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(diào)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)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。

　?。?）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(nèi)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(nèi)、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(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nóng)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(nèi)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。