網絡轉型的始點--人聯網

------   【導讀】   ------

要理解并預測未來網絡的發(fā)展趨勢，就先要從“人網”的發(fā)展模式說起，在理解了曾經的發(fā)展模式后，“物網”的發(fā)展也就不難“預見”了。

以往的網絡主要用于個人用戶的接入，也稱之為“人網”。在“人網”的發(fā)展逐漸趨近“飽和”的形勢下，物聯網（“物網”）被寄予厚望。

物聯網的到來，對網絡發(fā)展來說究竟意味著什么，似乎很難琢磨。

其實，要理解并預測未來網絡的發(fā)展趨勢，就先要從“人網”的發(fā)展模式說起，在理解了曾經的發(fā)展模式后，“物網”的發(fā)展也就不難“預見”了。

一.網絡容量的增長模式

如今，TCP/IP（ Transmission Control Protocol / Internet Protocol）協議已經成為了全球互聯網和通信行業(yè)的標準協議，我們平時使用的各類智能終端（手機、電腦、平板等）都裝配有相應的通信模塊。

互聯網在TCP/IP協議簇的基礎上逐漸發(fā)展起來，使得全球各地的信息在其中穿梭，IP網絡作為信息工具推動了經濟全球化迅速的發(fā)展。

在TCP/IP出現之前，計算設備之間也有通信，但通信的方式相對獨立，并不具備通用性。

1969 年﹐美國政府機構試圖設計出一套網絡系統，用來連接各個離散的計算系統。他們希望：當戰(zhàn)爭來臨之際，如果部份計算機網路遭到破壞而失效，其他未癱瘓的網絡還能用來傳送戰(zhàn)備資料。

此后TCP/IP 協定誕生了，并于1985 年，在美國、歐洲好幾百個大學、政府機構、研究實驗室中“落了戶”。它具有很好的開放性和兼容性。其數據包中只需要攜帶目的地址就可以實現端到端的信息傳遞（網絡具有透傳信息的特性）。它具備動態(tài)的路由協議，可以自動偵測網絡狀態(tài)，并對受損的信息路徑進行修復。

它的種種優(yōu)點逐漸被需要聯網的大眾所接受。 1994 年﹐超過三百萬臺的計算機接入了IP網絡。

網絡能力增長的關鍵因素

IP網絡之所以能夠日漸龐大，有兩個最重要的因素：1.IP網絡具備良好的延展性；2.隨著技術進步，網絡節(jié)點的系統性能在不斷增長。

延展性，就是通過在原有網絡中增加新節(jié)點（預配置好的新節(jié)點，通過網線或光纖接到原有節(jié)點的接口上），就能自動識別并加入到原有網絡中，參與信息轉發(fā)工作，從而擴展網絡的接入范圍和數據帶寬。

網絡節(jié)點性能，主要取決于其核心部件的性能——芯片性能。自1965年，英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出了著名的摩爾定律后，芯片的性能就神奇般地飛速發(fā)展了幾十年（24個月翻一倍）。

直到今天，因為芯片工藝已經達到物理特性的瓶頸，以及受成本因素影響，使得芯片性能的“攀升”降了速，但它依然還在快速提升的過程中。芯片性能的飛速提高，使得設備廠商的設備性能節(jié)節(jié)攀升，新一代產品的性能總是遠高于上一代產品。

所以，網絡和服務器設備能夠通過替換舊有節(jié)點不斷提高整體性能，從而滿足用戶和終端設備日益膨脹的網絡連接需求。

二.個人市場中，

網絡需求增長的特點

目前，所有網絡的服務對象主要還是以“人”為主。不管是電信網絡、互聯網，還是企業(yè)專網，都是服務于人的網絡，人在網絡中是應用的主導者。所以，人的需求對于網絡而言，是最主要的發(fā)展驅動力，這種情況在2G/3G時代的運營商網絡上體現得非常典型（這里主要闡述的是以語音、短信業(yè)務為主的電信核心網）。

1. 影響2/3G業(yè)務需求的因素

由于2/3G網絡的傳統通信業(yè)務比較單一（語音、短信、少量上網和企業(yè)應用），所以網絡的需求從整體上可以抽象地看成是一個一階線性公式：網絡的整體業(yè)務需求=用戶數?人均業(yè)務量。

（1） 用戶數

網絡的服務對象是用戶，用戶是業(yè)務使用的主體，用戶的連接需求直接決定了通信服務的使用總量(在傳統電信網絡中，連接的需求主要是語音通話)。因此，在業(yè)務總容量增幅的預測中，“在網用戶數”是通信需求最重要的變量。并且，不同的省市的電信網絡規(guī)模，往往是由該地區(qū)的注冊用戶數量來決定的。

（2） 人均業(yè)務量

影響人均業(yè)務量的因素很多，整體上有三種：用戶需求、業(yè)務品質、業(yè)務場景。

用戶需求

在網絡發(fā)展的初期，價格是重要的影響因素。但是到了網絡發(fā)展的中后期（進入移動互聯時期），價格就不再成為“主要矛盾”，業(yè)務創(chuàng)新也趨緩，用戶的需求也就趨于穩(wěn)定。

用戶的需求逐漸接近“天花板”，本質上是因為人的信息處理能力有限。

人的精力總是有限的。人需要吃飯睡覺，過度的信息獲取會使得身心疲勞，影響身體狀態(tài)。并且，人的注意力和行動力具有專一性。也就是說，人多數情況下很難做到“多進程”處理事務。

比如筆者在電腦前寫作的時候，就沒有辦法拿起手機玩《王者榮耀》，畢竟我只有一個大腦兩雙手，身體的“零部件”難以“復用”到其它活動上去。除非，我學會了“影分身”（某動漫中的分身技能）。

個人業(yè)務的處理能力有限：從互聯網業(yè)務中就能看出人的精力有限，雖然現代發(fā)達的軟件工業(yè)已經為我們創(chuàng)造出了400萬個APP軟件，但普通人的智能手機上平均只安裝了50個的APP，且每天高頻使用的只有10個左右。

個人社交的交互能力有限：在生活、工作較穩(wěn)定的狀態(tài)下，有限的精力，使得人用于維系社交關系的通信連接數也會保持在一個恒定值上。并且在生活的顛簸中，該值波動的幅度也不會太大。這個上限值就是“鄧巴數”。

2009年，它由英國牛津大學的人類學家羅賓·鄧巴（Robin Dunbar）提出：人類智力決定了人類擁有穩(wěn)定社交網絡的人數是148人，約等于150人。任何人用于維系社交關系的通信連接數會保持在一個穩(wěn)定的值上?！班嚢蛿怠迸c電話、短信的需求量戚戚相關。

業(yè)務品質

業(yè)務品質，就是業(yè)務對網絡質量的要求以及網絡資源的消耗量。

一方面，業(yè)務對網絡資源的消耗量，在業(yè)務成熟后就基本不變了。業(yè)務迭代會帶來消耗量的小幅變化，但對整體的影響不大。業(yè)務品質的“飛躍”會帶來更多的網絡資源消耗的需求（例如通話業(yè)務從“語音通話”升級為“視頻通話”），但在業(yè)務創(chuàng)新逐漸趨緩的情況下，爆炸性的需求增加并不多見。

所以，在網絡發(fā)展的中后期，業(yè)務整體對網絡消耗也趨向于穩(wěn)定。

在傳統的通信領域，自短信和語音業(yè)務誕生以來，單次業(yè)務對網絡的需求基本就沒有太大變化；互聯網業(yè)務差異性較大，但不同業(yè)務對網絡帶寬和質量的需求也都比較穩(wěn)定。

業(yè)務場景

各類業(yè)務場景會帶來用戶數、業(yè)務需求的差異和波動。

在電信市場發(fā)展的初期，新增用戶還會帶動老用的需求增加，形成業(yè)務規(guī)模的整體上升。比如，家庭中原本只有一人（父親）有電話，而后媽媽、爺爺奶奶、外公外婆，以及子女也有了手機，那么爸爸（老用戶）的通話需求也會有較大的提升。

在電信市場發(fā)展的中后期，人口的群集和潮汐效應所產生的需求波動，也會影響對通信業(yè)務的預測和對網絡容量的規(guī)劃。上班高峰，人口都集中在產業(yè)園區(qū)，產生大量通信業(yè)務；下班后，遷移到住宅區(qū)，通訊需求也隨之遷移過去。

影響業(yè)務需求的因素還包括用戶的職業(yè)特性、文化習慣、地域風俗、活躍程度、通信資費。

整體來看，業(yè)務場景對網絡能力的需求具有一定的地域性和時效性（臨時性），對網絡需求量的影響有限。

在2/3G網絡中，影響人均業(yè)務量的三個重要因素（用戶需求、業(yè)務品質、業(yè)務場景），都處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，并不會帶來持續(xù)、大幅的業(yè)務量增加。

雖然有各種因素會影響業(yè)務需求的預測，但在2/3G時代，個人的業(yè)務量雖然會因非關鍵因素產生波動或跳變（從一個固定值“跳躍”到一個新的固定值），但它基本是恒定的，即單位用戶的業(yè)務需求是定值。

所以，全體用戶的業(yè)務需求基本都可以用一個一階的線性方程來整體估算（即：網絡的整體業(yè)務需求=用戶數*平均業(yè)務量）。

2. 2/3G網絡能力的最低要求

正是由于傳統的通信網絡是服務于人的信息系統，所以網絡中每增加一位用戶，就需要通信網絡同步增加相應的容量。

對于網絡容量以及所包含的單個網絡設備的容量，它們所需要的最低處理能力，就以業(yè)務需求為參照，可以抽象地表示為一個一階線性方程：O（n）=an+b（n為全部用戶數，a、b為常量系數，且a是每位用戶平均消耗的系統性能，b為系統運行最基本的資源開銷）。

因為市場需求是網絡能力的“指南針”，所以每年伊始，運營商需要通過對市場增長（以人數增長為主）的預測，來進行網絡擴容的規(guī)劃（增加節(jié)點或替換舊設備）。

業(yè)務容量增幅的多少，主要參照“業(yè)務需求”公式中的“以往全體用戶的平均業(yè)務量”，以及預測增加的“用戶數”，再酌情考慮其它非關鍵因素。

以上的一階線性公式只是一種抽象的表述，實際的網絡擴容規(guī)劃要比簡單的線性公式復雜很多，其中會包含很多種類型的需求指標和測算公式（包括整體性指標和局部的性能需求）。

以語音為主的2/3G網絡，整體性指標包括“用戶數”、“Erl（話務量-愛爾蘭）”、“BHCA（Busy Hour Call Attempt，忙時每小時起呼次數）”等等。而隨著數據業(yè)務的爆發(fā)式增長，還加入了“連接數”和“數據流量”等衡量“數據業(yè)務量（主要為互聯網業(yè)務，區(qū)別于電信的電路業(yè)務：電話、短信）”的整體性指標。

雖然實際的網絡預測要考慮、兼顧方方面面的因素，但整體性指標幾乎都與“用戶數”、“業(yè)務量（即業(yè)務對網絡資源消耗量）”息息相關。

因此，2/3G電信網絡的業(yè)務需求可以抽象理解為一個以“用戶數”為“變量”的一階線性方程。電信網絡的擴容需求，主要根據新增人數的預測，進行容量規(guī)劃、設計并予以實施。

（注釋：Erl表示通信信道的話務量負荷，即單位小時內信道占用的總時長，信道數量*實際時長/1小時。）

3. 網絡能力和業(yè)務需求增長的趨勢

對于以“人（用戶）”為本的網絡（電信網、互聯網），在過去幾十年間，隨著用戶數量的不斷增長，業(yè)務需求帶動著網絡能力持續(xù)攀升。其中，業(yè)務需求是由“用戶數量”和用戶的“業(yè)務需求”決定的；網絡能力是由“網絡規(guī)?！保ü?jié)點數量）和“節(jié)點性能”決定的。

網絡工程師們通過增加網絡設備以及替換（升級）網絡設備，來保持網絡能力的高速增長。雖然在網絡發(fā)展的前期，用戶迅猛的增長速度使得網絡發(fā)展捉襟見肘，然而整體上，網絡（包括電信網和互聯網）能力的增長速度超過了連接需求的增長。

在“網絡”和“市場”漫長的長跑比賽中，網絡能力逐漸“跑贏”了市場需求的增長。這種網絡能力的增長發(fā)展模式，一直持續(xù)到今天，并且網絡能力還在擴大領先優(yōu)勢。

網絡的“能力增速>需求增速”發(fā)展態(tài)勢，在后通信/互聯網時代，體現得非常明顯。

由于用戶和業(yè)務的增速趨緩，而網絡的核心組件-網元節(jié)點設備（路由器、交換機、電信交換機、防火墻）的能力依然在摩爾定律的推動下持續(xù)增長，使得網絡能力不再成為瓶頸，而能夠滿足全球人口的通信連接需求，并且還能兼顧體積和成本：縮小設備體積；減少設備投入網絡的數量、設備的換代周期延長等。

此外，摩爾定律，在一定程度上還改變了傳統電信設備的設計和生產制造。

原本的電信設備，只能用于電信業(yè)務的承載，是針對電信業(yè)務的專用信息處理設備。設備通過精密、復雜的內部模塊設計，可以最大化地發(fā)揮計算性能，以滿足電信級的高QoS質量要求和高并發(fā)的業(yè)務需求。

而隨著芯片性能和軟件工業(yè)的飛速發(fā)展，復雜的設備結構，已經可以由通用計算設備（板件）裝載行業(yè)功能軟件來實現了。

并且，能進一步以云計算、虛容器的方式構建虛擬化的網絡節(jié)點，動態(tài)調配計算資源，這正是運營商最近常提起的“NFV”（網絡功能虛擬化，Network Function Virtualization）。