物聯(lián)網(wǎng)是決定未來(lái)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。無(wú)所不在的萬(wàn)物互聯(lián)終將成為現(xiàn)實(shí)。
然而,，無(wú)所不在的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋,，沒(méi)那么容易。
ZigBee/6LoWPAN或IEEE802.11ah等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),，僅適于短距離物聯(lián)網(wǎng)覆蓋,，且無(wú)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(wú)法抵達(dá)室內(nèi)。
時(shí)代在召喚,，蜂窩網(wǎng)絡(luò)瀟灑走過(guò)來(lái)
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(mèng),。
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(wú)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(guò)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(lái)的根本之路,，日子還長(zhǎng)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(mèng)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(méi)有考慮物聯(lián)網(wǎng)需求。
講真,，每次聽說(shuō)LTE要熊抱物聯(lián)網(wǎng),，我就覺(jué)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(yǔ)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(guò)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(guò)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(guò)程有兩種類型：非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入和競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)和競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。
非競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過(guò)程,。
?。?）前導(dǎo)序列傳輸（Message1）
（2）隨機(jī)接入響應(yīng)（Message2）
?。?）Message3發(fā)送（RRCConnecTIonRequest）
?。?）沖突解決消息（Message4）在基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過(guò)程中，會(huì)發(fā)生兩次沖突,。
第一次沖突：
Message1：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(wú)法檢測(cè)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(cè)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Message3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(guò)程成為L(zhǎng)TE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(cè)器同時(shí)發(fā)出告警），會(huì)出現(xiàn)信令尖峰,，從而引起PRACH過(guò)載,，接入競(jìng)爭(zhēng)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(guò),，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(wèn)題會(huì)影響傳統(tǒng)數(shù)據(jù)（和語(yǔ)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?；旌戏蛛x是前面兩者的混合。
比如FastAdapTIveSlottedAloha技術(shù),，利用連續(xù)空閑或沖突時(shí)隙來(lái)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,。
比如分簇機(jī)制,，在某個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)分布著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分成多個(gè)簇,，每一個(gè)簇里選出一個(gè)協(xié)調(diào)（Coordinator）,，這個(gè)協(xié)調(diào)器是簇中唯一和基站直接通信的設(shè)備，并作為簇內(nèi)其它設(shè)備與基站通信的中繼節(jié)點(diǎn),。這不但限制了同時(shí)接入基站的設(shè)備數(shù)量,，而且降低了整個(gè)系統(tǒng)的功耗。
但是,，所有的辦法“僅供研究和測(cè)試”,，LTE和物聯(lián)網(wǎng)要水乳相融走向商用，還有很多工作要做,。同時(shí),，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景包羅萬(wàn)象，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)的靈活性要求更高,，怎么設(shè)計(jì),，怎么優(yōu)化，如何才能不影響運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)（畢竟那里有更高的ARPU）,，都是擺在現(xiàn)實(shí)道路上難題,。
那么，5G hold得住物聯(lián)網(wǎng)嗎？
massiveMIMO,，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),，毫米波（mmWave），SDN/NFV,，通常被認(rèn)為5G的幾大關(guān)鍵技術(shù),。這些關(guān)鍵技術(shù)能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)需求嗎？
MassiveMIMOMassive
MIMO通過(guò)在基站側(cè)部署多于小區(qū)終端數(shù)量的天線陣列,，利用空間分集來(lái)提升頻譜效率,，這一特點(diǎn)使基站可以同時(shí)接受多路傳輸，看起來(lái)非常適合于大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入,。問(wèn)題是,，大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入需要在基站側(cè)部署多少天線？技術(shù)上能突破嗎,？
異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)
我們說(shuō)未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署很多smallcells來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)容量需求。
然而,，這是為了解決容量,，提升網(wǎng)速。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng),，關(guān)鍵不是網(wǎng)絡(luò)速率,，而是覆蓋，是可靠的和無(wú)所不在的連接,，這和smallcells解決熱點(diǎn)容量問(wèn)題是背道而馳的,。
人和物的需求場(chǎng)景完全不同。比如,，鄉(xiāng)村的高速公路,，是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵覆蓋區(qū)域，但并不是數(shù)據(jù)流量密集區(qū)域,。人與物在覆蓋上沒(méi)有一致性,，這對(duì)于運(yùn)營(yíng)商在投資上并無(wú)經(jīng)濟(jì)性可言。即使是在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備密集區(qū)域,，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)帶來(lái)的ARPU值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)業(yè)務(wù),，如果考慮投資回報(bào)，運(yùn)營(yíng)商絕不愿意為了物聯(lián)網(wǎng)部署smallcells,。
毫米波（mmWave）
毫米波以其寬廣的頻譜資源向5G展示了無(wú)法抗拒的魅力,。毫米波的特點(diǎn)是：速率快、覆蓋距離短和功耗大,。這三個(gè)特點(diǎn)和物聯(lián)網(wǎng)需求完全相反,，物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是：速率低、覆蓋距離
毫米波以其寬廣的頻譜資源向5G展示了無(wú)法抗拒的魅力。毫米波的特點(diǎn)是：速率快,、覆蓋距離短和功耗大,。這三個(gè)特點(diǎn)和物聯(lián)網(wǎng)需求完全相反，物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是：速率低,、覆蓋距離遠(yuǎn)和功耗足夠低,。
SDN/NFV
軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）將物理網(wǎng)絡(luò)變得更抽象，利于網(wǎng)絡(luò)資源靈活管理和支持不同類型的業(yè)務(wù),，SDN/NFV根據(jù)不同的業(yè)務(wù)提供不同的數(shù)據(jù)流,，且能動(dòng)態(tài)調(diào)度已被虛擬化的網(wǎng)元功能，這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)是極好的,。
一方面,，SDN可以將人與物業(yè)務(wù)分離，同時(shí)保障分離的邏輯網(wǎng)絡(luò)的QoS,，能有效利用網(wǎng)絡(luò)資源,，減輕大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。
另一方面,，利用NFV可以根據(jù)流量需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理,。比如，NFV可以隨時(shí)根據(jù)流量需求,，對(duì)某區(qū)域的網(wǎng)元進(jìn)行功能“變形”，它可以是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)收集中心,，也可以是用于擴(kuò)展覆蓋的中繼,，或者變回基站，以應(yīng)對(duì)臨時(shí)的接入請(qǐng)求高峰,。
事實(shí)上,，SDN/NFV讓我們看到了未來(lái)“無(wú)限容量”網(wǎng)絡(luò)的可能。
但是,，SDN/NFV將帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顛覆性的改變,，甚至是對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的顛覆。設(shè)備商去推動(dòng)虛擬化猶如自斷手臂,，左右手互搏,。即使運(yùn)營(yíng)商，決心有多大也是個(gè)未知數(shù),。