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5G 是未來的唯一選擇?| 暢言

2019-03-28 08:44 CSDN
關(guān)鍵詞:傳感器技術(shù)5G

導(dǎo)讀:傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ),是把物理世界的“物”,轉(zhuǎn)換為數(shù)字世界中可辨認(rèn)的數(shù)字化“物理量”,比如溫度傳感器、陀螺儀、指壓傳感器等等,這是物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)。

社區(qū) 物聯(lián)網(wǎng),5G,物聯(lián)網(wǎng),蜂窩網(wǎng)絡(luò)

圖片來自“東方IC”


眾所周知,物聯(lián)網(wǎng)是一個市場潛力巨大的藍(lán)海,在人與人之間的通信逐步飽和的情況下,挖掘人與物、物與物之間的通信需求,是流浪地球信息化進(jìn)程的必經(jīng)道路。

萬物互連,所有的“物”都連到互聯(lián)網(wǎng),都成為互聯(lián)網(wǎng)世界的一個分子,在互聯(lián)網(wǎng)世界里,人和物是同等的。有句經(jīng)典,“在互聯(lián)網(wǎng)世界里,沒有人知道你是一條狗”。所以萬物互連,是真需求,是一個美好的愿望。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包含傳感器與通信兩部分

傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ),是把物理世界的“物”,轉(zhuǎn)換為數(shù)字世界中可辨認(rèn)的數(shù)字化“物理量”,比如溫度傳感器、陀螺儀、指壓傳感器等等,這是物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)。如果無法描述和轉(zhuǎn)換物理世界的“物”,物聯(lián)網(wǎng)無從可談,有了萬物的傳感器,才可能有萬物互連。

物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)包括有線通信和無線通信。有線物聯(lián)網(wǎng)大家都知道的,如電話線、五類網(wǎng)線、電力線PLC、同軸電纜,這里無需多說。而無線物聯(lián)網(wǎng),則再分為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和局域物聯(lián)網(wǎng)。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可包括GPRS、CDMA 1X、NB-IOT、eMTC、LoRa、5G等,主要是指通過蜂窩通信提供物聯(lián)網(wǎng)的傳輸需求,覆蓋廣和移動需求,可以是公眾通信網(wǎng)(三大運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)),也可以是專網(wǎng)(電力、公安、油田等),也包括企業(yè)自建的Lora網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)。而局域物聯(lián)網(wǎng),包括很多短距無線通信技術(shù),比如WIFI、藍(lán)牙、zigbee等,這些技術(shù)在現(xiàn)有的局域物聯(lián)網(wǎng)中使用很多,如果從連接終端數(shù)來統(tǒng)計的話,局域物聯(lián)網(wǎng)相比蜂窩物聯(lián)網(wǎng),規(guī)模大很多很多。

實(shí)現(xiàn)萬物互連需要什么樣的技術(shù)呢?

物聯(lián)網(wǎng)的世界非常多姿多彩,個性化需求很多,萬物互連應(yīng)該是有由蜂窩網(wǎng)技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)共同完成。4G和5G只是屬于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的一種,并不是全部,從經(jīng)濟(jì)性和安全性,萬物互連不能單獨(dú)由4G和5G承擔(dān)。

那么為何說5G技術(shù)支持萬物互連呢?是的,蜂窩移動通信,原本就是滿足人和人的通信,容量、覆蓋、質(zhì)量、速度是非常關(guān)鍵的,也是相互制約的要素(很難做到既要高速上網(wǎng),又要大海量用戶)。

從GSM和CDMA開始,到現(xiàn)在的5G,在覆蓋和容量上不斷快速發(fā)展,原來一個基站只支持幾百個用戶同時打電話,到現(xiàn)在一個4G基站支持200~300用戶同時高速上網(wǎng),技術(shù)發(fā)展確實(shí)是驚人的。到了物聯(lián)網(wǎng)階段,一個基站要服務(wù)幾萬個物聯(lián)網(wǎng)終端,就是所謂的海量連接,需要用到各種技術(shù)來滿足。但是要知道,容量和速度是制約的,要支持5萬個物聯(lián)網(wǎng)(不是真正的同時時間傳輸數(shù)據(jù)),每個物聯(lián)網(wǎng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)量和時間都很少,比如一個抄表終端,一天24小時,只在1分中內(nèi)傳輸1000個Byte字節(jié)大小的數(shù)據(jù),然后23小時59分都在睡覺,明白了嗎?又比如如果在體育場里有足球比賽,1萬名觀眾拿著手機(jī)看4K視頻,這個場景下目前的5G技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的,那是天方夜譚——你不信?腦補(bǔ)一下。

5G是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),主要針對運(yùn)營商的蜂窩網(wǎng)絡(luò),并非某個國家擁有(順便普及一下,WIFI是有IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織制定的,也不是某個國家擁有)。5G的三大特點(diǎn),eMBB、uRLLC和mMTC,是一個良好的設(shè)計方案,但大部分技術(shù)提升不是針對手機(jī)用戶,而是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)用戶,每平方公里提供100萬個終端的接入,即海量連接,是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的一個突破。但只是移動運(yùn)營商利用蜂窩移動通信技術(shù),來滿足“萬物互連”的一個技術(shù)方案,或一種愿望。

物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)就是個性化非常明顯,并不是每個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都需要超低時延,或者低功耗,或者全覆蓋。一個簡單的例子,智能家居,把家庭的所有電器、門鎖、照明、馬桶都“萬物互連”起來,4G、5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)是最好的方案嗎?不見得,5G的技術(shù)優(yōu)勢沒用上,不需要超高速上網(wǎng)、低時延、低功耗,那智能家居需要什么呢?需要良好的無線信號覆蓋、友好方便的用戶交互、資費(fèi)便宜甚至免費(fèi),這些光纖寬帶+WIFI技術(shù)已經(jīng)完全滿足了。

試想一下,如果用5G實(shí)現(xiàn)智能家居,可能會出現(xiàn):衛(wèi)生間信號不好,智能馬桶不能沖水;欠費(fèi)停機(jī),智能門鎖就開不了;白天可以看4K高清視頻,晚上就只能看標(biāo)清視頻(5G無線容量都是整個基站的所有用戶共享的,沒辦法承諾單個用戶的上網(wǎng)速率的)。但用PLC turbo + mesh wifi 技術(shù),可以解決無死角信號覆蓋,永遠(yuǎn)不會欠費(fèi),也不會和鄰居爭搶無線頻率資源。

除了智能家居,很多封閉場景下,使用局域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加合適,比如廣州宜家商場,全封閉環(huán)境下使用ibeacon藍(lán)牙定位服務(wù),這些不一定非要用5G的物聯(lián)網(wǎng)場景。當(dāng)然,確實(shí)有些低時延、大覆蓋的場景,需要使用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)才能解決,比如車聯(lián)網(wǎng)。

短距無線接入技術(shù)將主導(dǎo)整個物聯(lián)網(wǎng)市場

2025年預(yù)測有270億物聯(lián)網(wǎng)連接的構(gòu)成,Machina Research公司研究發(fā)現(xiàn),72%屬于短距無線接入技術(shù)來承接,如WIFI、zigbee、PLC電力線傳輸?shù)龋@一技術(shù)將主導(dǎo)整個物聯(lián)網(wǎng)市場,主要包括消費(fèi)電子、大樓監(jiān)控和自動化。蜂窩型連接,將從2015年的3.34億,上升到2025年的22億,主要為LTE技術(shù),其中的45%,將應(yīng)用在車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)上,包括在出廠前預(yù)置和出廠后安裝的。

在270億的總連接中,將近有11%(30億)的連接使用低功率廣域網(wǎng)的技術(shù),如sigfox、lora、NB-IOT等。根據(jù)業(yè)務(wù)場景和Machina Research公司的預(yù)測,對于物聯(lián)網(wǎng)重要一環(huán),可以把無線接入細(xì)分局域或短距無線接入、低功率廣域網(wǎng)、蜂窩無線接入等。

結(jié)合Machina Research公司的預(yù)測,到2025年,不同的網(wǎng)絡(luò)場景,有不同的技術(shù)使用。比如最后10米的物聯(lián)網(wǎng)接入,又沒有電源功耗問題的,可以優(yōu)先選擇局域或短距無線接入技術(shù),就近接入有線局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),這是最直接的方案。再比如在工業(yè)生產(chǎn)中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)傳輸要求高穩(wěn)定低時延,安全可靠,沒有移動和漫游的需求,這時如果采用NB-IOT等廣域物聯(lián)網(wǎng)(蜂窩物聯(lián)網(wǎng))的方案,表面上看起來可以一統(tǒng)天下,但是對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)肯定不是解決一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴},更多的還是個性化或嵌入式的解決方案。而針對目前很熱的“Connected Cars”和移動醫(yī)療等的聯(lián)網(wǎng)需求,其移動和漫游是局域短距和廣域固定等技術(shù)所無法滿足的,則需要蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

再討論一下公網(wǎng)和專網(wǎng)問題。一般理解,蜂窩網(wǎng)屬于公眾移動網(wǎng)絡(luò),為廣大普通用戶提供服務(wù),而專網(wǎng),像鐵路、航空、公安等系統(tǒng)的集群網(wǎng),提供其用戶專網(wǎng)專用,以確保運(yùn)行系統(tǒng)的安全性。這是網(wǎng)絡(luò)特性、用戶群體特性、安全穩(wěn)定等因素所決定。當(dāng)然,目前也會出現(xiàn)“虛擬專網(wǎng)”的概念,利用VPN等網(wǎng)絡(luò)技術(shù),在公眾網(wǎng)絡(luò)中劃分中虛擬專網(wǎng)。這在有線互聯(lián)網(wǎng)中使用很普遍,但是在鐵路、航空、地鐵、工業(yè)自動化等關(guān)鍵領(lǐng)域,在物聯(lián)網(wǎng)安全性尚未健全的情況下,建議還是使用物聯(lián)專網(wǎng)為宜。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)或NB-IOT等技術(shù),是在蜂窩通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上,可滿足物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。其成本技術(shù)具有很明顯的優(yōu)勢,充分利用已有的公眾蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)(主要提供話音和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)),具有信號覆蓋大,建網(wǎng)邊際成本低,授權(quán)頻段確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,規(guī)模應(yīng)用后終端模塊價格迅速降低。從上面提到物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求來看,很多業(yè)務(wù)是固定或慢速低數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求,沒有漫游和高速移動的業(yè)務(wù)需求,同時很多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是和生產(chǎn)系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)的,可以考慮使用廣域物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)專網(wǎng)。

是否能采用“虛擬物聯(lián)專網(wǎng)”的方案,還值得商榷。

萬物互連是真需求,但5G不是唯一方案

為滿足“萬物互連”的需求,5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量連接,是由運(yùn)營商主推的使用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)方案,利用蜂窩技術(shù)來實(shí)現(xiàn)海量連接,確實(shí)是3GPP組織對人類的重要貢獻(xiàn)。但從上面分析可以看出,滿足“萬物互連”不一非得使用5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng),而是各種有線無線技術(shù)輪番上場,各展身手,這就是傳說中的泛在網(wǎng),或者泛在無線通信(5G本身只是泛在無線的一種方式而已)。在物聯(lián)網(wǎng)時代,眾多泛在無線通信技術(shù)百花齊放,與5G一并起舞。

最近幾天,網(wǎng)上廣泛流傳了項立剛老師關(guān)于5G技術(shù)業(yè)務(wù)的視頻,項老師在其中提到2025年中國的物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)(連接數(shù))達(dá)到100億,這是非??赡艿模欠穸加?G或蜂窩技術(shù)來實(shí)現(xiàn),各位看官看了上面的分析,心里自有答案了。