新年伊始，網絡上各式“感嘆歲月”的帖子層出不窮，好不熱鬧。有90后嫌自己老了;也有70后還裝著嫩;還有00后玩起了自拍并自詡成熟。而我這個80后并不想表達什么，只是有一點懷念我的中學年代，那個還沒手機和互聯網的年代……

課間休息，下節課的任課老師提前出現在了教室門口，他攜著教案和試卷，不緊不慢地走進教室，立定在講臺前一手放下教案，頭也未回:”誰能擦下黑板”，老師洪亮的話音剛落，后排座位上一高個男生如離弦之箭，急速跑到黑板前抓起黑板擦，揮臂抹起來。

就在高個兒男生擦著黑板的時候，老師拿著試卷走下講臺，這是上一堂隨堂測驗的卷子，他隨意地將厚厚的一疊放在***排某位同學的課桌上，說到：“幫忙發一下”。

那***排坐著的同學拿起考卷，起身走到其它頭排的課桌前，將該組(列)同學的卷子挑選出來放下，說到：“傳”。***排的同學從一疊卷子中抽出了自己的卷子，再將剩余的卷子傳了到了第二排，第二排同學也同樣抽出了自己的卷子，之后傳給后排。

每一排的同學都這樣操作，直到***一排同學收到自己的卷子。很快，那***位同學順利完成了任務，將卷子分成8份(列)發完了。

上課鈴聲響起，陸續有人出現在教室門口并魚貫入內落了座，教室里也安靜了許多，但還是有不少人在輕聲交談，聊著響鈴前的話題。老師輕咳了兩聲，隨即沒了雜音，他向左一扭頭：“門!”，坐在***排近門的同學起身走了兩步將教室前門輕輕合上。

前半節課，試卷分析，全班同學都面朝講臺，專注于老師在黑板上演繹的解題思路。整個教室除了老師洪亮的嗓音和老師有力的板書聲外，別無異響。

而下半節課:自習，教室里的氣氛則大為不同。

坐在后排的A和B聊起了電玩游戲(三國類游戲)，它們盤點著每位“武將”的武力值，滔滔不絕。而坐在他們前排的C既不回頭也不插嘴搭話，卻聽著津津有味。

坐在靠窗中間同桌的兩個女生E和F，一起看著一本小說。這是一本青春校園題材的小說，學校圖書館剛引進就被她們借閱出來。如果輪流看，必然有人先、有人后，兩人都有點等不及。所以，他們便乘著自修時間，“頭碰著頭”讀起來。

同桌的M和N雖然表面上各自復習，但課桌下擺著象棋棋譜，一人落子前思考的時候，另一人勾選著練習冊上的選擇題。

校花O取出一張白紙，在上面寫了不少字，然后仔仔細細地疊成了小方塊，從課桌板下面遞給了她的同桌Q，并湊著Q的耳朵囑咐了幾句。

Q接過小紙條，一手伸過走道，遞給坐在斜后方的R，并說了一句：“當心被T拿走了”，雖然Q沒說紙條給誰，但R似乎知道要給誰，他將紙條繼續傳了下去，并將Q囑咐的話也傳了下去。

原來，紙條是給學霸S的，而T是S的同桌，且又是男生中最八卦的一個，所以，紙條最終繞過了他直接到了學霸S的手里。

眼看著紙條到了學霸手里，而每一個傳遞者都有意繞開他，T很是不服，他嘟著個嘴對學霸說：“你快看看寫了啥”。學霸捏緊了紙條塞進了褲兜:“要你管?!”。

***一排兩個大男生:靠窗的U和靠門的V，隔空商量起了打籃球的事兒。他們之間的距離“遙遠”。

他們嫌說話不便，傳紙條則太慢，所以各自將椅子往后挪了一挪，相向而對打起了手勢、對起了口型。雖然這種“啞語”的交流方式容易出錯，但他們還是很快地完成了課后分工：誰去給籃球充氣，誰掏錢去買飲料。

如果把教室看成一個物聯網邊緣的網絡域，那么教室里的每個人都是一個智能節點，這些老師和同學即是承載應用的終端，也是信號轉發的中間節點。和遠距離的通信方式不同，當人和人(智能節點)面對面時，他們之間的交流(信息傳遞)，并不完全遵循對稱的網絡架構。

(注釋：“對稱”的網絡架構，是指信號的發送方和接收方，采用相同的、層次化的網絡模型。比如兩臺電腦建立一個“TCP/IP”的連接，這基于雙方具有相同的網絡協議棧。對稱的通信模式，要求發送方在數據包中攜帶路由等相關的網絡屬性，所以也稱之為“面向發送者”的通信模式。)

一、“面向接受者”的“非對稱”通信

面對面時，人們通過口語、表情、肢體來表達想法，這往往都不是對稱的通信模式。而只有遠距離的書信來往，才可以看成是“對稱”的通信。在“不對稱”的信號收發模式中，發送者可以在發送的消息中不標識出接收者，也不攜帶路由信息，任由***位信息的接收者自行處置。

例如：任課老師不是班主任，她并不知道誰是值日生，但她只需要發出班務需求，值日生就會主動履行其職責(擦黑板)。老師采用了典型的“面向接受者”的“非對稱”通信模式，他(老師)其實并不知道究竟誰是接收者(值日生)，所以他以廣播的形式發送信息，只是提出了需求，卻不指名道姓指定執行者。

在邊緣網絡中，啞終端特別需要利用這種“非対稱”模式連線上網。帶有傳感器的啞終端如果采用電池供電，那就必須采用低功耗的運行模式。所以，設計者會簡化終端的通信復雜度，并減少上傳消息的字節數。

消息中的網絡開銷字節被盡量縮減，甚至完全舍棄，再通過智能設備進行讀取，來靈活、有效地處理它們提供的信息。

在非対稱的通信模式中，始發消息就好像人的口語一樣，內容十分簡潔，且不會刻意注明接受者的相關信息。

簡短的口語能夠確保人們思想交流的效率。在物聯網領域，這種低網絡開銷、內容極短的消息被稱為“啁啾”(鳥鳴的象聲詞，源自“Francis daCosta”的《重構物聯網的未來》)，也有一些邊緣網絡協議的開發者稱之為“吼叫”(具有廣播特性)，而我則稱呼其為“口信”。

二、邊緣網絡需要“非對稱”通信

1. 微型終端的通信需求

在邊緣網絡中，終端對通信的需求(實時性、數據量、周期性、完整性等)有很大差異。一些終端(例如單一的傳感器等微型終端)并沒有大量的數據上傳需求，對實時性和完整性的要求也不高，它們一次通信只需要發送微量數據，并且要求周期性地與臨近終端進行信息交互。

在大量部署微型終端的區域中，任何一個微型終端短暫的“失聯”，通常都不會影響應用中數據計算的結果。

在邊緣應用中，這種“低信息量、較高頻率、允許丟包和延時”的通信要求，通常都適用于于“監測和分析”相關的應用。

2. 對稱通信模式的局限性

如果按照對稱通信的模式，終端設備需要將小量的信息(傳感器讀數可能只有幾個字節)進行層層封裝，并攜帶相對大量的網絡開銷字節(比如IP報文：IPv4報頭長度固定為20B，即160bit;IPv6報頭長度固定為40B，即320bit)，然后發送給網絡。

邊緣網絡中的轉發節點，收到海量的“小信息量”數據后，需要不斷地拆幀解包、路由查詢，再將數據封裝后送往目標終端。在收到數據包后，應用數據的終端同樣需要對數據解包、校驗后，才能用上這可能只有幾個字節的內容信息。

而實際上目標終端可能就在十米開外的地方，確有畫蛇添足、多此一舉之嫌。

由于數據包中的有效負載的比例太小，頻繁的小信息量的數據交互，使得網絡資源被嚴重浪費。數據的“過度包裝”，不僅對信息的發送者和接收者是一種負擔，對位于網絡中間的路由、轉發者更是嚴峻的考驗。

在數據包中網絡開銷占據的比例過高，對通信網絡來說并不經濟。對于整個物聯網邊緣網絡，無線接入資源(頻譜資源)和有線網絡帶寬原本就不富裕，有效載荷過低只會造成更為嚴重的資源稀缺。

所以，需要另一種顛覆性的通信模式，即非對稱的通信模式，來滿足邊緣網絡的特別需要。

3. 非對稱通信模式的特性

在邊緣網絡中，由于終端的地理位置相對靠近，局部的組網結構并不需要太復雜，端到端的網絡連接“跳數”可以被控制在一定范圍內。在數據包的網絡開銷相對簡化，甚至省略的情況下，連接的質量依然可控。

對于單一功能(感知、執行)的終端，其個體之間交互的消息量普遍較小。對于此類設備，采用低開銷的小數據包(“口信”)更為合適。

• 一方面，可以減少網絡資源的占用，提高利用率。例如，因為數據的信息量小、字節少，所以用于“分片”的開銷字段(以IPv4為例)：標識(identification)、標志(flags)、段位移(Fragment Offset)，便沒有了存在的必要。此外，“非対稱”模式中適當放寬差錯效驗、抗干擾等通信質量要求，仍可以滿足邊緣應用的需求特性(“低信息量、較高頻率、允許丟包和延時”)。
• 另一方面，可以降低耗電，增加終端電池的使用壽命。同時，由于簡化或省略了網絡協議棧，終端的控制和通信芯片也可以隨之簡化，進一步降低了電路設計和制造的成本。

4. 非對稱通信模式的局限性

“口信”是一種非常簡潔的消息，但具有一定的局限性。一方面由于消息的數據包中沒有路由信息、效驗碼等網絡層的通信保障信息，所以難以保證數據傳送的實時性。

另一方面，在數據包缺少網絡開銷字節情況下，如果通信需要實現可靠的端到端連接，就只能由兩端的應用層來掌控數據報文的效驗和重傳，這樣不僅會增加數據傳送的時延，也會消耗更多的鏈路資源。

所以，非対稱的通信模式，通常并不適用于遠距離的信號傳輸，以及對實時性和完整性要求較高的通信連接。人們使用的智能終端通常以“對稱”通信為主，因為人的信息消費需求是時延越低越好，可靠性越高越好。

整體來看，非對稱的通信模式具有：信息簡短、交互頻繁、網絡開銷簡化、可容忍少量丟包等特性，適合“面對面(face to face)”的現場交互，而不適合于長距離、高可靠性的連接。對稱和非對稱這兩種通信模式，會在邊緣網絡中作為互補而共生。

三、面向接收者和邊緣計算

顯然，發送者的“口信”是缺少某些“信息”的：應用場景信息、路由信息、時間戳、位置信息等等。要補全這些信息，就需要口信的接收者和轉發者有一點“智力”，來彌補“信息的不完整”并做出處理的決策。所以，非對稱的通信模式是“面向接收者”的信息連接，并且需要邊緣計算、邊緣智能的部署，來實現數據的準確傳達和使用。

在邊緣網絡中“面向接收者”的通信模式中，接收者主要是指轉發節點、智能網關、邊緣服務器和智能終端。

1. 轉發節點

消息簡化的一個重要前提，就是消息的采集/轉發者具備較高的計算分析能力(智能)。邊緣網絡中，采集/轉發者的工作通常由轉發節點承擔。通過發揮轉發節點的計算能力，補全各類“口信”的場景、路由信息，實現各類通信協議的轉換(包括終端接入邊緣網絡、邊緣網絡接入云端)，以及扮演智能網關的角色。

• 使得網絡節點能夠自行根據應用場景，補全“口信”中的上下文內容(時間戳、位置戳、應用類型、網絡中其它興趣節點)，并決定如何處理收到的信息內容：將消息丟棄、封裝、轉發、應用。
• 在網絡邊緣，各種類的終端會采用不同的方式接入網絡：有線連接(網線、電話線、電力線)或無線接入(無線電、微波)、數字信號或模擬信號(光波、音頻)，各類通信協議需要轉發節點進行“翻譯”并轉發給目標終端。由于轉發節點不僅具備信號中繼的功能，還要承擔多協議的“翻譯”職責，所以其需要一定的計算和存儲能力、配置各類通信協議棧，以實現數據流的協議轉換，提高邊緣網絡的兼容性。

2. 智能網關

邊緣網絡中需要節點承擔網關角色，負責和云端通信。

一方面，網關節點和轉發節點的角色類似，實現邊緣領域內、外的通信協議轉換：能夠將邊緣網絡中的多源異構數據“翻譯”成云端的通信數據報文，也能夠將云端的數據報文解析后重新封裝，使得邊緣網絡中的各類終端能夠識別。

通常情況下，云端網絡采用IPv4或IPv6的對稱通信協議，而邊緣網絡中則為多種協議共存，包括以太網協議、藍牙、RFID、工業總線、Zigbee等等。

另一方面，網關設備還需要具備防火墻功能，以及對上下行數據進行分揀、過濾、剪裁和壓縮，實現路由功能。此外，根據業務需求，網關可能還要具備數據流緩存、預處理等應用層面的功能。

邊緣“網關”需要負責海量數據的上傳下行工作，并能夠靈活調整路由、數據預處理的策略。邊緣網絡對網關計算、智能的要求，會隨著應用場景的發展不斷提高。(幫助老師發考卷的那位學生，便是通過“二傳手”(所有坐***排的同學)進行考卷的分發，提高了效率。)

3. 邊緣服務器和智能終端

除轉發節點以外，同樣對于數據的應用者，也需要智能來理解“口信”，解析出“語義”，并予以應用。事實上，物聯網的大量消息只在邊緣有價值，并且只在邊緣網絡中消費，所以使用數據的終端和服務器需要足夠的計算和存儲能力，來實現復雜的業務功能。

(注釋：我曾經介紹過物聯網的兩個信息環路：預測分析的云端信息環和操作執行的邊緣信息環，在這里就是指現場操作的應用，應用中的數據具有明顯的時效性和地域性)

四、混合通信

在邊緣網絡中，采用“口信”方式發送信息有一個顯而易見的好處，就是對通信資源的占用會很低，特別是針對稀缺的無線頻譜資源。同時，終端也可以通過配置通信周期，采用退避算法、信道監聽等等措施，彼此騰出時間間隙，進行數據發送。

但如果有一些設備要長期占用無線網絡帶寬呢：比如在家里的公共活動區域(陽臺、客廳、餐廳、廚房、門庭等)安裝無線攝像頭，并實時向安保服務器上傳視頻數據。

而問題就在于：除了攝像頭外，家里還有冰箱、(幾臺)電視、(每人一部)手機、插座、空調、音響、微波爐、咖啡機、體重秤、照明燈、熱水器、吸塵器、平板電腦、智能門鎖、便攜式電腦、煙霧報警器、空氣凈化器等等一堆的電器需要聯網。

仔細想一想，要滿足長期占用帶寬的需求，還是拉一根網線最為合理。

人會使用各種方式進行信息采集和交流，這使得人具有很強的環境適應性。正如教室中的自習時刻，同學們根據對通信質量的需求(完整性、緊急性、數據量、安全性等)，結合環境因素、收發雙方的溝通能力(契合度)、信息傳遞的成本，以及個人喜好，采用各自的方式進行溝通。

正所謂“隨心所欲不逾矩”，“智能+混合通信”的模式，體現了邊緣網絡中“市場化”的連接組網方式，對通信效率的提升不言而喻。

智能終端也可以這樣聯絡彼此。因為他們可以裝備多種類的“感知器官”，并擁有分析預測的“智能”。

配置了各種通信模塊和傳感器，它們就可以采用混合通信的方式與外界交流;對不同類型的信息進行關聯性分析，從而更深刻地理解現實世界和其它設備。

由于在邊緣網絡，終端、節點等設備相互之間的距離不遠，所以他們完全有條件選擇合適的通信方式進行連接：通過無線電波空傳數據(微波通信、移動通信);通過線纜(光纖、電纜)傳導數據流;還可以通過各類傳感器、輸入輸出設備通過模擬信號(聲音、圖像、紅外線等)進行交流;

此外，根據應用的需要，機械化的信息傳遞方式(齒輪傳動等)和快遞“存儲介質”的方式(使用即插即用的存儲設備)，只要允許，也是可行的。

在邊緣網絡中，由于終端們可以在現實中“面對面”，所以他們交流的方式可以擴展到幾乎所有的自然界的信息傳遞方式上。我們的智能手機其實已經具備了這種能力：

• 通過藍牙連接智能手環和藍牙耳機，通過Wi-fi接入家庭路由器上網(近距無線通信);
• 通過4G技術連接到運營商網絡撥打電話(遠距無線通信);
• 通過觸摸屏和“主人”互動(圖像輸出、機械輸入);
• 通過振動和鈴音提示未接電話(機械式輸出、聲音輸出);
• 通過攝像頭對使用者進行身份識別，對二維碼進行掃描識別(圖像輸入);
• 具備語音喚醒和交互功能(聲音輸入)。

五、通信百態是邊緣網絡的未來

對于通信而言，無線信道擁擠、有線帶寬匱乏的瓶頸一直存在，在物聯網時代恐怕尤為明顯。邊緣網絡的通信連接方式，將依據各類行業應用的需要、終端的(感知、計算、通信)能力和數量、通信資源的狀況，呈現“八仙過海”的局面。這種通信的生態，將助力物聯網不斷向前發展，實現智能的泛在部署。

非對稱的通信模式(“口信”)，并不會完全替代對稱的通信模式，但是它會是邊緣網絡中不可或缺的關鍵組成。

結束

自習時，學渣X本就無心做作業，看到前排的校花傳紙條，更是有些心神不寧。他從課桌臺板下抽出一張空白的草稿紙，側過頭看了看遠處正在認真復習的女神Y。

他可不想通過別人中轉把紙條傳遞過去。愛打籃球的他，丟紙條的準確率雖然不低，但還是難免擔心被別人“搶了籃板”。他斟酌了好久，在紙上落筆書寫了一首藏頭詩。

他邊看著女神邊把創作疊了起來，將紙張折成了“塊”。隨后，他望了一眼四周，確定沒什么危險，先一手近腮托舉起紙塊，再上伸前臂并通過手腕帶動手掌前推，一個連貫又迅速的動作將小紙塊拋向目標。

小紙塊在教室上方劃出了一個漂亮的弧線，在這個領域，它與其它紙團相撞的概率幾乎為零，當然也太可能有“冒失鬼”竄起來蓋帽……

投擲的一剎那，X不免擔心：藏頭詩雖不容易被旁人讀懂，但誰也不能保證女神就一定看得明白。不過，他又轉念一想，只要被女神拾到了，即便打開的是一張白紙，那也足夠了。有時候，這有些事兒不就是盡在“不言中”么?!

【本文是51CTO專欄作者王峰的原創文章，轉載請聯系作者本人獲取授權】

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