前瞻性政策研究所（Progressive Policy Institute）的首席經(jīng)濟(jì)分析師Michael Mandel將物聯(lián)網(wǎng)描述為“互聯(lián)網(wǎng)到物理世界的延伸。互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了數(shù)字產(chǎn)業(yè)，而物聯(lián)網(wǎng)將改變物理行業(yè)。”

       750億部，這是摩根士丹利預(yù)計(jì)的、到2020年可連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的數(shù)量。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）一詞往往與商業(yè)、工業(yè)和政府環(huán)境內(nèi)的、“智能物體”之間的嵌入式機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)聯(lián)。憑借其提供連接物體（如鐵路控制或智能電網(wǎng)傳感器）的實(shí)時(shí)可見(jiàn)性和控制能力，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)注定將給我們的生活帶來(lái)無(wú)與倫比的透明度和效率。

       目前大多數(shù)廣域網(wǎng)（WAN）原本是一種局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)，所提供的全球性語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)通信流量都基于以太網(wǎng)。以太網(wǎng)的通用性、高性能和低成本也使它為許多新興應(yīng)用的基本選擇。它也越來(lái)越多地應(yīng)用在各種公用事業(yè)、交通運(yùn)輸、工業(yè)和政府網(wǎng)絡(luò)中。

圖1：思科公司（Cisco）首席執(zhí)行官預(yù)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是一個(gè)19萬(wàn)億美元的市場(chǎng)，預(yù)期到2020年連接到物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備可達(dá)750億臺(tái)，或80億人中的每一個(gè)人平均將擁有9.4臺(tái)設(shè)備。

       雖然專(zhuān)有通信協(xié)議已在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信中長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位，但日益提高的聯(lián)網(wǎng)能力和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的高帶寬需求，目前已使以太網(wǎng)成為了阻力最小的升級(jí)途徑。為了充分滿足這些需求，下一代以太網(wǎng)技術(shù)必須發(fā)展演進(jìn)，并為三項(xiàng)關(guān)鍵功能提供原生支持：

       1） 可靠性和確定性性能

       2） 精確的授時(shí)和同步

       3） 安全性

       我們將關(guān)注為什么這些功能是必不可少的，以及它們將如何幫助以太網(wǎng)應(yīng)對(duì)未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將面臨的一些主要挑戰(zhàn)。

       一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)游戲：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)要求可靠性和確定性性能

       在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、或者M(jìn)2M通信應(yīng)用中，采用的自治、對(duì)等（peer-to-peer）分布控制，遠(yuǎn)比任何消費(fèi)性物聯(lián)網(wǎng)或傳統(tǒng)M2M的要求更高。數(shù)據(jù)采集、記錄和分析不斷且實(shí)時(shí)發(fā)生。利用能夠比人類(lèi)更快地處理任務(wù)的系統(tǒng)，在無(wú)需人工干預(yù)的情況下，可靠和安全地運(yùn)行是至關(guān)重要。例如，倉(cāng)庫(kù)中物料搬運(yùn)設(shè)備可感知沿著傳送帶移動(dòng)的包裹。它通過(guò)RFID標(biāo)簽或條形碼辨認(rèn)物料，并基于該信息相應(yīng)引導(dǎo)該物料到下條傳送帶。通信故障可能潛在性地導(dǎo)致成本增加或威脅人員安全的風(fēng)險(xiǎn)。

       現(xiàn)在想象一下一個(gè)監(jiān)控一座核電站結(jié)構(gòu)性健康的網(wǎng)絡(luò)。錯(cuò)誤檢測(cè)和可靠性承擔(dān)著更高的代價(jià)，因?yàn)樵谶@樣環(huán)境中的通信故障可能造成災(zāi)難性的后果，包括變電站崩潰、環(huán)境污染和死亡。在這些環(huán)境中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)有嚴(yán)格的性能和可靠性要求，包括：

       容錯(cuò)能力

       安全

       低延遲

       低功耗

       無(wú)處不在的覆蓋

       隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)加速其向以太網(wǎng)的過(guò)渡，它們可以利用由城域以太網(wǎng)論壇（Metro Ethernet Forum，MEF）所定義的、標(biāo)準(zhǔn)化的、電信級(jí)的服務(wù)定義來(lái)確定“電信級(jí)以太網(wǎng)”。這些標(biāo)準(zhǔn)尤其重要，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不可能承擔(dān)在網(wǎng)絡(luò)性能、穩(wěn)定性或服務(wù)可靠性等方面的妥協(xié)。我們將看到，隨著更多的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，它們將尋求部署高性?xún)r(jià)比的、電信級(jí)的設(shè)備，以滿足這些實(shí)時(shí)需要的、高性能的聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

       電信級(jí)以太網(wǎng)代系 電信級(jí)以太網(wǎng)1.0 電信級(jí)以太網(wǎng)2.0 未來(lái)的電信級(jí)以太網(wǎng)

       特征 標(biāo)準(zhǔn)化 多CoS、可管理的、互連的

       面向高效營(yíng)運(yùn)的三個(gè)服務(wù)級(jí)別（CoS）、FM及PM、多CoS及可管理的多種可提供服務(wù) 簡(jiǎn)化的、自動(dòng)化的服務(wù)提供

       服務(wù) E-Line、E-LAN E-Line、E-LAN、E-Tree、E-Access

       每一類(lèi)兩項(xiàng)服務(wù) 簡(jiǎn)化的、自動(dòng)化的服務(wù)提供

       移動(dòng)回傳 2G/3G遷移4GMBH遷移、MBH優(yōu)化

       為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商節(jié)省25%以上 簡(jiǎn)化的、自動(dòng)化的服務(wù)提供

       商業(yè)服務(wù) 城域、區(qū)域 本地、區(qū)域、全國(guó)、全球App、距離導(dǎo)向、私有云

       來(lái)自當(dāng)前部署基礎(chǔ)設(shè)施的2倍或3倍收入 簡(jiǎn)化的、自動(dòng)化的服務(wù)提供

       服務(wù)打包 Pre-ENNI實(shí)現(xiàn) 買(mǎi)/賣(mài)接入服務(wù)

       E-接入簡(jiǎn)化了批發(fā)服務(wù)包的購(gòu)買(mǎi)和銷(xiāo)售，有助于提供商以低成本輕松地進(jìn)入到電信級(jí)以太網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域 簡(jiǎn)化的、自動(dòng)化的服務(wù)提供

圖2：電信級(jí)以太網(wǎng)2.0增加的特性和功能，支持了用于移動(dòng)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的先進(jìn)服務(wù)的創(chuàng)建和交付。

       授時(shí)和同步對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要

       IEEE1588v2精密時(shí)間協(xié)議（1588或PTP）將在包括有線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的、各種下一代網(wǎng)絡(luò)中起到舉足輕重的作用。起源于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的1588能夠非常準(zhǔn)確地授時(shí)，可為實(shí)時(shí)應(yīng)用提供精確的計(jì)時(shí)時(shí)間（time-of-day，ToD）信息，以及時(shí)間戳輸入、調(diào)度和同步輸出2。這種能力將最大限度地減少了傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的性能限制，如“響應(yīng)時(shí)間抖動(dòng)”等，支持共同完成時(shí)間敏感任務(wù)的那些完全不同的和分散的智能對(duì)象間的實(shí)時(shí)通信和互動(dòng)，包括自動(dòng)流量管理系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)到智能電網(wǎng)管理。

       以自動(dòng)流量管理為例。1588可以為與公路和鐵路互連的流量管理系統(tǒng)提供可視性和動(dòng)態(tài)控制，允許運(yùn)營(yíng)商基于客流量靈活調(diào)整時(shí)刻表。同樣，在自動(dòng)駕駛汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)，1588可以提供道路實(shí)時(shí)流量和擁塞數(shù)據(jù)，與自主車(chē)輛通信，以實(shí)現(xiàn)暢順的交通流量。

       縱觀智能電網(wǎng)，公用事業(yè)公司可以使用1588來(lái)管理分散的能量供應(yīng)源，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)或光伏系統(tǒng)。帶有1588功能的智能電網(wǎng)也可讓公用事業(yè)公司訪問(wèn)實(shí)時(shí)負(fù)載數(shù)據(jù)，并可以通過(guò)迅速控制商業(yè)、工業(yè)和住宅環(huán)境中已有的用電限制系統(tǒng)，幫助他們針對(duì)突發(fā)需求高峰穩(wěn)定其電網(wǎng)。

圖3：物聯(lián)網(wǎng)（IoT）基礎(chǔ)設(shè)施將基于以太網(wǎng)，為高度分散的系統(tǒng)帶來(lái)前所未有的實(shí)時(shí)可見(jiàn)性和控制能力，包括流量管理系統(tǒng)和智能公共電網(wǎng)，如上圖所示。（圖片由SmartGRidTech提供）

       展望未來(lái)，我們預(yù)計(jì)帶有1588計(jì)時(shí)支持的芯片解決方案將得到更廣泛的采用，以滿足這些嚴(yán)格的精度要求，以及物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的特定需求，如更小的尺寸和低功耗，并支持?jǐn)U展的溫度范圍。

       安全性對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要

       有關(guān)信息安全和保護(hù)商業(yè)和政府網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施免受網(wǎng)絡(luò)攻擊的意識(shí)正在提高。由于以前的 閉物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和智能設(shè)備現(xiàn)在要連接到外部世界，準(zhǔn)備就緒堅(jiān)實(shí)可靠的安全策略勢(shì)在必行。雖然存在眾多的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全模型，我們?cè)诒绢I(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)仍是加密功能，因?yàn)樗潜ＷC網(wǎng)絡(luò)安全連接的最有效手段之一。

       今天常用的一種基于網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議是IPsec。IPsec運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的第3層（L3），它可在路由網(wǎng)絡(luò)中很好地工作。然而，因?yàn)樗ǔＰ枰度胧交驅(qū)Ｓ玫莫?dú)立加密引擎，實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本很高。

       工作在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的第2層（L2）工作的另一種替代方案是IEEE 802.1AE“MACSec”安全標(biāo)準(zhǔn)，它與“KeySec”認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議l 802.1af共同使用。雖然今天沒(méi)有被廣泛采用，但由于其在L2層可簡(jiǎn)便而高性?xún)r(jià)比地實(shí)現(xiàn)，它提供了一個(gè)更簡(jiǎn)單、更高效、可擴(kuò)展的選擇。

       像其他基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)一樣，保護(hù)其多個(gè)接入點(diǎn)的強(qiáng)大加密功能將對(duì)物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。由于任何帶有一個(gè)IP地址的設(shè)備理論上都是脆弱的，連接的“東西”越多，對(duì)黑客們可訪問(wèn)點(diǎn)的數(shù)量就越大。隨著物聯(lián)網(wǎng)和我們的互聯(lián)世界進(jìn)一步擴(kuò)展，任何從工廠網(wǎng)絡(luò)到單臺(tái)家用電器的東西都將被包括在預(yù)計(jì)的750億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)連接之中，使得可擴(kuò)展的、高性?xún)r(jià)比的安全技術(shù)變得更為關(guān)鍵。

       幸運(yùn)的是，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）創(chuàng)建了一套最佳實(shí)踐，它已成為保護(hù)系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。我們有望看到，通過(guò)遵循下面這些原則，如NIST的FIPS 197中描述的AES加密，將成為基于以太網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基本最低要求。而且考慮到物聯(lián)網(wǎng)的同步要求，我們可以進(jìn)一步預(yù)計(jì)“安全的1588”系列技術(shù)——即加密方法不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)時(shí)同——對(duì)于這些網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期成功舉足輕重。

       結(jié)論

       毫無(wú)疑問(wèn)，以太網(wǎng)連接只會(huì)數(shù)量繼續(xù)增長(zhǎng)和變得多樣化，特別是隨著越來(lái)越多的智能“物體”連接到網(wǎng)絡(luò)。但許多問(wèn)題仍有待觀察，因?yàn)檫@種已有40歷史的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在不斷發(fā)展，以服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)的需求。無(wú)論如何，我們會(huì)看到，在以太網(wǎng)演進(jìn)成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)的過(guò)程中，確定性性能、同步和安全性這三項(xiàng)要求將發(fā)揮重要的作用。

       作者簡(jiǎn)介

       Martin Nuss是Vitesse半導(dǎo)體公司負(fù)責(zé)技術(shù)與戰(zhàn)略的副總裁和首席技術(shù)官。Martin Nuss博士擁有超過(guò)20年的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，是公認(rèn)的以太網(wǎng)技術(shù)行業(yè)專(zhuān)家，涉獵于公共和私有通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序與同步。Martin Nuss博士擔(dān)任電信行業(yè)解決方案聯(lián)盟（ATIS）董事，同時(shí)是美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)資深會(huì)員和IEEE會(huì)員。他獲得了德國(guó)慕尼黑理工大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)博士學(xué)位。