頸，以及各行業(yè)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的不同需求。

　　所以，邊緣網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)之中，它通過中轉(zhuǎn)的方式將終端連接到互聯(lián)網(wǎng)，并在局部形成了應(yīng)用的自治。這便形成了第二種物聯(lián)網(wǎng)接入方式：邊緣網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接的方式。

　　(備注：在2012年ETSI發(fā)布的M2M標(biāo)準(zhǔn)中，引入了邊緣網(wǎng)絡(luò)的概念，稱之為“M2M區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(M2M area networks)”)

　　從連接的角度來看，在包含邊緣網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，“物”的信息從采集、傳遞、匯聚，并最終在開放的互聯(lián)網(wǎng)中形成數(shù)字化映射，形成了4個連接層次：感知/執(zhí)行層、接入層、邊緣網(wǎng)絡(luò)層、核心網(wǎng)絡(luò)層。

　　感知/執(zhí)行層： 通過傳感器對現(xiàn)實世界中的信息進行采集，形成特定的電子信號;或者由執(zhí)行器接收指令信號，產(chǎn)生機械運動改變現(xiàn)實世界中的物理性狀。該層，是對自然效應(yīng)的應(yīng)用，形成了自然信息和電子信息的相互轉(zhuǎn)換。

　　傳感器和執(zhí)行器可以獨立運行，也可以安裝在結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的終端設(shè)備上。還有一種終端是電子標(biāo)簽，在改變現(xiàn)實中“物”(工具、資產(chǎn)、原材料)的屬性的同時，還需要同步修改電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，以達成虛擬世界和物理世界的性狀一致。

　　電子標(biāo)簽不像傳感器和執(zhí)行器，它不能夠直接實現(xiàn)“電信號”和“物理變化”的相互轉(zhuǎn)換(傳感器、執(zhí)行器也稱為信號“轉(zhuǎn)換器”：例如在家中按下墻邊的開關(guān)，就能接通電信號并點亮電燈)。

　　接入層： 傳感器、執(zhí)行器和物聯(lián)網(wǎng)終端，作為物聯(lián)網(wǎng)信息的源頭和終點(應(yīng)用的用戶)，需要傳送或接受電子信號。

　　他們必須配置相應(yīng)的通信模塊，使自己接入物聯(lián)網(wǎng)，再通過網(wǎng)絡(luò)的中繼和轉(zhuǎn)發(fā)功能，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息端到端的傳遞。通常情況下，傳感器、執(zhí)行器并不具備中繼、轉(zhuǎn)發(fā)、路由等網(wǎng)絡(luò)功能，而部分智能終端則可以同時承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)角色和終端角色(例如一部具有“無線熱點”功能的手機)。

　　在接入層，接入的方式多種多樣，不過主要使用無線電通信或有線連接的方式。由于無線的連接方式具有移動性強、部署便利的特性，其受到整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的青睞。

　　邊緣網(wǎng)絡(luò)層： 在一個局部物理區(qū)域內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有較強的地域性。邊緣網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計初衷，就是協(xié)同云端以“分布式”的方式，承擔(dān)某一區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理(邊緣應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)路由、本地化數(shù)據(jù)存儲等等)。

　　邊緣網(wǎng)絡(luò)的部署，一方面可以減輕云端的信息處理壓力(網(wǎng)絡(luò)、計算和存儲壓力)，另一方面更適用于一些具有局部特征的應(yīng)用(例如樓宇中的室內(nèi)定位、車間內(nèi)生產(chǎn)機床的操控等)。

　　它可以和邊緣計算一起部署在生產(chǎn)、消費現(xiàn)場的附近，提高信息反饋的及時性，局部端到端連接的健壯性，并保證一部分本地的私密數(shù)據(jù)不暴露在核心網(wǎng)絡(luò)中，解決直聯(lián)方式(M2M連接)中存在的“不接地氣”的問題。

　　在邊緣網(wǎng)絡(luò)中，向傳感器、執(zhí)行器和終端提供接入通信接口的是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點類似于手機使用Wifi上網(wǎng)的“熱點”);并且轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點是邊緣網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的主體;邊緣網(wǎng)絡(luò)連接到核心網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點是邊緣網(wǎng)關(guān)。

　　核心網(wǎng)絡(luò)層： 大量邊緣網(wǎng)絡(luò)接入的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，地域性不強，具有開放性。海量的物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)在核心網(wǎng)絡(luò)中匯集，海量的物聯(lián)網(wǎng)終端在其中形成數(shù)字化的映射;物聯(lián)網(wǎng)平臺和應(yīng)用在核心網(wǎng)絡(luò)中開放信息接口，提供互聯(lián)網(wǎng)式的服務(wù)。核心網(wǎng)絡(luò)層，本質(zhì)上就是一個開放的、實現(xiàn)“人”與“物”互服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)。

　　物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)爆發(fā)在即，網(wǎng)絡(luò)要應(yīng)對數(shù)據(jù)通信需求的激增而進行轉(zhuǎn)型。邊緣網(wǎng)絡(luò)嵌入到物聯(lián)網(wǎng)整體框架中，就是為了解決網(wǎng)絡(luò)所面臨的瓶頸問題。

　　1.接入形式

　　邊緣網(wǎng)絡(luò)中包含了三個連接層次：感知/執(zhí)行層、接入層、邊緣網(wǎng)絡(luò)層。在邊緣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，為了解決網(wǎng)絡(luò)容量瓶頸并適應(yīng)各種各樣的通信需求，邊緣網(wǎng)絡(luò)的各連接層次會呈現(xiàn)多姿多態(tài)的連接方式。針對各類應(yīng)用場景，采用不同的、合適的信息采集技術(shù)(傳感器)，終端連接方式(通信協(xié)議)和組網(wǎng)方式。其中采集和接入技術(shù)(邊緣網(wǎng)絡(luò)接入方式)我此前的文章中有所提及，這里不再復(fù)述)。

　　2 .邊緣組網(wǎng)形式

　　在物聯(lián)網(wǎng)的概念出現(xiàn)以前，組網(wǎng)主要以兩種形態(tài)出現(xiàn)

　　(1)星狀網(wǎng)絡(luò)

　　網(wǎng)絡(luò)中的所有終端都通過一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點承擔(dān)了一個局域網(wǎng)內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的一個終端需要和另一個終端連接時，必須通過該節(jié)點進行信息中轉(zhuǎn)。

　　如果該節(jié)點宕機，則所有的終端都會處于“失聯(lián)”狀態(tài)。顯然，這種組網(wǎng)方式只適用于終端很少的情況。在終端數(shù)量較多的情況下，則很難忽視單一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能力瓶頸和故障風(fēng)險。

　　(2)樹狀網(wǎng)絡(luò)

　　多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成一個局域網(wǎng)絡(luò)。其中，多個子節(jié)點匯聚并連接至一個父節(jié)點，該父節(jié)點再以同樣的方式作為子節(jié)點向上匯聚連接，層層級連直到最終抵達唯一的父(根)節(jié)點。

　　這種組網(wǎng)方式猶如一顆倒置的樹(根-干-枝-莖-葉)，所以稱為“樹狀網(wǎng)絡(luò)”。在樹狀網(wǎng)絡(luò)中，通常還可以采用動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使得網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴展性和健壯性。樹狀網(wǎng)絡(luò)是最常見的組網(wǎng)方式。

　　(3)全連接網(wǎng)絡(luò)

　　我們現(xiàn)在所使用的網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計之初，主要是圍繞人的信息采集和傳遞需求進行搭建的。樹狀網(wǎng)絡(luò)具備良好的擴展性以滿足人對連接需求的增長，并且“子節(jié)點->父節(jié)點”的設(shè)定非常有利于數(shù)據(jù)的匯聚和提取，也適合運營者對網(wǎng)絡(luò)進行集中化管理和部署。

　　然而，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)到來，許多同樣對數(shù)據(jù)“感興趣”的智能終端接入了網(wǎng)絡(luò)，它們使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的“中心化”需求不再明顯，“多點對多點”的“市場化”連接需求則愈加突出。

　　特別是在邊緣網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備(包括節(jié)點和終端)之間既有條件，也有需要去打破樹狀網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間固化了的“子-父”關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)中具有“親鄰關(guān)系”的終端，需要盡可能地減少相互連接的復(fù)雜程度(減少消息中轉(zhuǎn)的跳數(shù)、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開銷等)，在某個區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)大量的、交叉式的信息傳遞。在邊緣網(wǎng)絡(luò)中，一個更接近全連接的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將提高網(wǎng)絡(luò)的整體效率。

　　全連接網(wǎng)絡(luò)是一種專用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和應(yīng)用終端都具有自主“組網(wǎng)意識”的理想型網(wǎng)絡(luò)。

　　但受到終端自身的條件限制、設(shè)備相互間的距離限制、以及需要預(yù)防絡(luò)風(fēng)暴和網(wǎng)絡(luò)震蕩的出現(xiàn)，則全連接網(wǎng)絡(luò)通常是由專用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(或特定終端)在條件允許的情況下，盡可能地以全連接方式進行組網(wǎng)，多數(shù)應(yīng)用終端不參與組網(wǎng)和消息轉(zhuǎn)發(fā)。

　　全連接的組網(wǎng)限于邊緣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，并且組網(wǎng)設(shè)備的總數(shù)量、消息轉(zhuǎn)發(fā)的跳數(shù)都有限制，不宜過多。

　　“親鄰關(guān)系”： “親”是指終端的業(yè)務(wù)具有一定的相通性，可以是同類型產(chǎn)品，或同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，也可以是同一個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)備(比如所有農(nóng)機設(shè)備)，還可以是對同類信息“感興趣”的終端(空調(diào)、地暖、電風(fēng)扇、電熱汀等制冷加熱設(shè)備，可能都對室內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)感興趣);“鄰”是指終端或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相距較近，同處于一個邊緣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。

　　終端之間的信息連接并不需要復(fù)雜的通信協(xié)議棧來支持，彼此的信息傳遞通過直連或幾個簡單的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點就可以實現(xiàn)。)

　　星狀和樹狀網(wǎng)絡(luò)中核心轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點在面對海量終端的接入時，它們的網(wǎng)絡(luò)能力將成為整個邊緣網(wǎng)絡(luò)的能力瓶頸。而在全連接型的網(wǎng)絡(luò)中，均勻分擔(dān)通信需求的程度較高，每個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的壓力都相對平均。

　　在物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)絡(luò)中，在海量終端之中有一部分終端會具有緊密的“親鄰關(guān)系”，他們對高頻次、“多點對多點”的通信需求較高。

　　全連接類型的網(wǎng)絡(luò)，正好能夠滿足“N：N”的連接需求。采用全連接型的網(wǎng)絡(luò)，一方面可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開銷，簡化終端通信模塊的結(jié)構(gòu);另一方面，便于終端之間成“群組”地進行信息交互。

　　3.工作于應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

　　邊緣網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點、網(wǎng)關(guān)，可以通過理解終端信息中的應(yīng)用層涵義，智能化地實現(xiàn)中繼、轉(zhuǎn)發(fā)、翻譯等網(wǎng)絡(luò)功能，提高網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞效率。

　　當(dāng)然，實現(xiàn)此功能的前提是終端需要在消息中暴露一部分應(yīng)用信息，并在所有同類型終端中形成統(tǒng)一“語言”(物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)數(shù)據(jù)規(guī)范)

　　目前，如何在傳感器上報的數(shù)據(jù)幀中添入應(yīng)用分類信息，并沒有完全統(tǒng)一的規(guī)范。

　　在Francis DaCosta《重構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的未來》中，以“啁啾”為名，定義了一種沒有路由信息的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)(使用該數(shù)據(jù)幀進行信息交互，屬于“面向接收者”的“非對稱”通信方式):

　　從圖中可以看出，該數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，載荷信息量很小，整體長度也小于IP報文(沒有路由信息)。

　　其中，“標(biāo)簽字節(jié)”用于表明“公共分類”的數(shù)據(jù)長度和格式，“公共分類”則指明了該幀中的負(fù)載數(shù)據(jù)的應(yīng)用類型?！柏?fù)載”是該幀中需要傳遞的有效信息，它的字節(jié)數(shù)很少，可以是一個傳感器的讀數(shù)。(比如一個“溫度”記錄，“公共分類”會指明“負(fù)載”是一個溫度傳感器的讀數(shù)，并是以攝氏度為單位的整數(shù))。

　　雖然沒有目的地址和端口號(TCP/IP網(wǎng)絡(luò)必須的路由信息)，但由于“暴露”了應(yīng)用類型等信息，網(wǎng)絡(luò)中智能的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和路由網(wǎng)關(guān)就可以為數(shù)據(jù)幀中的“負(fù)載”添加相關(guān)的上下文信息(源地址、目的地址、位置信息、時間戳等等)，并在轉(zhuǎn)發(fā)時完成一些簡單的數(shù)據(jù)處理工作(例如同類型數(shù)據(jù)流的合并)。

　　邊緣網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以根據(jù)終端消息中公開、規(guī)范的應(yīng)用類別信息，決定其處理的方式(丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)、廣播等)。

　　這種消息處理模式，類似于“應(yīng)用層路由”的功能：用戶向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個“URL”的網(wǎng)頁請求，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過DNS查詢獲得目的服務(wù)器IP地址。

　　在邊緣網(wǎng)絡(luò)中傳遞的消息中，攜帶的部分應(yīng)用信息是可以公開讀取的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠通過讀取、理解這些信息而智能化地處理終端消息。

　　工作于應(yīng)用層面的網(wǎng)絡(luò)能力，使得網(wǎng)絡(luò)對行業(yè)應(yīng)用更為“敏感”，節(jié)點能夠根據(jù)各種不同應(yīng)用的特殊需求，采取不同的網(wǎng)絡(luò)處理策略。

　　特別是對于邊緣網(wǎng)絡(luò)的智能網(wǎng)關(guān)，他可以對終端上傳到云端的數(shù)據(jù)進行智能化的預(yù)處理(協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息提煉、數(shù)據(jù)合并和壓縮、數(shù)據(jù)流緩存等等)，以此提高數(shù)據(jù)傳送的效率，減輕云端對數(shù)據(jù)進行初步處理的壓力(效驗、合并、過濾、格式化處理等)。