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为什么谈5G必谈IoT

你好,欢迎和我一起透视5G。


我们来说说为什么谈5G必谈IoT,以及为什么我说5G和 IoT,是未来世界的波粒二象性?


对于同一个事物,不同的人从不同的角度来看,看到的东西是不一样的。这就如同对于光这种现象,牛顿等人看到的是粒子的特性,他们认为光是一束粒子,而惠更斯等人,则看到的是波动性,他们觉得光是一种波。


今天对于移动互联网,其实搞计算机的人,和搞通信这两类人,由于视角不同,所看到的现象也不同,他们都觉得自己看到了本质,都强调各自不同的一面,并且在自己看到的那一面开展自己的工作。


对于5G和IoT,也是如此,它们原本应该是一个不可分割的整体,但是搞通信的人会强调新的通信标准这一面,强调它的快,他们相当于看到了波动的一面,就成了5G;而搞计算机的人,会强调它的广泛性,它的无所不在,它所连接的节点数量多,这相当于看到了粒子的一面,就成了IoT。


我们这一讲先分别从这两个不同的视角来解读IoT和5G,然后再说明它们为何是一个整体,要谈5G就绕不开IoT。更重要的是,我们需要学会通过溯源,找出一个事物的基因,然后再观察它的演化,了解它们的发展规律,理解它们为什么现在是这样的,才能更容易看清它们未来的发展。


我们先从计算机人士的角度来解读IoT。对于这部分人来讲,网络的通信在早期是计算机和计算机之间的通信。远程的,跨过不同区域甚至国家的计算机连上网,就形成了互联网。


最初的互联网诞生在1969年,一共四台大学里的服务器就连成了网络。那是由美国(国防部)的高级研究计划署(ARPA,今天DARPA的前身)主持的,最初是为了方便研究人员远程使用美国几个超算中心的超级计算机,试验远距离联网传递信息和控制远程的大型机。


因此,早期互联网的基因就是计算机和计算机的联网。虽然到了上个世纪末,全世界的互联网已经比较发达了,这个性质依然没有改变。那时候,人并不直接和互联网相联,人可以通过某一台计算机,访问互联网的信息,或者使用远程的服务器。但是当人一旦离开计算机,就和互联网无关了。


早期互联网这种基因,决定了从业者所关心的焦点集中在这样两方面:


如何快速地在服务器之间传递信息,这符合我们所说的“利用更少的能量传递更多的信息”这个中心轴。比如思科公司和华为研发越来越快的路由器和交换机,就是为了解决这个问题。
如何让网络兼容不同的计算机和操作系统,比如原先太阳公司提出Java语言,就是为了解决不同计算机的兼容问题。
我们通常把那个时代的互联网称为第一代互联网,连接它们的主要媒介是各种信号线(网络线)。由于计算机很少搬动,因此它的供电不是问题,大家也不太考虑计算机要节约能源,而是单纯追求速度。这是第一代互联网的特点。


第二代互联网就是移动互联网。从表面上看,它是由智能手机或者平板电脑这样可以移动的设备,取代了固定的计算机,因此网络的传输从固定的线路,到了空中的无线电波。但这只是表面现象,它的本质是人和人的联网,因为大家联网的目的不再是要利用其他人的设备,而是要找到对方那个人。因此从第一代互联网到第二代,计算机和手机不是本质,连接的对象从机器变成了人才是本质。


但是第二代互联网,也就是移动互联网时代,由于人是移动的,需要通过看不见的,却无所不在的无线电波连接,就取代了网络线的连接,而过去2G互联网不够快,所以必须要有3G和4G。也正是因为人要移动,就不可能插电源,那么就要求移动设备的处理器省电,操作系统也省电。


同时,由于不可能带有键盘,就需要触屏的设备,语音的输入,以及通过图像进行人身份的验证(而不仅仅是过去的密码)。当然,同时也需要电池技术的改进。所有这些变化,就导致了新的商业机会的出现。


上面是从计算机从业者的角度来理解的第一代互联网到第二代的变化。但如果从通信行业从业者的角度看,则是另一番情景。我们在之前《信息论40讲》这门课中已经讲述了从1G—4G通信技术的变化,我们这里就不再赘述了。(26|极简通信史:从1G到5G通信,到底经历了什么?)这里我们简单地概括一下其中的要点。


首先从1G到4G,信息的传输率基本上做到了每一代增加一到两个数量级,这样通信从原来主要打电话,变为了从互联网上传递数据。于是移动通信就开始和互联网结合了。


其次,从1G到2G,再从2G到3G,每次通信技术的变革,都发生了革命性的变化。但是到了3G,再想往4G改进,其实传输的效率已经接近极限值了。因此,想要突破,就只能集中在增加通信的带宽,以及减少通信的路径中的节点上。


这就好比汽车的内燃机的效率提升到一定程度就上不去了,要想增加功率,就要用更大的内燃机,或者增加一个电动机一样。这也是从3G到4G,你除了体会出网速快以外,好像感觉不出其他差别的原因。


但是值得一提的是,从1G、2G到3G、4G,固定电话网络和移动通信网络合二为一了,实际上今天很多人家已经不再安装固定电话了。而且到了4G时代,互联网和移动互联网在功能上其实是解决同样的事情。


也就是说,互联网和移动通信到了这个时代,在用户看来才成为一个整体。1G、2G时代,它们的作用是不同的,互联网是为了让你找信息,而手机是为了让你找人。


不过在3G、4G的时代,互联网和通信的网络在物理上还是不相联的,是两套完全不同的系统,被两类不同的公司所控制。对使用者来讲,你在外面发朋友圈,看视频,用的是4G信号,回到家里,赶快换成Wi-Fi。为什么呢?因为Wi-Fi是不收流量费的,4G要钱。这就体现出两种网络的不融合了。


为什么家里的互联网和外面的移动网络收费方式不同,因为前者是被互联网公司控制着,它们一直强调网络中性化,也就是说不管用网多还是少,都不应该歧视,要一视同仁。但是后者是被通信公司控制着,它们强调按照打电话的时间或者流量收费,因为一百年来,它们就是这么做的。


好了,接下来我们不妨分别问一问这两个不同行业的从业者,他们未来各自发展的方向是什么?搞计算机的人会讲,他们希望将世界上所有东西都联上网,这就是万物互联(IoT),而搞通信的人会讲,他们希望网速更快,能够支持更多的设备同时上网,而且希望各种网络的融合,这就是5G。


我们可以看到,这两个行业的融合,你家里的Wi-Fi和外面5G基站的合并,在5G时代,就成为了趋势。


那么为什么不可能在4G的基础上,通过提高基站的功率和带宽实现两种网络的融合呢?因为4G的移动通信标准有三个无法解决的问题:


首先,当上网设备数量太多后,它的带宽不够,所能同时并发处理的上网请求也不足。


大家如果差旅住在一个小酒店,可能会有这样的经验。你看着设备上显示那里的Wi-Fi信号挺强的,但是网速很慢,而且经常被别人踢出去。这就是总带宽和并发能力太低所导致的。4G网络在IoT时代就会遇到这个问题,因为在制定4G标准时,就没有打算让那么多设备同时上网。


其次,今天的IoT设备联网的方式实在是既不方便,又极不安全。


今天大家使用IoT设备,要么是通过蓝牙和你相联之后再上网,要么是通过家里的Wi-Fi联网,总之不能直接联网。如果你10年后回过头来看这种联网的方法,就会觉得很奇怪,这就好比你有了手机,但是无法直接使用,要回到座机旁,通过无线电波和你的座机相联,然后才能打电话一样。


今天你的智能手表,离开了手机就难以通行,家里的监控摄像头,离开了Wi-Fi就不工作。这些问题,4G都无法解决。


此外,目前这种做法有很大的信息安全隐患,由于篇幅的原因我们就不细讲了,大家记住这个结论就好了。


最后,如果单纯增加4G基站的发射功率,那至少需要增加一个数量级,市民的安全就会受到威胁。而且,如果无线电波的频率不断增加,你用一张纸就把信号挡住了。


由于4G的这些致命问题,要在未来IoT时代保证通信的顺畅,我们只能另起炉灶,设计新的移动网络。这个被称为5G的新网络标准,除了提高总带宽,很重要的目的就是让海量设备同时上网。因此5G是和IoT相伴生的。


从5G发展的必要性来看,它其实是互联网发展,或者说通信发展的需求。当所有的东西都要上网,或者说都要通信后,就必然需要5G。而到了5G的时代,网速可以提高1到2个数量级,这样不仅足够IoT使用了,而且对于大多数人家来讲,其实不再需要拉宽带,装Wi-Fi了。


这样,互联网和通信网络就真的融合了。这可能也会促使这两个行业的融合,比如统一收费标准,甚至在一些国家,两个行业之间的企业互相并购。事实上在4G时代,雅虎已经被电信公司收购了。


要点总结:

5G和IoT相辅相成,它们是一个整体,只不过搞通信的人强调连接和通信技术,搞计算机的人强调上网设备的范围。
目前的4G技术没有进一步升级的可能,因此5G势在必行。当然它发展的速度,受限于IoT的发展进程。
网络的融合是通信和计算机发展的趋势,任何和这个趋势相关的努力都是顺势而行,任何单独搞一套的做法都是逆势而行,会被淘汰。


原文来源作者:吴军