750億部，這是摩根士丹利預(yù)計的、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”之間的嵌入式機器對機器(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)的實時可見性和控制能力，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)注定將給我們的生活帶來無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。它也越來越多地應(yīng)用在各種公用事業(yè)、交通運輸、工業(yè)和政府網(wǎng)絡(luò)中。
雖然專有通信協(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，并為三項關(guān)鍵功能提供原生支持：
1)可靠性和確定性性能
2)精確的授時和同步，以及
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)對未來物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將面臨的一些主要挑戰(zhàn)。
一個風(fēng)險游戲：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M2M通信應(yīng)用中，采用的自治、對等(peer-to-peer)分布控制，遠(yuǎn)比任何消費性物聯(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時發(fā)生。利用能夠比人類更快地處理任務(wù)的系統(tǒng)，在無需人工干預(yù)的情況下，可靠和安全地運行是至關(guān)重要。例如，倉庫中物料搬運設(shè)備可感知沿著傳送帶移動的包裹。它通過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。
現(xiàn)在想象一下一個監(jiān)控一座核電站結(jié)構(gòu)性健康的網(wǎng)絡(luò)。錯誤檢測和可靠性承擔(dān)著更高的代價，因為在這樣環(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：
- 容錯能力
- 安全
- 低延遲
- 低功耗
- 無處不在的覆蓋
隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)加速其向以太網(wǎng)的過渡，它們可以利用由城域以太網(wǎng)論壇(MetroEthernetForum，MEF)所定義的、標(biāo)準(zhǔn)化的、電信級的服務(wù)定義來確定“電信級以太網(wǎng)”。這些標(biāo)準(zhǔn)尤其重要，因為物聯(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價比的、電信級的設(shè)備，以滿足這些實時需要的、高性能的聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
授時和同步對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要
IEEE1588v2精密時間協(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)自動化領(lǐng)域的 1588能夠非常準(zhǔn)確地授時，可為實時應(yīng)用提供精確的計時時間(time-of-day，ToD)信息，以及時間戳輸入、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)時間抖動”等，支持共同完成時間敏感任務(wù)的那些完全不同的和分散的智能對象間的實時通信和互動，包括自動流量管理系統(tǒng)和自動駕駛汽車到智能電網(wǎng)管理。
以自動流量管理為例。1588可以為與公路和鐵路互連的流量管理系統(tǒng)提供可視性和動態(tài)控制，允許運營商基于客流量靈活調(diào)整時刻表。同樣，在自動駕駛汽車領(lǐng)域內(nèi)，1588可以提供道路實時流量和擁塞數(shù)據(jù)，與自主車輛通信，以實現(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來管理分散的能量供應(yīng)源，如風(fēng)力發(fā)電機或光伏系統(tǒng)。帶有1588功能的智能電網(wǎng)也可讓公用事業(yè)公司訪問實時負(fù)載數(shù)據(jù)，并可以通過迅速控制商業(yè)、工業(yè)和住宅環(huán)境中已有的用電限制系統(tǒng)，幫助他們針對突發(fā)需求高峰穩(wěn)定其電網(wǎng)。
展望未來，我們預(yù)計帶有1588計時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。
安全性對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要
有關(guān)信息安全和保護商業(yè)和政府網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施免受網(wǎng)絡(luò)攻擊的意識正在提高。由于以前的封閉物聯(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)備就緒堅實可靠的安全策略勢在必行。雖然存在眾多的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全模型，我們在本領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的重點仍是加密功能，因為它是保證網(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，因為它通常需要嵌入式或?qū)Ｓ玫莫毩⒓用芤妫瑢崿F(xiàn)起來成本很高。
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IEEE802.1AE“MACSec”安全標(biāo)準(zhǔn)，它與“KeySec”認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議l802.1af共同使用。雖然今天沒有被廣泛采用，但由于其在L2層可簡便而高性價比地實現(xiàn)，它提供了一個更簡單、更高效、可擴展的選擇。
像其他基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)一樣，保護其多個接入點的強大加密功能將對物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。由于任何帶有一個IP地址的設(shè)備理論上都是脆弱的，連接的“東西”越多，對黑客們可訪問點的數(shù)量就越大。隨著物聯(lián)網(wǎng)和我們的互聯(lián)世界進一步擴展，任何從工廠網(wǎng)絡(luò)到單臺家用電器的東西都將被包括在預(yù)計的750億個物聯(lián)網(wǎng)連接之中，使得可擴展的、高性價比的安全技術(shù)變得更為關(guān)鍵。
幸運的是，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)創(chuàng)建了一套最佳實踐，它已成為保護系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊的事實標(biāo)準(zhǔn)。我們有望看到，通過遵循下面這些原則，如 NIST的FIPS197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，我們可以進一步預(yù)計“安全的 1588”系列技術(shù)——即加密方法不會影響網(wǎng)絡(luò)時同——對于這些網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)長期成功舉足輕重。
結(jié)論
毫無疑問，以太網(wǎng)連接只會數(shù)量繼續(xù)增長和變得多樣化，特別是隨著越來越多的智能“物體”連接到網(wǎng)絡(luò)。但許多問題仍有待觀察，因為這種已有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。無論如何，我們會看到，在以太網(wǎng)演進成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)的過程中，確定性性能、同步和安全性這三項要求將發(fā)揮重要的作用。
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