物聯(lián)網(wǎng)的承諾:下一個重大應(yīng)用
移動寬帶網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)技術(shù)的不斷演進(jìn)對滿足不斷增長的連接和帶寬需求來說至關(guān)重要。同樣重要的是引入相應(yīng)的功能和機(jī)制來通過網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)收,以維持持續(xù)投資。考慮當(dāng)前已部署的業(yè)務(wù),從營收角度來說基于 LTE 的移動寬帶消費市場正在趨于成熟和飽和。行業(yè)將在 2020 年部署 5G 技術(shù),因此必須開發(fā)新的應(yīng)用、用例和市場才能為此做好準(zhǔn)備。物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 正在發(fā)展成為主要增長點,適時地迎合了這一需求。IoT 目前正在成為現(xiàn)實,主要運(yùn)營商報告稱他們的網(wǎng)絡(luò)中有數(shù)以百萬計的連接設(shè)備。專有低功耗長距離 (LPWA) 協(xié)議率先提供 IoT 連接,同時 3gpp 也與各種方案角逐,力求使 Release 13 成為 IoT 業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議??焖倥d起的 IoT 生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)有了相關(guān)解決方案以構(gòu)建電池使用壽命超過 10 年的低成本 IoT 端節(jié)點。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201710/368183.htm預(yù)計未來 3 至 5 年里將大量部署 IoT 網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)。為了從這些 IoT 網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)收,無論已有的還是新的運(yùn)營商都需要成功應(yīng)對三個問題。第一,運(yùn)營商要接受專有和標(biāo)準(zhǔn) IoT 連接的存在,并準(zhǔn)備混合 IoT 網(wǎng)絡(luò)。第二,專注于連接還不足以使 IoT 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)營收。需要通過全面的數(shù)據(jù)分析來處理從數(shù)以百萬計的連接設(shè)備中收集到的數(shù)據(jù),以推動新的應(yīng)用和用例開發(fā)。IoT 網(wǎng)絡(luò)安全性與可靠性是對物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化和更廣泛普及起決定作用的第三個重要問題。支持多種無線電協(xié)議、實現(xiàn)云與連接設(shè)備間的智能數(shù)據(jù)收集/傳播、確保采用最新安全鏈路的可編程高靈活度 IoT 網(wǎng)關(guān)或集線器是解決這些問題的關(guān)鍵。
IoT 需要低功耗長距離通信、不對稱異步低數(shù)據(jù)速率連接,以及超長電池使用壽命(大于 10 年)的低成本端節(jié)點。IoT 連接和設(shè)備的屬性可能隨終端市場或應(yīng)用的不同而變化。5G 行業(yè)論壇將 IoT 的應(yīng)用領(lǐng)域劃分為兩個大類:低能耗大規(guī)模機(jī)器通信和低時延關(guān)鍵任務(wù)機(jī)器類型通信。機(jī)器到機(jī)器通信被視為是這兩個應(yīng)用領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。低能耗大規(guī)模機(jī)器通信的實例之一是包含連網(wǎng)傳感器和致動器的網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)能夠為醫(yī)療、航運(yùn)、農(nóng)業(yè)、食品、水與能源管理、智能住宅與建筑等行業(yè)實現(xiàn)顯著的生產(chǎn)力和效率提升。連網(wǎng)的可穿戴設(shè)備是這種應(yīng)用案例的重要組成部分,旨在改善我們生活的方方面面。設(shè)備成本、電池使用壽命、部署簡便性以及高效異步通信是低能耗大規(guī)模機(jī)器類型通信的關(guān)鍵要求。每 IoT 節(jié)點的典型數(shù)據(jù)速率為 100Kbps。
低時延機(jī)器通信包括:工業(yè) IoT、汽車、智能電網(wǎng)、交通安全以及應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)??煽啃?、彈性和低時延是該領(lǐng)域的重要組成部分。典型數(shù)據(jù)速率為:100Kbps-1Mbps。工業(yè) IoT 將讓移動寬帶網(wǎng)絡(luò)涵蓋多個垂直市場,為運(yùn)營商開創(chuàng)新的高收益渠道。
如今存在多種用于 IoT 部署的專用低功耗廣域網(wǎng)技術(shù),例如 LoRa、SigFox、Ingenu、Starfish 和 Weightless。這些技術(shù)使用公共頻段。汽車領(lǐng)域,專用短程通信 (DSRC)(美國)和協(xié)同智能傳輸系統(tǒng) (ITS)(其他地方)成為新興汽車無線電連接(Vehicle to Everything (V2X))解決方案。這主要針對安全應(yīng)用。DSRC 采用 75MHz 帶寬,5.9GHz 授權(quán)頻譜中的 7 個 10MHz 通道。LTE 提供很好的框架,可協(xié)調(diào)專用技術(shù)和零散的標(biāo)準(zhǔn),以實現(xiàn)規(guī)模、易于部署和維護(hù)等優(yōu)點。LTE-M(針對機(jī)器到機(jī)器通信進(jìn)行的 LTE 擴(kuò)展,是 3gpp RAN Release 12 的一部分)、窄帶 LTE (NB-LTE)(3gpp RAN Release 13 的一部分)以及擴(kuò)展覆蓋范圍 GSM (EC-GSM)(GEREAN Release 13 的一部分)都屬于使用授權(quán)頻譜的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。
圖1:描述 IoT 網(wǎng)關(guān)在 IoT 網(wǎng)絡(luò)中作用的概念圖
如圖 1 所示,靈活可編程 IoT 網(wǎng)關(guān)或集線器分布在網(wǎng)絡(luò)中,可起到關(guān)鍵作用。為支持混合技術(shù),IoT 網(wǎng)關(guān)需要支持多種無線電協(xié)議,這要取決于安裝地點或服務(wù)類型。為協(xié)調(diào)已有專用技術(shù)和不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn),需要實現(xiàn)系統(tǒng)靈活性和敏捷性,這正是構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)以加強(qiáng)產(chǎn)品營收的關(guān)鍵所在。在這些網(wǎng)關(guān)中不僅有必要實現(xiàn)云與連接設(shè)備間的智能數(shù)據(jù)收集與傳播,而且要執(zhí)行邊緣計算功能。在很多 IoT 應(yīng)用案例中,數(shù)據(jù)可能與位置有關(guān),而且只在短時間內(nèi)有意義。很多情況受到應(yīng)用時延的制約,必須使用分布式數(shù)據(jù)處理。邊緣計算和本地存儲可能是 IoT 網(wǎng)關(guān)滿足低時延要求的關(guān)鍵。網(wǎng)關(guān)中還需要相應(yīng)的系統(tǒng)功能來保護(hù)到連接設(shè)備和云的鏈路。
除了解決關(guān)鍵系統(tǒng)問題以外,IoT 網(wǎng)關(guān)還可作為測試平臺,針對 IoT 的最新應(yīng)用方式和用例運(yùn)行試驗項目。無需等待最佳解決方案或完整生態(tài)系統(tǒng)的形成,運(yùn)營商可使用測試平臺與供應(yīng)鏈密切合作以定義系統(tǒng)要求。經(jīng)過明確定義的合理試驗案例研究以及相關(guān)業(yè)務(wù)結(jié)論有助于為最佳解決方案的形成和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)提供指導(dǎo),從而將 IoT 的潛在營收實現(xiàn)最大化。具備充足計算的 IoT 網(wǎng)關(guān)還可促進(jìn)建立開源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用開發(fā)框架和開發(fā)社區(qū)。此外,對寬帶 LTE 無線電的支持能強(qiáng)化有些應(yīng)用方式下——例如用智能手機(jī)控制智能住宅或車輛和乘客移動寬帶連接——的綜合服務(wù)水平。
圖2:賽靈思 Zynq UltraScale+ MPSoC All Programmable 平臺作為集成 IoT 網(wǎng)關(guān)
全可編程 FPGA 和 SoC 提供很好的解決方案來滿足 IoT 網(wǎng)關(guān)和 IoT 測試平臺的嚴(yán)格要求,憑借固有的靈活性針對不斷演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整,執(zhí)行邊緣計算,并保護(hù)鏈路,以根據(jù)需求例化不同的無線電資源。圖 2 展示了靈活可編程 IoT 網(wǎng)關(guān)的概念方框圖,利用賽靈思 16nm Zynq UltraScale+? MPSoC 平臺構(gòu)建。賽靈思 Zynq UltraScale+ 平臺具有運(yùn)行頻率達(dá) 1.5GHz 的四核 ARM? Cortex-A53,一個雙核 ARM Cortex-R5 實時處理單元,集成外設(shè)與連接內(nèi)核,以及內(nèi)置的高級保密性、安全性和可靠性功能。它具有豐富的可編程架構(gòu)來容納多種無線電技術(shù)以及回程和本地存儲連接。賽靈思基帶、無線電、基礎(chǔ) DSP 以及連接 IP 可與豐富的 ARM 軟件生態(tài)系統(tǒng)一起使用,以構(gòu)建靈活、可擴(kuò)展的 IoT 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用開發(fā)框架。憑借固有靈活性和可編程性,F(xiàn)PGA 架構(gòu)可方便地升級到無線電系統(tǒng),且不受集成處理器上的應(yīng)用協(xié)議棧制約。在此種平臺上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、促進(jìn)建立開源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用開發(fā)框架以及運(yùn)行試驗案例研究都是啟動新型 IoT 服務(wù)的開發(fā)與部署工作的重要步驟。
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