從技術角度看移動通信技術發展與物聯網

　　物聯網從技術上來說可以分為三層：傳感層、通信層和應用層。在通信層，需要將傳感層采集的數據和信息進行安全可靠地通信和傳輸，在《常見物聯網近距離無線通信技術解析》一文中已經介紹了短距離無線通信技術，本文將介紹移動通信技術的發展與物聯網。

　　近距離無線通信對于物聯網而言固然重要，不過，由于物聯網是建立在多種網絡融合的基礎之上的，它的信息節點具有廣泛性和移動性的特點，因此移動通信技術對于聯網技術對物聯網發展同樣關鍵。移動通信是指通信的雙方，至少有一方是在移動中進行的通信，包括固定點與移動點、移動點與移動點之間的通信。

　　物聯網的相關概念與其它網的關系

　　首先科普一下1G到4G的發展

　　1G

　　1986年，第一套移動通訊系統在美國芝加哥誕生，采用模擬訊號傳輸，模擬式為代表在無線傳輸采用模擬式的FM調制。1G主要系統為AMPS，另外還有NMT及TACS，有著A網和B網之分。大塊頭的“大哥大”風靡一時。

　　2G

　　相較于只能應用于一般語音傳輸，且語音品質低、訊號不穩定、涵蓋范圍不夠全面的1G網絡，第二代移動通信則具備高度的保密性，系統的容量也在增加，同時從這一代開始手機也可以上網了。隨著2G的誕生，移動通信標準爭奪也開始了。2G主流的幾個網絡制式GSM：全球移動通信系統（Global System forMobile Communication），是當前應用最為廣泛的移動電話標準，較之以前的標準最大的不同是它的信令和語音信道都是數字式的。TDMA：時分多址（TimeDivision Multiple Access），則是把時間分割成周期性的幀（Frame），每一個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。

　　3G

　　隨著人們對移動網絡需求的不斷增加，第三代移動通信網絡開啟了行動通訊新紀元。3G網絡的高頻和穩定的傳輸使得影像電話和大量的數據傳送更為普遍。其中，CDMA是第三代移動通信系統的技術基礎。CDMA系統以其頻率規劃簡單、系統容量大、頻率復用系數高、抗多徑能力強、通信質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發展潛力。

　　4G

　　4G無線蜂窩電話協議是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。4G系統能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps。4G的主要網絡制式LTE是基于OFDMA技術、由3GPP組織制定的全球通用標準，包括TDD（時分雙工）和FDD（頻分雙工）兩種模式，二者相似度達90%，差異較小。

　　移動通信系統在物聯網中的應用方式

　　移動通信系統一般由移動終端、傳輸網絡和網絡管理維護等部分組成， 因此移動通信在物聯網的應用主要包括以下幾個方面：

　　（1）移動通信系統的移動終端具有網絡信息節點移動并實現隨時隨地的通信，與物聯網的感知終端有著共通性，移動通信終端完全可以成為物聯網信息節點終端的通信部件。

　　（2）移動通信網絡具有成熟的技術，廣泛地覆蓋面，可以作為物聯網的信息傳輸網絡使用。

　　（3）移動網絡管理維護平臺具有成熟的管理和維護功能，可確保傳輸安全和信息安全。物聯網可以使用移動網絡管理平臺以實現對物聯網的相關管理維護功能。

　　3G與物聯網

　　通用移動通信系統，簡稱UMTS（Universal Mobile Telecommunications System），UMTS作為一個完整的3G移動通信技術標準，UMTS并不僅限于定義空中接口。除WCDMA作為首選空中接口技術獲得不斷完善外，UMTS還相繼引入了TD-SCDMA和HSDPA技術。

　　3G作為第三代通信技術與2G的主要區別是在傳輸聲音和數據的速度上的提升，它能夠在全球范圍內更好地實現無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統的良好兼容性。為了提供這種服務，無線網絡必須能夠支持不同的數據傳輸速度，也就是說在室內、室外和行車的環境中能夠分別支持至少2Mbps（兆比特/每秒）、384kbps（千比特/每秒）以及144kbps的傳輸速度（此數值根據網絡環境會發生變化）。移動通信技術的提升對于物聯網的實現帶來了更大的可能。

　　在我國，2009年3G技術得到了較大的關注，2010年物聯網成為了明星，其中有不小的推動力是來自于電信運營商。借著3G的“東風”，運營商開始不斷推出3G行業應用，布局物聯網。

　　中國電信積極進軍物聯網手機市場，發力手機與RFID芯片融合的終端，并推出了部分定制手機，以及“翼機通”、“翼支付”等業務。 中國移動則在無錫成立無錫物聯網研究院，據悉，該研究院將以物聯網業務和行業應用業務為主要研發方向，全力推進物聯網技術研究和應用普及。中國聯通與重慶市政府簽署戰略合作框架協議，計劃在重慶投入100億元，提高3G網絡的覆蓋水平，加速“智能重慶”建設。

　　回顧3G時代運營商的大力布局不難看出運營商對于物聯網的期待，3G之后的4G時代，運營商布局物聯網的競爭更加激烈。

　　4G技術推動物聯網走向“現實”

　　4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數據、高質量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載，比家用寬帶ADSL（4兆）快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。

　　從現有的角度來看，4G具有以下三大優勢，高速率，低延時，大容量。就是對應剛才講的快速，優質和低價，就是便宜，大容量。

　　首先是高速率，超過10倍于3G網絡的用戶帶寬高速的網絡上傳下載速率。二是一級轉發的扁平化網絡結構保證數據交互類業務的實時性。最后，靈活的頻道使用提供更大的用戶容量和網絡使用并發數，這是它的大容量。

　　4G網絡具有更高的效率，更小的延時，使移動網絡通訊之間更加迅速，逐漸實現移動寬帶化，寬帶移動化。可以用高架橋出口處堵塞車輛的案例做對比，以前的無線是堵塞的瓶頸，采用4G以后，這個瓶頸有望完全消失。

　　物聯網業務應用和4G網絡之間的訴求，具體體現在下面三個方面：

　　一、海量數據的傳輸。我們知道物聯網是物與物之間建立信息網絡連接，隨著物聯網產業發展，接入的終端設備數量是呈幾何級數增長，3G網絡的局限性已經越來越明顯。4G網絡已經來臨。

　　二、網絡通信優化，物聯網體系的運轉需要終端設備的持續工作及數據通信的持續保持，海量的數據傳輸必然面臨巨額的通信成本，網絡通信成本優化是物聯網技術應用普及的必經之路。

　　三、應用接入。物聯網要使任何人，任何時間，任何地點可以了解任何事務的任何信息具有理論上的可行性，這需要物聯網對接入終端的接入形式的多樣。

　　物聯網諸多分支的應用，以智慧城市，從智慧城市到智能也，智慧夾具，智慧交通，無不在積極改變和影響我們的生活。對物聯網來說，大量的信息收集的過程當中，把各終端進行有機的相聯再把相關信息傳回數據中心，在此環節中，無線網絡將是最佳選擇。4G網絡高速率，低時延，大容量的技術優勢為此需求提供了有力的保障。傳統的網絡方式帶來的工作量非常大，而2G、3G的通訊通訊效率制約了物聯網發展，在這樣的情況下4G網絡的推廣，無疑提高了打破發展瓶頸，為市場化的普及起到強有力的推動作用。

　　5G技術讓物聯網成為可能

　　從字義上看，5G指的是第五代移動通信，是繼4G之后的延伸。但與4G、3G和2G不同的是，5G并不是一個單一的無線接入技術，而是多種新型無線接入技術和現有無線接入技術演進集成后的解決方案的總稱。

　　5G的技術特點可以用幾個數字來概括：1000x的容量提升、1000億+的連接支持、10GB/s的最高速度、1ms以下的延遲。速度更快也許是5G最明顯的標志，但如果認為5G帶來的只是更快的網速，那就太小瞧它了。在白皮書中，推進組專家將5G的特點歸納為連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠四個方面。而這四個方面正能夠滿足不同用戶、不同行業對于通信的復雜需求。

　　具體來說，連續廣域覆蓋意味著5G能夠使人們在偏遠地區、高速移動等惡劣環境下仍可以高速上網。熱點高容量則使5G能夠滿足人們在人員密集、流量需求大的區域依然可以享受到極高網絡速度的要求。低功耗大連接的特點使5G可以在智慧城市、環境監測、智能農業、森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用場景中發揮作用。而對于車聯網、無人駕駛、工業控制等對時延和可靠性具有極高要求的領域，低時延高可靠的特點或許可以使5G能夠應對自如。

　　和4G相比，5G的優勢很明顯，4G和之前的移動網絡主要側重于原始帶寬的提供，而5G旨在提供無所不在的連接，為快速彈性的網絡連接奠定基礎，無論用戶身處的是摩天大樓還是地鐵站;5G設計初衷是支持多種不同的應用，比如物聯網、聯網可穿戴設備、增強現實和沉浸式游戲; 5G還會率先利用感知無線電技術，讓網絡基礎設施自動決定提供頻段的類型，分辨移動和固定設備，在特定時間內適配當前狀況，換句話說，5G網絡可同時服務于工業網絡和Facebook應用。