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是时候展现真正的技术了!看看5G+物联网=?
来源:计算机世界 | 作者:高通物联网 | 发布时间: 2021-03-06 | 812 次浏览 | 分享到:
眼下5G对高密度物联网的部署而言大有希望,这项蜂窝技术的未来版本蕴含着更大的潜力。

物联网已经在蓬勃发展。随着5G技术变得更普及,商业服务赶上已经在酝酿中的增强版标准,物联网会受到5G技术的巨大推动。



康宁公司负责无线解决方案和产品线管理的副总裁Michelle Engarto说:“由于5G可用的频谱增加,5G增加了总体带宽,并允许联接大量的物联网设备。”康宁主要制造用于楼宇内蜂窝产品的分布式天线系统。

电信运营商Verizon Business负责无线、物联网和合作伙伴关系的副总裁Steve Szabo表示,5G的几个特点有助于彻底改变众多行业和网络连接。

一个特点是超高吞吐量。Szabo说:“我们在供应商处的试验中看到,峰值速度高达4Gbps,这可以让你大致领略5G的功能,”5G速度有望达到10Gbps。

另一个特点是用于数据收集的高传感器密度,这将使工厂车间实现数字化,并提高可见性和生产力,无需复杂的布线或传统技术。

Szabo说:“高传感器密度就是部署成千上万个传感器,并利用这些传感器来跟踪资产和发出警报等。采用毫米波技术的5G旨在处理数百万个联网传感器,实际上能够管理每平方公里多达100万个的联网设备。”

5G还能够通过多接入边缘计算(MEC)实现超低延迟,这可以将工作负载的处理转移到边缘端。

5G在哪些地方可帮助物联网?

5G对物联网的影响究竟会有多大、何时会有影响,这在很大程度上取决于使用场景。

研究公司Gartner的高级首席分析师Bill Menezes表示,5G的主要属性包括:快得多的数据吞吐量、支持大规模的机器类通信(数量众多的机器或设备在没有任何人工交互或控制的情况下进行通信),以及超可靠的低延迟通信。

Menezes表示,这项技术的超可靠性来自它能够提供规定的服务质量或“实时”通信,而不是Wi-Fi等基于以太网的技术尽最大努力传输数据。此外,以后版本的5G理论上延迟不到1毫秒,而部署的目前这一代Wi-Fi通常延迟为20~40毫秒。

Menezes表示,所有这些属性“都与物联网密切相关,但关联程度取决于物联网端点和应用系统的需求。”



比如说,如果应用系统不需要高数据速率或低于10毫秒的延迟就可以正常运行,实施大量的低功耗端点可能很合适。Menezes表示,这种场景将主要利用5G未来支持窄带物联网(NB-IoT)联接的能力,理论上设备密度每平方公里可支持多达100万个低功耗端点。NB-IoT是一种低功耗广域网无线电技术标准,支持一系列蜂窝设备和服务。

5G还可用于部署需要大量带宽的数量较少的设备。Menezes说:“部署监控摄像头的一个使用场景将更多地依赖5G的高吞吐量/低延迟能力,实现超高清晰度8K实时视频流,对设备密度的要求低得多。”

Menezes表示,汽车、制造(智能工厂)、建筑以及采矿和油气等自然资源行业都是5G有望为物联网带来机遇的行业。他说:“但是需求很广泛,并且因使用场景而异。”

而5G不是所有物联网网络的最佳选择。Menezes表示,企业组织将继续使用各种连接方式,包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee和4G-NB-IoT。他说:“企业需要衡量自己实施的系统将需要其他平台在所需的部署场景中无法提供的哪些性能方面的属性。”

5G如何与其他选择相匹配?

Engarto表示,如今的物联网设备大多通过有线技术进行联接。这包括屏蔽双绞线局域网和同轴电缆。她说:“在一些有限的地区,Wi-Fi可能有一些用途,”但并非总是很理想。Engarto说:“5G使企业可以部署数量多得多的传感器,不需要电缆和每条电缆所需的导管。”

不过研究公司国际数据公司(IDC)的物联网和移动网络基础设施高级研究分析师Patrick Filkins表示,新的无线技术“将是众多旨在满足物联网全面需求的网络解决方案之一。”

Filkins说:“比如说,5G可以支持需要任意延迟、可靠性和安全性的端点。虽说5G将是物联网的瑞士军刀式解决方案,完全借助单一平台即可实现,但一些企业可能不需要5G的全部功能。在许多情况下,比如LPWAN(低功耗广域网),也可以通过LoRaWAN等替代方案实现连接。”

Filkins表示,Wi-Fi-6和Wi-Fi-HaLoW也将在密集短距离物联网使用场景中发挥作用,不过可靠性可能会下降。

Filkins说:“说到承诺零停机通信,5G是LTE的升级版,因为它融入了实现近乎零的数据包丢失的新技术。”这些技术包括波束形成、网络快速故障切换(冗余基础设施和拓扑结构)、无线数据包重传和软件定义网络。

Filkins说:“此外,5G利用了先进的同步及其他信道划分技术,可用来最大限度地利用专用频谱信道,以确保服务质量。这确保了运营商5G环境下的高可靠性。”

Wi-Fi与5G

Filkins表示,Wi-Fi的可靠性首先受到其传输距离的制约。他说:“能不能保证服务级别是个未知数,但在中短距离几乎肯定有所保证。”此外,大多数Wi-Fi系统部署在未经许可的频段上。随着更多的数据包共享信道,干扰的可能性会变得更大。

Filkins表示,Wi-Fi6将频谱切分成资源单元,以帮助解决可靠性问题,但是即使有这种改进,频谱问题本身仍然存在,“这有可能带来干扰。”



Menezes说,部署成本、传输距离、干扰和物联网设备的功能都是为实施的物联网确定合适的主要或互补性连接方案时需要考虑的因素。

“根据网络性能需求的实施来做出决定。因此,如果端点或应用系统不需要5G性能即可在所需级别运行,这将有助于决定连接方面的选择。”Menezes说。

Menezes表示,Wi-Fi6或Zigbee可能完全适合智能楼宇控制的一些元素,但对于高度移动的广域使用场景而言毫无用处。

“此外,在5G可用,但尚未达到庞大市场规模、从而使端点或网络服务颇具竞争力的情况下,使用基本商品化的连接技术(比如蓝牙、Zigbee、RFID或Wi-Fi)的端点可能极具成本效益。”Menezes说。

消费品制造商惠而浦的全球产品组织副总裁Shree Dandekar表示,在家庭使用等一些情况下,Wi-Fi通常对物联网而言比蜂窝技术更有意义。惠而浦提供联网厨房和洗衣设备等物联网服务。

Dandekar说:“科技界基本上认同这一观点,5G技术不太可能改变这种情形。就连最便宜的蜂窝技术[NB-IoT或LTE-M]也要比Wi-Fi贵得多。”

另一方面,惠而浦的工厂是全然不同的情况。IT副总裁Michael Berendsen说:“这种环境可能对Wi-Fi来说是挑战,因为设备和机器实在太多了,大量的金属会影响Wi-Fi信号。”

该公司正在俄亥俄州一家洗衣机工厂的一些自动驾驶汽车上测试5G,“因为我们认为5G可以提供更好的覆盖范围,在这么大的空间内表现更稳定,” Berendsen如是说。

网络切片以提升性能

电信运营商表示,随着5G日趋成熟,网络会变得越来越先进,这将为物联网带来更多的可能性。

AT&T Business的5G卓越中心主任Jason Inskeep说:“随着网络不断发展,可以借助SDN(软件定义网络)改进边缘结构的建模,带宽会继续改善。”

Inskeep说:“5G将带来的另一个备受期待的功能是网络切片(network slicing),”从而允许在无线接入网络(RAN)上使用专用的资源块。这样一来,蜂窝网络开始让人觉得如同多协议标签交换(MPLS)网络,“为实现更高的性能带来了机会,从而促进自动驾驶汽车或‘超视距’无人机操控之类的技术。”

“5G可以在蜂窝网络的每个切片保持一定的性能阈值,这是过去有线网络上才具有的特性。”Inskeep说。

“这些汽车和无人机在收集需要快速处理的大量数据,以便使汽车和无人机更切实可行。5G和边缘计算全面提供了快速度和低延迟,加上网络切片为数据提供了各自的‘通道’,这将有助于数据在短得多的时间内返回到设备。”

5G网络切片与物联网交汇时,“你就会开始看到5G平台的整体性多么有用,尤其是许多使用场景同时存在的组织中,”Filkins如是说。

Filkins说:“一个网络切片可以专用于LPWAN物联网项目,另一个切片可以连接需要超低延迟的端点。借助5G,理论上可以创建单一的平台,就能够支持传统上需要覆盖有线链路和无线链路才能支持的物联网使用场景。有了5G,你可以使用无线技术从单一平台支持大多数此类使用场景。”

Filkins表示,从管理和运营费用的角度来看,这对于希望提升物联网价值的组织应该很有吸引力。

更高的端点密度将到来

InsKeep表示,未来改进的另一个方面是,每平方公里每个无线电路支持更多的会话。他说:“随着我们改用5G,这个数字会急剧增加,因此终端的密度可能随之增加。如果出现这一幕,生态系统会变得更智能化”,物联网的功能也随之增加。



Szabo说:“说到物联网,我们触及的只是5G强大功能的一小部分。5G大有潜力彻底改变业务运营,支持今天不存在的使用场景。”

Szabo表示,比如说,5G网络每平方英里有望支持200多万个联网传感器。“协同使用3D虚拟现实可以帮助工程师、设计师和营销团队在几乎零延迟的情况下比较新产品的设计。”

Szabo表示,Verizon正与合作伙伴和开发商合作,拓展其5G生态系统。2020年7月,它宣布了简化和加速端到端物联网环境的计划。计划的一部分是将这家运营商的5G/LTE网络、ThingSpace物联网平台(允许其他公司在Verizon网络上设计、测试和连接物联网设备)和关键资产传感器设备(监控光、温度和压力等条件)与微软的Azure云整合起来,使物联网开发者能够快速高效地创建新的应用程序。

Menezes表示,5G的未来版本(版本16和17)包括与高级NBIoT、超低延迟和网络切片有关的许多规范,它们适用于多种多样的物联网使用场景。

Menezes说:“将5G视为主要或互补资源的组织在为规划的物联网使用场景、应用或者为实施的现有物联网系统提升所需的性能制定路线图时,需要与基于先进5G版本的服务和基础设施的商业可用性相匹配。”

5G可以促进物联网更广泛的使用

专家们表示,5G的不断进步有助于推动物联网计划。

Engarto说:“5G将促使市面上的物联网设备呈爆炸式增长。”5G的超低延迟将为增强现实和虚拟现实等新的使用场景铺平道路,“并为医疗保健、智能制造和教育等垂直领域的数字化带来新的突破性应用前景,”她说。“5G可能是建设智慧城市的关键赋能因素,交通运输、公共安全甚至零售业方面都有改进。”

Menezes表示,大规模的机器对机器通信与5G即将整合NB-IoT功能相结合,有望进一步促进物联网的部署。如今的智慧城市面临的问题是,4GLTE之类的其他移动无线技术或Wi-Fi之类的局域网无线带来了较差的可扩展性。

Menezes说:“以后版本的5G能够在覆盖范围内支持数量多得多的设备。而且,在中低波段频谱中,它的传输距离会更远,因此覆盖的范围比Wi-Fi更大。”

Szabo表示,5G的出现将“大大加快广泛采用传感器的进程,以推动诸多行业的数字化转型。大规模物联网可以支持最多达12倍的传感器密度,NB-IoT之类的技术会日趋完善。利用这些技术收集数据,加上数字孪生等基于云的功能,可实现近实时的模拟、评估、预测和补救。”

物联网“其实是将技术能力与改善业务运作相连接的一种实践,”Filkins说。“没有人仅仅为了使用一种新技术而部署物联网项目。在某些行业,5G将成为推动工业自动化的主要角色,可使室内环境和室外环境实现无缝连接。”

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