物聯(lián)網(wǎng)是決定未來經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù),。無所不在的萬物互聯(lián)終將成為現(xiàn)實(shí),。然而，無所不在的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋,，沒那么容易。

　　ZigBee/6LoWPAN或IEEE 802.11ah等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),，僅適于短距離物聯(lián)網(wǎng)覆蓋,，且無法保證可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制。衛(wèi)星通信的成本讓人望而卻步,，能耗高,，且無法抵達(dá)室內(nèi)。

　　時(shí)代在召喚,，蜂窩網(wǎng)絡(luò)瀟灑走過來,。

　　物聯(lián)網(wǎng)嬌軀一震，勾搭上了已覆蓋全球的2/3/4G網(wǎng)絡(luò),，跟他在一起可以至少少奮斗十年,。

　　2/3/4G網(wǎng)絡(luò)就像富一代，成熟穩(wěn)重,，溫柔多金,，還特有安全感。它網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣,，分布密集,，有可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制,，不僅能保證物聯(lián)網(wǎng)的安全性和有效性，且易于規(guī)劃,、管理和監(jiān)控,。物聯(lián)網(wǎng)可直接接入現(xiàn)成的基站里，拎包入住,，圓你一個(gè)別墅夢,。

　　為了配合物聯(lián)網(wǎng)之嬌軀亂顛，2/3/4G網(wǎng)絡(luò)開始內(nèi)外兼修,，重振雄風(fēng),。它增強(qiáng)覆蓋，降低功耗,，減少設(shè)備復(fù)雜性,，降低時(shí)延，最小化每Bit成本,。

　　畢竟隔了幾代,，力不從心的時(shí)候也是有的。

　　GSM容量有限,，無法滿足大量設(shè)備同時(shí)接入,。富一代很拼，它減小信令開銷,，控制過載,，收緊資源粒度，擴(kuò)大覆蓋范圍,，但是,，這終究只是權(quán)宜之計(jì)，如補(bǔ)充雄性荷爾蒙,，不是面向未來的根本之路,，日子還長呢。GSM的功耗和接入時(shí)延讓物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)悟到了初夜的遺憾,。

　　至于3G(UMTS),，工作頻段更高，覆蓋范圍小,，室內(nèi)覆蓋差，同時(shí),，UMTS模塊比GSM模塊貴的多,。Pass!

　　希望在LTE上?

　　夢寐易忘，初心難改,。

　　LTE是為數(shù)據(jù)洪流而設(shè)計(jì),，一開始并沒有考慮物聯(lián)網(wǎng)需求,。

　　講真，每次聽說LTE要熊抱物聯(lián)網(wǎng),，我就覺得它在死撐,。

　　LTE網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是：設(shè)備少、流量大,。少量的設(shè)備較之于海量的數(shù)據(jù)流量,，信令流量幾乎可以忽略不計(jì)。

　　物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是：設(shè)備多,、流量小,。海量的設(shè)備較之于零星的數(shù)據(jù)包，信令流量大爆發(fā),，引起網(wǎng)絡(luò)癱瘓也不是不可能的,。

　　與物聯(lián)網(wǎng)在一起的LTE面對(duì)許多現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)，包括控制開銷,、能效,、覆蓋增強(qiáng)、魯棒性,、安全和可擴(kuò)展性等,。

　　最擔(dān)心的是，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)語音,、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共存,，當(dāng)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入時(shí)，如何避免對(duì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的影響?

　　LTE的隨機(jī)接入過程(RACH)首先被擺上臺(tái)面,。

　　當(dāng)UE(手機(jī))要和基站(eNodeB)建立數(shù)據(jù)連接時(shí),，為了和網(wǎng)絡(luò)建立同步，由UE觸發(fā)隨機(jī)接入過程,。RACH由一系列時(shí)-頻資源組成,，稱為RA時(shí)隙。UE在RA時(shí)隙里使用前導(dǎo)序列向eNodeB發(fā)送接入請(qǐng)求,。

　　LTE隨機(jī)接入過程有兩種類型：非競爭的隨機(jī)接入和競爭的隨機(jī)接入,。每個(gè)LTE小區(qū)有64個(gè)前導(dǎo)序列，分別用于非競爭和競爭的隨機(jī)接入,。

　　非競爭的隨機(jī)接入由網(wǎng)絡(luò)控制,，能避免沖突，減小接入時(shí)延,，保障接入成功率,，比如在切換場景中。這不影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

　　影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的是基于競爭的隨機(jī)接入過程,。

　　(1) 前導(dǎo)序列傳輸(Message1)

　　(2) 隨機(jī)接入響應(yīng)(Message2)

　　(3) Message3發(fā)送 (RRC Connection Request)

　　(4) 沖突解決消息(Message4)

　　在基于競爭的隨機(jī)接入過程中,，會(huì)發(fā)生兩次沖突。

　　第一次沖突：

　　Message 1：UE隨機(jī)發(fā)送前導(dǎo)序列,，請(qǐng)求接入,。由于前導(dǎo)序列正交，同一RA時(shí)隙允許多個(gè)UE使用不同的前導(dǎo)序列,。在這種情況下,， eNodeB可解碼請(qǐng)求。

　　如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的UE使用相同的前導(dǎo)序列,，沖突就會(huì)發(fā)生,，導(dǎo)致eNodeB無法檢測到請(qǐng)求。

　　當(dāng)然,，即使是多臺(tái)UE使用相同的前導(dǎo)序列,，因?yàn)榻邮招盘?hào)強(qiáng)度不同，eNodeB也可能能檢測到請(qǐng)求,。但是,，這會(huì)導(dǎo)致eNodeB向多個(gè)UE發(fā)送相同的Message2(隨機(jī)接入響應(yīng))，從而將在Message 3處引發(fā)第二次沖突,。

　　第二次沖突：

　　如果不同的UE收到相同的Message2,，那么它們會(huì)獲得相同的上行資源，同時(shí)發(fā)送Message3,，此時(shí),，第二次沖突發(fā)生。

　　隨機(jī)接入過程成為LTE熊抱物聯(lián)網(wǎng)的第一道挑戰(zhàn),，因?yàn)楫?dāng)大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同時(shí)嘗試接入基站時(shí)(比如發(fā)生地震時(shí),，某地區(qū)的所有地震監(jiān)測器同時(shí)發(fā)出告警)，會(huì)出現(xiàn)信令尖峰,，從而引起PRACH過載,，接入競爭可能性增加，接入時(shí)延和接入失敗率上升,。

　　盡管,，為了減小PRACH負(fù)荷，我們可以在每一幀里增加接入調(diào)度,，不過,，這會(huì)減少數(shù)據(jù)傳輸資源，導(dǎo)致上行信道數(shù)據(jù)傳輸容量吃緊,。

　　還有,，LTE幀中分配RA時(shí)隙有限,。同時(shí)，PRACH前導(dǎo)序列采用的Zadoff -Chu序列處理,，受限于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的計(jì)算能力。

　　總之,，LTE難以應(yīng)付大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入,，其引發(fā)的接入時(shí)延和接入失敗問題會(huì)影響傳統(tǒng)數(shù)據(jù)(和語音)業(yè)務(wù)，當(dāng)然,，這本身也會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),。

　　魚和熊掌不能兼得

　　解決的辦法也是有的

　　比如對(duì)人和物的接入請(qǐng)求進(jìn)行分離，主要包括3種：強(qiáng)制分離機(jī)制,，軟分離機(jī)制和混合分離機(jī)制,。強(qiáng)制分離將人和物的接入請(qǐng)求完美隔離。軟分離是指人和物共享資源池,，但具有不同的接入可能性,。混合分離是前面兩者的混合,。

　　比如Fast Adaptive Slotted Aloha技術(shù),，利用連續(xù)空閑或沖突時(shí)隙來估算網(wǎng)絡(luò)中激活的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量(網(wǎng)絡(luò)狀態(tài))，并迅速更新物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳輸可能性,，從而減小接入時(shí)延,。