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5G網絡與物聯網!
發布時間:2018年09月02日           來源:cvtech           瀏覽次數:911

      今年6月14日,俄羅斯足球世界杯開賽了。細心的人會發現,俄羅斯運營商為了保障賽事信息通信運用上了一些新技術。他們在11個比賽場地部署了目前歐洲最大的“大規模天線”(Massive MIMO天線)。這些天線陣列能大幅提升容量,確保服務多個現場觀賽的用戶。在賽場上也首次引入了視頻助理裁判系統(VAR),它通過賽場周圍架設的35臺8K高清攝像機,并通過光纖和無線網絡連接到總控室,一旦主裁判有任何疑慮,就可請求VAR協助,通過高速無線網絡與總控室聯絡,VAR通過視頻回放,向主裁判提供參考,協助主裁判糾正錯判、漏判。

      這些技術的引用,預示著5G時代即將來臨。

      一、5G與以前的通信有啥不同

      就在俄羅斯世界杯開幕前夕,2018年6月13日,3GPP全會(移動通信網標準制定機構)批準了第五代移動通信技術標準(5G NR)獨立組網功能凍結,至此宣告5G技術具備獨立部署的能力,同時帶來了全新的端到端新架構,賦能企業級客戶和垂直行業的智慧化發展,為運營商和產業合作伙伴帶來新的商業模式,開啟一個全連接的新時代。

      讓我們先回想移動通信領域一路走來的歷程:

      第一代是模擬技術,還記得磚頭機大哥大嗎?

      第二代實現了數字化語音通信,速度只有幾十K。

      第三代是人們熟知的3G技術,以多媒體通信為特征,速度是幾兆,人們開始用手機上網了,但是看視頻還不太舒服;

      第四代是規模推廣的4G技術,其通信速率大大提高,到了百兆級別,標志著進入無線寬帶時代。

      第五代就是我們翹首以待的5G。ITU-R(國際電聯無線電通信組)在2015年6月定義了未來5G的三大類應用場景,分別是:增強型移動互聯網業務eMBB、海量連接的物聯網業務mMTC、超高可靠性與超低時延業務uRLLC。

      和4G相比,5G的提升是全方位的,這三類應用場景,就是意味著更高帶寬、更低時延、更海量的接入能力。

      那么5G引入了哪些關鍵技術呢?

      首先,在核心網方面,5G應該說很好地采用了NFV(網絡功能虛擬化)和SDN(軟件定義網絡)的理念,大部分是基于軟件和硬件分離的架構。在大家看起來都是服務器,在上面虛擬出很多不同的功能單元,從網絡功能設計來看,也更好地實現了控制和數據平面的分離。

      其次,在網絡架構方面,進一步向扁平化發展,過去2G、3G的四層,到4G已經變成三層,到5G更加簡潔,變成兩層,而且很多應用了移動邊緣計算。核心網標準重點落實像網絡切片、移動邊緣計算,確保端到端用戶的安全。

      另外,5G技術的技術優勢還體現在毫米波、小基站、大規模天線、波束成形這幾大技術上。

      考慮到5G的先進性和經濟性兩個方面,5G網絡建設分為非獨立組網和獨立組網兩種模式。所謂獨立組網就是采用5G新的空口接入到5G新的核心網,端到端都是完整5G的標準。非獨立方式更多體現在核心網部分,也就是說,有些運營企業在初級階段仍然用4G核心網接入5G新的接口作為過渡以減少初期投資。

      二、5G與物聯網的關系

      5G上述的三大場景,最重要的不是帶寬的提升,而是物聯網。其中后兩種場景(uRLLC和mMTC)主要就面向物聯網的應用需求。其中mMTC是針對未來海量低功耗、低帶寬、低成本和時延要求不高的場景所設計。

      萬物互聯的場景下,機器類通信、大規模通信、關鍵性任務的通信對網絡的速率、穩定性、時延等提出更高的要求,包括自動駕駛、AR、VR、觸覺互聯網等新應用對 5G的需求十分迫切。面向未來,人們對移動互聯網大流量應用的需求及萬物互聯的需求十分巨大,現有的無線網絡性能無法滿足這些需求,供給與需求間的缺口將推動著現有的無線網絡繼續升級,最終推動5G時代的到來。

      物聯網將是5G發展的主要動力,業內認為5G是為萬物互聯設計的。 到2021年,將有280億部移動設備實現互聯,其中IoT設備將達到160億部。未來十年,物聯網領域的服務對象將擴展至各行業用戶,M2M終端數量將大幅激增,應用無所不在。從需求層次來看,物聯網首先是滿足對物品的識別及信息讀取的需求,其次是通過網絡將這些信息傳輸和共享,隨后是聯網物體隨著量級增長帶來的系統管理和信息數據分析,最后改變企業的商業模式及人們的生活模式,實現萬物互聯。未來的物聯網市場將朝向細分化、差異化和定制化方向改變,未來的增長極可能超出預期;如果說物聯網連接數至2020年將達到500億,那么有可能這僅僅是一個起點,未來物聯網連接數規模將近十萬億。

      物聯網連接數指數曲線

      未來5G將可以廣泛應用于生活的各個方面。目前4G通信技術上不能滿足的場景,例如自動駕駛汽車、無人機飛行、5G VR/AR、移動醫療、遠程操作復雜的自動化設備等都將是5G大顯身手的地方。

      在自動駕駛場景下,假設按120公里時速下的汽車,如果在4G通信時延下汽車將已經行駛1米,這個距離足以導致事故的發生,但是換在5G通信條件下,汽車僅行駛了幾厘米。

      AR/VR方面,目前的體驗還比較差,隨著5G的來臨,其高帶寬、低時延的特性將幫助高端VR設備擺脫數據傳輸線的束縛,5G引入的邊沿計算技術結合高帶寬的特點,不但提升了內容的渲染質量,而且大大降低頭顯的硬件成本。

      我們再來詳細看看5G在智能制造環境下的應用場景:在智能制造自動化控制系統中,低時延的應用尤為廣泛,比如對環境敏感高精度的生產制造環節、化學危險品生產環節等。智能制造閉環控制系統中傳感器(如壓力、溫度等)獲取到的信息需要通過極低時延的網絡進行傳遞,最終數據需要傳遞到系統的執行器件(如:機械臂、電子閥門、加熱器等)完成高精度生產作業的控制,并且在整個過程需要網絡極高可靠性,來確保生產過程的安全高效。

      此外,工廠中自動化控制系統和傳感系統的工作范圍可以是或者幾百平方公里到幾萬平方公里,甚至可能是分布式部署。根據生產場景的不同,制造工廠的生產區域內可能有數以萬計傳感器和執行器,需要通信網絡的海量連接能力作為支撐。

      自動化控制是制造工廠中最基礎的應用,核心是閉環控制系統。在該系統的控制周期內每個傳感器進行連續測量,測量數據傳輸給控制器以設定執行器。典型的閉環控制過程周期低至ms級別,所以系統通信的時延需要達到ms級別甚至更低才能保證控制系統實現精確控制,同時對可靠性也有極高的要求。

      三、現在的M-IoT與未來 5G的mMTC的關系

      2016年起,公網窄帶物聯網的逐步引起大家的關注。NB逐漸成了窄帶物聯網的代名詞。那么未來的NB-IoT/eMTC與5G是怎樣的一個關系呢?

      GSMA發布報告《5G未來中的移動物聯網》,指出以NB-IoT/eMTC為代表移動物聯網(M-IoT)是未來5G物聯網戰略的組成部分。5G革命性不僅僅在于它涵蓋更多應用場景和更復雜的技術,還在于其有更強的包容性,因此5G的核心之一是能夠支持、兼容多種接入技術,如衛星、WiFi、固網和3GPP其他技術實現互操作,這也為NB-IoT、eMTC成為5G組成部分創造了條件。

      因此,為滿足物聯網低成本的需求,先以NB-IoT/eMTC促進產業鏈成熟、降低成本,再通過NB-IoT/eMTC的演進逐漸平滑過渡到5G mMTC上應該是未來的選擇。

      四、電信運營商積極推動5G助力物聯網發展

      5G是物聯網“IoT”的核心技術,通信速度比當前手機所使用通信技術高出10-100倍,可傳送高清視頻等大容量數據,即使同時連接多臺設備,速度也不會下降。全球各大電信運營商均積極跟進5G技術發展,在日本,NTT DoCoMo、KDDI、軟銀這三大移動通信運營商正致力于5G的商業化運營;在中國,電信、移動和聯通三大運營商更是積極部署5G,力求取得先發優勢。 

           2017年中國電信就已經公布了其5G發展路標,即將在2020年實現重點城市、重點區域的規模部署,在雄安啟動建設5G創新示范網,并發布了《中國電信5G創新示范網白皮書》通過小規模外場試驗到預商用、商用階段,中國電信做出了三年的規劃期,力促2020年實現5G規模商用。

      中國電信5G區域部署呈現“6+6”布局,5G試點城市暫定為“6+6”模式,其中包括之前已經確定的雄安、深圳、上海、蘇州、成都、蘭州六個城市,根據國家相關部委要求繼續擴大試點范圍,再增設6個城市。在5G終端層面,中國電信5G終端將具備沉浸式體驗、多場景、多制式、多形態等特征。其中,顯示、芯片工藝、CPU/GPU與AI等都將是關鍵技術,包括芯片工藝在內,5G終端的開發與創新與業界各方攜手深度合作。

      中國電信在5G應用研發方面聚焦于探索新的商業模式,將5G的技術特性與云(霧)計算、物聯網等相結合,實現與垂直行業的跨界融合。在帶動標準制定上,中國電信共主導5G國際標準立項30余項,獲得技術專利?;?00余項,牽頭國家重大專項7項。中國電信在外場試驗上布局支持5G商用場景的5G試驗網絡,并進行組網測試。測試的內容包括5G信號的覆蓋能力、強度、基站間的切換、4G和5G核心網之間的互操作等等。同時,針對不同城市的發展規劃,配備不同的測試業務。

      無錫電信在去年的物聯網大會召開前夕開通了4T4R設備,用于提升物聯網展館周邊區域用戶感知;今年,又在場館周邊站址上部署了64T64R規格的“大規模天線”(Massive MIMO天線),信號接收(RSRP)提升6dB,覆蓋區域平均用戶數增加301%,體驗速率提升260%,忙時流量增長340%,用戶感知獲得顯著提升。通過64T64R多天線技術的部署,無錫電信已經正式開啟5G化時代的征程,規模試點部署,為用戶提供極致的速率體驗。面向2020年5G網絡商用,無錫電信一方面繼續深耕4G網絡深度覆蓋,同時引入更多5G新技術,持續提升網絡性能和用戶體驗,為5G到來提前準備。

      中國移動是5G部署較早的運營商,從2017年開始,中國移動已經先后在廣州、杭州、蘇州、武漢、上海等5個城市開展了場外測試。終端層面上,中國移動聯合了全球20家終端企業合作伙伴共同啟動了“5G終端先行者計劃”。中國聯通在5G技術部署領域雖有所滯后,但后續快速趕上,在上海建立了5G外場實驗基地,完成了5G高、低頻區域連片部署。2018年1月,中國聯通向工信部遞交申請,計劃在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京和雄安等7個城市進行5G試驗,4月26日又宣布增加新的9個城市。

      結語

      5G網絡速度和接入能力更加強大,將跳出移動互聯網真正實現讓萬物相連,讓城市生活包括交通、安防、教育、旅游等各個方面都將變得更加智慧,人工智能,自動駕駛,遠程手術,智慧城市,萬物互聯,都會因5G而普及。5G帶來的不僅僅是網速的改變,更是思維方式和商業模式的變革。加快5G推進步伐,讓我們在不斷創新中迎接萬物互聯時代的到來!

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