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物聯網傳輸層頻譜需求分析

物聯網傳輸層頻譜需求分析 百恒物聯 2018-08-20 1907

物聯網傳輸層頻譜需求分析


  無線電頻譜是支撐物聯網存在與發展的基礎性資源。在物聯網相關標準大發展中,傳輸層頻譜資源的短缺成了資源互聯網發展的重要阻礙。通過對物聯網傳輸層的設計以及對傳輸層頻譜的研究,可以解決物聯網傳輸效率低的問題,為物聯網的快速普及和發展做出貢獻。就目前國際物聯網的標準而言,現在還沒有一個完整且權威的物聯網數據流量模型。但有一點是可以肯定的,物聯網的數據流量模型與互聯網的數據流量模型不會相同,而與移動通信的數據流量模型也不會相同。


  構成物聯網需要有海量的數據信息支撐,然而,這并不是說在物聯網的數據傳輸過程中所需的流量和所傳輸的數據量會很大,相反,在每次傳輸數據時,可能幾十個字節就需要進行一次傳輸。這是物聯網與其他網絡傳輸的最大不同,物聯網數據傳輸更注重實時性,需要全天候傳輸,才能對物品進行準確的控制。

  以物聯網的視頻傳輸為例,現階段,國外比較流行的物聯網傳輸就是視頻傳輸。與物聯網的其他傳輸相比,視頻傳輸模型發展得更加成熟,比如遠程醫療、輸電線路遠程監控等都是比較典型的物聯網視頻傳輸案例。在視頻傳輸過程中,對物聯網傳輸層的要求較高,因為在這一應用環不節中,物理網對頻譜的應用是最多的。物聯網數據傳輸需要解決一個重要問題:在傳統的網絡結構中,開發商出于商業目的,總是希望在一個網絡中匯集更多的客戶,但是在物聯網傳輸中,如果一個熱點區域匯集了大量的用戶,就會引起忘了堵塞,使人們獲取的物品資源具有差異性。與目前已有的無線通信相比,這些問題會導致物聯網對頻譜的需求和規劃更加復雜,也讓它對頻譜的需求和研究擁有更加嚴格的要求。

  國際《IMT-2000和IMT-Advanced的未來發展估計的頻譜帶寬需求》指出,2020年,物聯網對頻諧的需求將得到更大的提升。在先進型市場中,總頻率需求將達到1720 MHz,也就是GATG1和GATG2的需求分別達到880 MHz和840 MHz;在后進型市場中,總頻率需求達到1280 MHz,GATG1和GATG2的需求分別達到800 MHz和480 MHz。另外,在先進型市場中,運營商對物聯網頻譜總頻率的需求為1980 MHz,GATG1和GATG2的需求分別達到960 MHz和1020 MHz;在后進型市場中,運營商對總頻率的需求為1560 MHz,GATG1和GATG2的需求分別達到840 MHz和720 MHz。

  在不同的發展階段,物聯網在傳輸數據時對頻譜的要求也不同。關于對頻譜的要求,物聯網大致可分為三個階段,分別是機器互聯階段、局域感知階段以及廣域感知階段。在這三個階段中,物聯網對頻譜的需求存在較大差別,頻譜的相關應用也有所不同。下面做具體論述:

  (1)機器互聯階段

  該階段又被稱為M2M業務階段。在該階段中,物聯網的主體通信對象是機器設備,比如汽車、機械手、醫療設備、家電、工廠設備等。這些通信終端的節點比較離散,需要借助傳統無線網絡的共同作用,才能形成可用的無線物聯網絡。這種混同承載網絡的成本較低,只需要在傳統無線通信網絡的基礎上稍加改動,不需要大量更改網絡參數就可實現。物聯網是為了完成物與物的溝通,而移動網絡是實現人與人的溝通,要使移動網絡也能實現物與物的溝通,就需要人們對終端的配置和管理更加深入、嚴格,才能使網絡更加通暢。這一階段,物聯網的頻譜矛盾并不明顯,因為其主要依托于傳統3G和4G網絡的頻譜資源。

  (2)局域感知階段

  在這個階段,物聯網所連接的物品不再只局限于機器設備之間,而是擁有了更加廣闊的范圍。隨著傳感網的逐步引入,物品既可以是機器設備,又可以是公共基礎設施建筑,還可以是信號塔、電網等電力設施。這個階段將在區域布置感知網絡,在傳感網的幫助下,無線通信網絡將進一步延伸,形成更大的區域網絡。傳感網與無線通信網的融合,將為物聯網的廣義物物相連打下基礎。這一階段的承載網被叫做“區域承載網絡”,作為物聯網發展的中期階段,此階段擴展迅速,所以承載網對移動通信網的要求會大幅度提升,對移動網絡資源將構成巨大的壓力。面對這些矛盾和問題,就必須對網絡系統進行改造,并通過改造使物與物的通信和人與人的通信相互區別、相互隔離,從而采取不同的措施區別對待,大大緩解網絡的壓力。在混合組網過程中,需要對分組數據服務節點和鑒權認證等進行分組域升級,以滿足支持增強功能后的設備。這種升級對網絡的影響較大,但一旦改造成功,將整體上提升物聯網的網絡功能。隨著物聯網通信業務的不斷增加,物聯網的頻譜資源缺口不斷增大,此時,物聯網的運營商一方面要大力挖掘已有頻譜資源,另一方面也要研發創造新的頻譜資源。這樣一來,物聯網的頻譜需求壓力才能從根本上得到緩解。

  (3)廣域感知階段

  在這個階段,人們會利用眾多的傳感器布置公共節點,并讓這些節點組成廣域網絡,實現對物品的廣域管理。這一階段又被稱為“獨立承載階段”,是物聯網業務規模化發展的階段。廣域感知階段可能會出現物物通信與人人通信相互干擾的問題,同時,在該階段,物聯網對通訊質量的要求也更高。面對復雜的通信情況,需要用到邏輯隔離的物聯網承載網絡業務,比如,人們可以在已有網絡的基礎上建立一個獨立的接入網,這樣便可以有效地規劃其他互聯子網,在該種組網方式中,業務數據路由通過PDSN、AAA提供。其中,物聯網業務中的簽約數據由AAA-M存儲,而PDSN-M負責下載簽約數據。為實現業務控制,需要將分組控制模塊(PFC)接入手機終端,數據業務將被分組控制模塊接入PDSN,而分組控制模塊與物聯網終端連接,會將各種數據一一傳輸到各自對應的核心網設備中。

  物聯網的發展和應用在很大程度上要依賴于頻譜資源,但是,相比于其他方面,人們對物聯網頻譜的研究相對落后,物聯網頻譜的落后將成為阻礙物聯網發展的技術難題。為此,各個國家需要建立健全物聯網頻譜資源研究機構,爭取早日突破頻譜資源技術瓶頸,通過挖掘更加豐富的物聯網頻譜資源,保障國家和地區物聯網的發展。
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