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三、全球物联网盛宴,内容超乎想象(1)

《大话5G——走进万物互联新时代》在5G席卷全球的大背景下,本书对5G的相关知识进行通俗解读,以满足大众对5G的求知欲。本节为大家介绍全球物联网盛宴,内容超乎想象。

作者:S^2 微沙龙来源:机械工业出版社|2017-12-06 13:02

三、全球物联网盛宴,内容超乎想象(1)

5G都有啥?物联网这种支持物与物通信的网络形态虽然近年来已不是新鲜词汇,但在目前 5G阶段作为国际标准研究的重要内容更占据了整个通信界 5G研究的半壁江山,随着 5G研究的加速,越来越多的目光投向了物联网,真难以分辨是物联网成全了 5G,还是 5G成全了物联网。全球物联网盛宴来袭,让我们拭目以待。

1. 5G低功耗广域物联网时代真的要来了?

如同过去十几年移动互联网渴望 3G、4G时代的到来一样,现如今的物联网也无比渴望着 5G时代能够为其提供低功耗的广域网络。

(1)什么是低功耗广域覆盖?

低功耗广域网络,即 LPWA(Low Power Wide Area),其是专门为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的网络,具有远距离通信、低速率数据传输和功耗低三大特点。需要注意的是,我们之前在物联网中经常使用的 WiFi、蓝牙、 Zigbee等均为局域网协议,并不包含在 LPWA的范畴。作为一个新兴的、刚起步的技术和市场,低功耗广域物联网相关的协议呈现了百家争鸣的状态,下面就来梳理总结一下已有的广域物联网协议的特点。

(2)LPWA的标准协议

进入到 2015年,LPWA市场热闹非凡,为了抢占低功耗广域物联网市场,产业链相关厂商纷纷合纵连横成立联盟。其中由 IBM、Semtech等公司主导的 LoRa联盟于 2015年 3月成立,联盟成员超过了 127家公司,包括跨国电信运营商、设备制造商、系统集成商、传感器厂商、芯片厂商等。要实现基于 LoRa技术的广域覆盖,与现有电信运营商合作是一条捷径,借用电信运营商已有的基站、无线电频谱等资源,能够快速、低成本地完成 LoRa的广域覆盖,并实现包括能源、汽车、物流、农业、商业和制造产业在内的广泛应用。

在 2015年 9月,3GPP通过了名为 NB-IoT(Narrow Band-IoT,窄带物联网)的立项,该立项的目标是基于现有的蜂窝技术,完成蜂窝物联网标准协议的设计。 NB-IoT技术能够提供百倍于 4G的连接规模、百倍于 2G的灵敏度、设备电池供电寿命可长达 10年,使蜂窝网络极大地延伸了应用边界。与使用非授权频段的 LoRa技术不同, NB-IoT使用授权频段,可以通过 Stand-alone、Guard-band、In-band三种不同的方式与现有移动蜂窝网络共存。

在授权和非授权频谱,各标准组织和联盟已定义多项物联网技术。例如在授权频段 3GPP有 LTE-MTC、NB-IoT、EC-GSM-IoT等系列的标准和不同的终端等级。

其中 NB-IoT的定位是面向运营商级、基于授权频谱的低端物联网市场,其终端芯片成本预计会在 5美金以下。

3GPP功能从标准完成到真正商用,大多有一年到几年的时间窗。而对于 NB-IoT,一些设备和芯片 /终端厂商宣称,在 2016年下半年就有商用设备;多家运营商也发布了面向智能停车、智能抄表等业务的试商用系统,或已明确了商用系统的部署计划。看起来, NB-IoT标准完成在即,真正的商用也不远了。或许在你看到这本书的时候市场上已经有基于 NB-IoT的产品上市啦。

介绍完授权频段的主流标准进展之后,下面谈谈非授权频段物联网技术进展。其中, Sigfox公司利用其在超宽带技术的优势,已经开始在欧洲建立了多个城市级的廉价物联网,涉及的业务涵盖了如汽车、玩具、心脏速率监视器、交通灯等。此外, LPWA的协议标准还包括了 NWave、 OnRamp、Telensa、Weightless-N等,表 3-5从覆盖距离、使用频率、上下行对称性等方面将上述协议进行了简单的对比。

表 3-5几种 LPWA技术比较

(3)LPWA两大主要阵营

从物联网商用的角度,由于 3GPP中包含了主流的运营商、设备商、芯片厂商,相信依靠各个公司在全球各地部署蜂窝网络的经验, NB-IoT标准将会占有广域物联网不少的份额,成为 LPWA的主要阵营。

而另外一个重要的阵营是 LoRa联盟,由于受到了多个电信运营商和厂商的关注,该技术同样构成了 LPWA完整的生态系统。法国运营商 Orange近日宣布采用 LoRa构建了低功耗广域物联网,首批将覆盖包括巴黎、波尔多等 17个城市。

因此,从目前来看,运营商级低功耗广域网络市场已形成两大阵营,而两大阵营在未来的角力无疑将会影响 LPWA产业的未来走向。但无论如何,物联网时代真的快要到来了。

2. 5G与工业互联网—最好的关系,是互相成就

在“互联网 +”时代,物联网、云计算、大数据等新一代信息技术正在成为驱动制造业产业变革的核心力量。 2015年,国务院先后发布了《中国制造 2025》和《关于积极推进“互联网 +”行动的指导意见》,从国家战略层面描绘了建设制造强国的宏伟蓝图。“十三五”规划纲要(草案)明确要求推动“中国制造 +互联网”取得实质性突破。以数字化、网络化、智能化为特征的智能制造,被视为新一轮产业革命的核心,是全球制造业的发展趋势,也是中国制造业升级的突破口和主攻方向。

工业 4.0首先由德国提出,但已在全球范围引起很大反响,作为目前我国国家战略性发展方向,工业互联网前景毋庸置疑,对于将提供支撑性传输方案的 5G系统,责任与机遇并存。

从 5G的应用场景看,大量的机器类通信( m-MTC)以及低时延高可靠通信( URLLC)是明显有别于 5G之前系统的关键性物联网类场景,而这两个场景正满足了工业自动化的需求。

对于第二章中提到的各种应用,现有工业自动化涉及或未涉及的既有通信网络是否能够满足要求呢?答案是否定的。

首先,现有关于物联网的蜂窝覆盖多是基于 2G技术(例如 GSM),但是对于超低时延及超低能耗(寿命 10年以上)等技术指标要求通常无法满足。蜂窝覆盖以外的技术选择包括 Sigfox、LoRa等,这些方案可以满足低成本、低能耗、广覆盖的要求,然而这类技术既不能满足移动性切换的要求,也在时延、安全性等方面处于劣势。 4G LTE网络在数据速率上较 2G有了很大提升,然而如何基于 4G网络降低终端成本将是硬伤。

5G系统在物联网方面的设计目标将满足第二章工业互联网部分内容讨论到的几项重要需求,例如超低时延、超高可靠性、超低功耗等,这些针对性的技术属性将使得 5G成为工业互联网的重要助推器。

由此可见,工业互联网将带给 5G一片蓝海, 5G将带给工业互联网无限可能,然而虽然可以预见大量应用环境将带给技术革新的广阔空间,同时也有些问题需要提前想清楚,比如垂直行业的运营与计费方式,运营商的切入点等等。

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