從技術角度看移動通信技術發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)

　　物聯(lián)網(wǎng)從技術上來說可以分為三層：傳感層、通信層和應用層。在通信層，需要將傳感層采集的數(shù)據(jù)和信息進行安全可靠地通信和傳輸，在《常見物聯(lián)網(wǎng)近距離無線通信技術解析》一文中已經(jīng)介紹了短距離無線通信技術，本文將介紹移動通信技術的發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)。

　　近距離無線通信對于物聯(lián)網(wǎng)而言固然重要，不過，由于物聯(lián)網(wǎng)是建立在多種網(wǎng)絡融合的基礎之上的，它的信息節(jié)點具有廣泛性和移動性的特點，因此移動通信技術對于聯(lián)網(wǎng)技術對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展同樣關鍵。移動通信是指通信的雙方，至少有一方是在移動中進行的通信，包括固定點與移動點、移動點與移動點之間的通信。

　　物聯(lián)網(wǎng)的相關概念與其它網(wǎng)的關系

　　首先科普一下1G到4G的發(fā)展

　　1G

　　1986年，第一套移動通訊系統(tǒng)在美國芝加哥誕生，采用模擬訊號傳輸，模擬式為代表在無線傳輸采用模擬式的FM調制。1G主要系統(tǒng)為AMPS，另外還有NMT及TACS，有著A網(wǎng)和B網(wǎng)之分。大塊頭的“大哥大”風靡一時。

　　2G

　　相較于只能應用于一般語音傳輸，且語音品質低、訊號不穩(wěn)定、涵蓋范圍不夠全面的1G網(wǎng)絡，第二代移動通信則具備高度的保密性，系統(tǒng)的容量也在增加，同時從這一代開始手機也可以上網(wǎng)了。隨著2G的誕生，移動通信標準爭奪也開始了。2G主流的幾個網(wǎng)絡制式GSM：全球移動通信系統(tǒng)（Global System forMobile Communication），是當前應用最為廣泛的移動電話標準，較之以前的標準最大的不同是它的信令和語音信道都是數(shù)字式的。TDMA：時分多址（TimeDivision Multiple Access），則是把時間分割成周期性的幀（Frame），每一個幀再分割成若干個時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。

　　3G

　　隨著人們對移動網(wǎng)絡需求的不斷增加，第三代移動通信網(wǎng)絡開啟了行動通訊新紀元。3G網(wǎng)絡的高頻和穩(wěn)定的傳輸使得影像電話和大量的數(shù)據(jù)傳送更為普遍。其中，CDMA是第三代移動通信系統(tǒng)的技術基礎。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用系數(shù)高、抗多徑能力強、通信質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　4G

　　4G無線蜂窩電話協(xié)議是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps。4G的主要網(wǎng)絡制式LTE是基于OFDMA技術、由3GPP組織制定的全球通用標準，包括TDD（時分雙工）和FDD（頻分雙工）兩種模式，二者相似度達90%，差異較小。

　　移動通信系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用方式

　　移動通信系統(tǒng)一般由移動終端、傳輸網(wǎng)絡和網(wǎng)絡管理維護等部分組成， 因此移動通信在物聯(lián)網(wǎng)的應用主要包括以下幾個方面：

　　（1）移動通信系統(tǒng)的移動終端具有網(wǎng)絡信息節(jié)點移動并實現(xiàn)隨時隨地的通信，與物聯(lián)網(wǎng)的感知終端有著共通性，移動通信終端完全可以成為物聯(lián)網(wǎng)信息節(jié)點終端的通信部件。

　?。?）移動通信網(wǎng)絡具有成熟的技術，廣泛地覆蓋面，可以作為物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸網(wǎng)絡使用。

　　（3）移動網(wǎng)絡管理維護平臺具有成熟的管理和維護功能，可確保傳輸安全和信息安全。物聯(lián)網(wǎng)可以使用移動網(wǎng)絡管理平臺以實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)的相關管理維護功能。

　　3G與物聯(lián)網(wǎng)

　　通用移動通信系統(tǒng)，簡稱UMTS（Universal Mobile Telecommunications System），UMTS作為一個完整的3G移動通信技術標準，UMTS并不僅限于定義空中接口。除WCDMA作為首選空中接口技術獲得不斷完善外，UMTS還相繼引入了TD-SCDMA和HSDPA技術。

　　3G作為第三代通信技術與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內更好地實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。為了提供這種服務，無線網(wǎng)絡必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps（兆比特/每秒）、384kbps（千比特/每秒）以及144kbps的傳輸速度（此數(shù)值根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境會發(fā)生變化）。移動通信技術的提升對于物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)帶來了更大的可能。

　　在我國，2009年3G技術得到了較大的關注，2010年物聯(lián)網(wǎng)成為了明星，其中有不小的推動力是來自于電信運營商。借著3G的“東風”，運營商開始不斷推出3G行業(yè)應用，布局物聯(lián)網(wǎng)。

　　中國電信積極進軍物聯(lián)網(wǎng)手機市場，發(fā)力手機與RFID芯片融合的終端，并推出了部分定制手機，以及“翼機通”、“翼支付”等業(yè)務。 中國移動則在無錫成立無錫物聯(lián)網(wǎng)研究院，據(jù)悉，該研究院將以物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務和行業(yè)應用業(yè)務為主要研發(fā)方向，全力推進物聯(lián)網(wǎng)技術研究和應用普及。中國聯(lián)通與重慶市政府簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，計劃在重慶投入100億元，提高3G網(wǎng)絡的覆蓋水平，加速“智能重慶”建設。

　　回顧3G時代運營商的大力布局不難看出運營商對于物聯(lián)網(wǎng)的期待，3G之后的4G時代，運營商布局物聯(lián)網(wǎng)的競爭更加激烈。

　　4G技術推動物聯(lián)網(wǎng)走向“現(xiàn)實”

　　4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載，比家用寬帶ADSL（4兆）快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。

　　從現(xiàn)有的角度來看，4G具有以下三大優(yōu)勢，高速率，低延時，大容量。就是對應剛才講的快速，優(yōu)質和低價，就是便宜，大容量。

　　首先是高速率，超過10倍于3G網(wǎng)絡的用戶帶寬高速的網(wǎng)絡上傳下載速率。二是一級轉發(fā)的扁平化網(wǎng)絡結構保證數(shù)據(jù)交互類業(yè)務的實時性。最后，靈活的頻道使用提供更大的用戶容量和網(wǎng)絡使用并發(fā)數(shù)，這是它的大容量。

　　4G網(wǎng)絡具有更高的效率，更小的延時，使移動網(wǎng)絡通訊之間更加迅速，逐漸實現(xiàn)移動寬帶化，寬帶移動化?？梢杂酶呒軜虺隹谔幎氯囕v的案例做對比，以前的無線是堵塞的瓶頸，采用4G以后，這個瓶頸有望完全消失。

　　物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務應用和4G網(wǎng)絡之間的訴求，具體體現(xiàn)在下面三個方面：

　　一、海量數(shù)據(jù)的傳輸。我們知道物聯(lián)網(wǎng)是物與物之間建立信息網(wǎng)絡連接，隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，接入的終端設備數(shù)量是呈幾何級數(shù)增長，3G網(wǎng)絡的局限性已經(jīng)越來越明顯。4G網(wǎng)絡已經(jīng)來臨。

　　二、網(wǎng)絡通信優(yōu)化，物聯(lián)網(wǎng)體系的運轉需要終端設備的持續(xù)工作及數(shù)據(jù)通信的持續(xù)保持，海量的數(shù)據(jù)傳輸必然面臨巨額的通信成本，網(wǎng)絡通信成本優(yōu)化是物聯(lián)網(wǎng)技術應用普及的必經(jīng)之路。

　　三、應用接入。物聯(lián)網(wǎng)要使任何人，任何時間，任何地點可以了解任何事務的任何信息具有理論上的可行性，這需要物聯(lián)網(wǎng)對接入終端的接入形式的多樣。

　　物聯(lián)網(wǎng)諸多分支的應用，以智慧城市，從智慧城市到智能也，智慧夾具，智慧交通，無不在積極改變和影響我們的生活。對物聯(lián)網(wǎng)來說，大量的信息收集的過程當中，把各終端進行有機的相聯(lián)再把相關信息傳回數(shù)據(jù)中心，在此環(huán)節(jié)中，無線網(wǎng)絡將是最佳選擇。4G網(wǎng)絡高速率，低時延，大容量的技術優(yōu)勢為此需求提供了有力的保障。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡方式帶來的工作量非常大，而2G、3G的通訊通訊效率制約了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，在這樣的情況下4G網(wǎng)絡的推廣，無疑提高了打破發(fā)展瓶頸，為市場化的普及起到強有力的推動作用。

　　5G技術讓物聯(lián)網(wǎng)成為可能

　　從字義上看，5G指的是第五代移動通信，是繼4G之后的延伸。但與4G、3G和2G不同的是，5G并不是一個單一的無線接入技術，而是多種新型無線接入技術和現(xiàn)有無線接入技術演進集成后的解決方案的總稱。

　　5G的技術特點可以用幾個數(shù)字來概括：1000x的容量提升、1000億+的連接支持、10GB/s的最高速度、1ms以下的延遲。速度更快也許是5G最明顯的標志，但如果認為5G帶來的只是更快的網(wǎng)速，那就太小瞧它了。在白皮書中，推進組專家將5G的特點歸納為連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠四個方面。而這四個方面正能夠滿足不同用戶、不同行業(yè)對于通信的復雜需求。

　　具體來說，連續(xù)廣域覆蓋意味著5G能夠使人們在偏遠地區(qū)、高速移動等惡劣環(huán)境下仍可以高速上網(wǎng)。熱點高容量則使5G能夠滿足人們在人員密集、流量需求大的區(qū)域依然可以享受到極高網(wǎng)絡速度的要求。低功耗大連接的特點使5G可以在智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標的應用場景中發(fā)揮作用。而對于車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、工業(yè)控制等對時延和可靠性具有極高要求的領域，低時延高可靠的特點或許可以使5G能夠應對自如。

　　和4G相比，5G的優(yōu)勢很明顯，4G和之前的移動網(wǎng)絡主要側重于原始帶寬的提供，而5G旨在提供無所不在的連接，為快速彈性的網(wǎng)絡連接奠定基礎，無論用戶身處的是摩天大樓還是地鐵站;5G設計初衷是支持多種不同的應用，比如物聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)可穿戴設備、增強現(xiàn)實和沉浸式游戲; 5G還會率先利用感知無線電技術，讓網(wǎng)絡基礎設施自動決定提供頻段的類型，分辨移動和固定設備，在特定時間內適配當前狀況，換句話說，5G網(wǎng)絡可同時服務于工業(yè)網(wǎng)絡和Facebook應用。