做互联网交易网站的条件,互联网营销行业前景,网站的特征,个人域名备案风险来源#xff1a;物联江湖(iot521) 作者#xff1a;王一鸣一直以来#xff0c;人们通过相应的终端#xff08;电脑、手机、平板等#xff09;使用网络服务#xff0c;“个人”一直是网络的用户主体。个人对网络质量的要求“高”且“统一”#xff1a;玩网络游戏必需要低… 来源物联江湖(iot521) 作者王一鸣一直以来人们通过相应的终端电脑、手机、平板等使用网络服务“个人”一直是网络的用户主体。个人对网络质量的要求“高”且“统一”玩网络游戏必需要低时延下载文件或看网络视频则期望高带宽通话需要声音清晰而接收的短信绝不能有遗漏。对于移动通信网络运营商们尽可能地维系着低时延、高带宽、广覆盖、随取随用的网络特性以保证良好的用户体验以及营造出丰富多姿的移动应用生态。对于个人通信业务虽然用户的要求很高但整体上对网络质量的需求是一致的运营商只需要建立一套网络质量标准体系来建设、优化网络就能满足大多数人对连接的需要。随着网络中用户终端手机、PAD等数量的增长逐渐趋缓M2M应用成为了运营商网络业务的增长发力点大量的M2M应用终端则成为了网络的用户。M2M应用终端传感设备、智能终端本质上就是物联网终端它们通过装配无线通信模组和SIM卡连接到运营商网络从而构建出各类集中化、数字化的行业应用。不同于个人通信业务在物联网终端构建的行业应用中各领域应用对信息采集、传递、计算的质量要求差异很大系统和终端部署的环境也各不相同特别是千差万别的工业环境此外企业在构建应用时还需要考量技术限制供电问题、终端体积等和成本控制包括建设成本和运营成本。因此千姿百态的行业应用具有“个性化”的一面使得连接的需求朝着多样性的方向发展。1.物联网业务需求的差异化体现在两个方面一方面不同的终端和应用对网络特性有不同的要求。传统的网络特性包括网络接入的距离、上下行的网络带宽、移动性的支持、还有数据收发的频率或称为周期性、以及安全性和数据传输质量完整性、稳定性、时效性等。这几个方面可浓缩成三个方面为“接入距离”、“网络特性”、“网络品质”。“接入距离”主要分为近距接入和远距接入两种。网络的“特性”和“品质”则是体现需求差异化的主要因素例如传感器终端的“网络特性”可能是只有向云端发送的“上行数据”而没有接收的“下行数据”。另一方面网络还需要“照顾”原本不太被关注的终端特性以适应各类的行业应用需求对“能耗”和“成本”的控制。1能耗个人用户大多数时间都是处于宜居的环境中智能终端常伴左右并且在人类活动的环境中总能找到充电的“电源插头”所以这些终端的生产厂家对电池的电量并不敏感。而物联网终端的工作环境相比较个人终端的工作环境则要复杂的多。有些物联网终端会部署在高温高压的工业环境中有些则远离城市、放置在人迹罕至的边远地区还有一些可能深嵌地下或落户在溪流湖泊之中。很多设备需要电池的长期供电来工作因为地理位置和工作环境无法向它们提供外部电源更换电池的成本也异常高昂。所以“低功耗”是保证他们持续工作的一个关键需求。在不少应用场景中一小粒电池的电量需要维持某个终端“一生”的能量供给。2成本个人使用的终端不论是电脑还是手机其功能丰富、计算能力强大、应用广泛通信模块只是其所有电子元件和机械构建中的一小部分在总的制造成本中占比较低。个人终端作为较高价值的产品用户、厂家对其通信单元的固定成本并不特别敏感。而物联网终端则不同许多不具备联网功能的终端原本只是简易的传感器设备其功能简单、成本低廉相对于传感设备价格不菲的通信模块加入其中就可能引起成本骤升。在应用场景中大量部署联网的传感设备往往需要企业下决心提高终端的成本投入。而与此矛盾的是简单的传感器终端上传网络的数据量通常都很小它们连接网络的周期长网络的使用频次低每一次上传信息的价值都很低。终端成本和信息价值不成比例使得企业会在大量部署物联网终端的决策上犹豫不前。如何降低这些哑终端单一的传感器终端的通信成本是一个迫在眉睫的难题。此前提及的能耗问题如果不妥善解决也会影响到物联网应用的运营成本如果终端耗电过快就需要不断地重新部署投放或更换电池。2.低功耗、低成本是物联网通信的一大需求原本的网络对应用并不敏感只要提供统一的高质量网络通道标准唯一就可以满足大多数用户的需求。不论用户喜欢使用什么样的业务都可以通过高品质的网络质量来获得通信服务网络能够满足个人用户的大多数要求。然而随着行业应用的深入网络设计和建设者必须关注到应用、终端的差异性也就是网络需要针对终端、应用做出相应的调整和适配。在此前提到的网络特性和终端特性中“距离、品质、特性”和“能耗、成本”前后两类特性存在密切的关联关系通信基站的信号覆盖越广“距离长”则基站和终端的功耗越高“能耗高”要实现高品质、安全可靠的网络服务“品质高”需要健壮的通信协议实现差错效验、身份验证、重传机制、以建立端到端的可靠连接保证的基础就是通信模块的配置就不能低“成本高”在我看来促成这几种低功耗蜂窝技术“结盟”的关键并不仅仅是日益增长的商业诉求还有其它新生的非授权频段低功耗接入技术的威胁。LoRa、SIGFOX、RPMA等新兴接入技术的出现促成了3PGG中相关成员企业和组织的抱团发展。1.部署方式为了便于运营商根据自由网络的条件灵活运用NB-IoT可以在不同的无线频带上进行部署分为三种情况独立部署(Stand alone)、保护带部署(Guard band)、带内部署(In band)。Stand alone模式利用独立的新频带或空闲频段进行部署运营商所提的“GSM频段重耕”也属于此类模式Guard band模式利用LTE系统中边缘的保护频段。采用该模式需要满足一些额外的技术要求(例如原LTE频段带宽要大于5Mbit/s)以避免LTE和NB-IoT之间的信号干扰。In band模式利用LTE载波中间的某一段频段。为了避免干扰3GPP要求该模式下的信号功率谱密度与LTE信号的功率谱密度不得超过6dB。 除了Stand alone模式外另外两种部署模式都需要考虑和原LTE系统的兼容性部署的技术难度相对较高网络容量相对较低。2.覆盖增强为了增强信号覆盖在NB-IoT的下行无线信道上网络系统通过重复向终端发送控制、业务消息“重传机制”再由终端对重复接受的数据进行合并来提高数据通信的质量。这样的方式可以增加信号覆盖的范围但数据重传势必将导致时延的增加从而影响信息传递的实时性。在信号覆盖较弱的地方虽然NB-IoT能够保证网络与终端的连通性但对部分实时性要求较高的业务就无法保证了。在NB-IoT的上行信道上同样也支持无线信道上的数据重传。此外终端信号在更窄的LTE带宽中发送可以实现单位频谱上的信号增强使PSDPower Spectrum Density功率谱密度增益更大。通过增加功率谱密度更利于网络接收端的信号解调提升了上行无线信号在空中的穿透能力。通过上行、下行信道的优化设计NB-IoT信号的“耦合损耗coupling loss”最高可以达到164dB。备注: 耦合损耗,指能量从一个电路系统传播到另一个电路系统时发生的能量损耗。这里是指无线信号在空中传播的能量损耗为了进一步利用网络系统的信号覆盖能力NB-IoT还根据信号覆盖的强度进行了分级CE Level并实现“寻呼优化”引入PTW寻呼传输窗允许网络在一个PTW内多次寻呼UE并根据覆盖等级调整寻呼次数。常规覆盖Normal Coverage,其MCL(Maximum Coupling Loss最大耦合损耗)小于144dB与目前的GPRS覆盖一致。扩展覆盖Extended Coverage其MCL介于144dB与154dB之间相对GPRS覆盖有10dB的增强极端覆盖Extreme Coverage其MCL最高可达164dB相对GPRS覆盖强度提升了20dB。3. NB-IoT低功耗的实现要终端通信模块低功耗运行最好的办法就是尽量地让其“休眠”。NB-IoT有两种模式可以使得通信模块只在约定的一段很短暂的时间段内监听网络对其的寻呼其它时间则都处于关闭的状态。这两种“省电”模式为PSMpower saving mode省电模式和eDRXExtended Discontinuous Reception扩展的不连续接收1 PSM模式在PSM模式下终端设备的通信模块进入空闲状态一段时间后会关闭其信号的收发以及接入层的相关功能。当设备处于这种局部关机状态的时候即进入了省电模式-PSM。终端以此可以减少通信元器件天线、射频等的能源消耗。终端进入省电模式期间网络是无法访问到该终端。从语音通话的角度来说即“无法被叫”。大多数情况下采用PSM的终端超过99%的时间都处于休眠的状态主要有两种方式可以激活他们和网络的通信当终端自身有连接网络的需求时它会退出PSM的状态并主动与网络进行通信上传业务数据。在每一个周期性的TAU (Tracking Area Update跟踪区更新)中都有一小段时间处于激活的状态。在激活状态中终端先进入“连接状态Connect”与通信网络交互其网络、业务的数据。在通信完成后终端不会立刻进入PSM状态而是保持一段时间为“空闲状态IDLE”。在空闲状态状态下终端可以接受网络的寻呼。在PSM的运行机制中使用“激活定时器Active Timer简称AT”控制空闲状态的时长并由网络和终端在网络附着Attach终端首次登记到网络或TAU时协商决定激活定时器的时长。终端在空闲状态下出现AT超时的时候便进入了PSM状态。根据标准终端的一个TAU周期最大可达310H(小时)“空闲状态”的时长最高可达到3.1小时11160s。从技术原理可以看出PSM适用于那些几乎没有下行数据流量的应用。云端应用和终端的交互主要依赖于终端自主性地与网络联系。绝大多数情况下云端应用是无法实时“联系“到终端的。2 PSM模式在PSM模式下网络只能在每个TAU最开始的时间段内寻呼到终端在连接状态后的空闲状态进行寻呼。eDRX模式的运行不同于PSM它引入了eDRX机制提升了业务下行的可达性。备注DRX(Discontinuous Reception)即不连续接收。eDRX就是扩展的不连续接收。eDRX模式在一个TAU周期内包含有多个eDRX周期以便于网络更实时性地向其建立通信连接寻呼。eDRX的一个TAU包含一个连接状态周期和一个空闲状态周期空闲状态周期中则包含了多个eDRX寻呼周期每个eDRX寻呼周期又包含了一个PTW周期和一个PSM周期。PTW和PSM的状态会周期性地交替出现在一个TAU中使得终端能够间歇性地处于待机的状态等待网络对其的呼叫。 eDRX模式下网络和终端建立通信的方式同样终端主动连接网络终端在每个eDRX周期中的PTW内接受网络对其的寻呼。在TAU中最小的eDRX周期为20.48秒最大周期为2.91小时在eDRX中最小的PTW周期为2.56秒最大周期为40.96秒在PTW中最小的DRX周期为1.28秒最大周期为10.24秒总体而言在TAU一致的情况下eDRX模式相比较PSM模式其空闲状态的分布密度更高终端对寻呼的响应更为及时。eDRX模式适用的业务一般下行数据传送的需求相对较多但允许终端接受消息有一定的延时例如云端需要不定期地对终端进行配置管理、日志采集等。根据技术差异eDRX模式在大多数情况下比PSM模式更耗电。4. 终端简化带来低成本针对数据传输品质要求不高的应用NB-IoT具有低速率、低带宽、非实时的网路特性这些特性使得NB-IoT终端不必向个人用户终端那样复杂简单的构造、简化的模组电路依然能够满足物联网通信的需要。NB-IoT采用半双工的通信方式终端不能够同时发送或接受信号数据相对全双工方式的终端减少了元器件的配置节省了成本。业务低速率的数据流量使得通信模组不需要配置大容量的缓存。低带宽则降低了对均衡算法的要求降低了对均衡器性能的要求。均衡器主要用于通过计算抵消无线信道干扰NB-IoT通信协议栈基于LTE设计但它系统性地简化了协议栈使得通信单元的软件和硬件也可以相应的降低配置终端可以使用低成本的专用集成电路来替代高成本的通用计算芯片来实现协议简化后的功能。这样还能够减少通信单元的整体功耗延长电池使用寿命。5.业务在核心网络中的简化在NB-IoT的核心网络EPC- Evolved Packet Core即4G核心网中针对物联网业务的需求特性蜂窝物联网CIoT定义了两种优化方案CIoT EPS用户面功能优化User Plane CIoT EPS optimisationCIoT EPS控制面功能优化Control Plane CIoT EPS optimisation1 用户面功能优化“用户面功能优化”与原LTE业务的差异并不大它的主要特性是引入RRC (无线资源控制)的“挂起/恢复Suspend/Resume流程”减少了终端重复进行网络接入的信令开销。当终端和网络之间没有数据流量时网络将终端置为挂起状态Suspend但在终端和网络中仍旧保留原有的连接配置数据。当终端重新发起业务时原配置数据可以立即恢复通信连接Resume以此减去了重新进行RRC重配、安全验证等流程降低了无线空口上的信令交互量。2 控制面功能优化“控制面功能优化”包括两种实现方式消息传递路径。通过这两种方式终端不必在无线空口上和网络建立业务承载就可以将业务数据直接传递到网络中。备注通信系统的特性之一是控制与承载业务分离直观的来说就是业务的控制消息建立业务、释放业务、修改业务和业务数据本身并不在同一条链路上混合传递。NB-IoT的控制面功能优化则简化了这种惯常的信息业务架构。CP模式的两种实现方式即两种数据传递的路径 A.在核心网内由MME、SCEF网元负责业务数据的转接在该方式中NB-IoT引入了新的网元SCEFService Capa- bility Exposure Function服务能力开放平台。物联网终端接受或发送业务数据是通过无线信令链路进行的而非无线业务链路。当终端需要上传数据时业务数据由无线信令消息携带直接传递到核心网的网元MME(Mobility Management Entity4G核心网中的移动性管理实体)再由MME通过新增的SCEF网元转发到CIoT服务平台CIoT Services也称为AP-应用服务。云端向终端发送业务数据的方向则和上传方向正好相反。路径UE(终端)-MME-SCEF- CIoT Services从NB-IoT的特性中可以看出其通过“信号增强”、“寻呼优化”加强了通信覆盖的深度。主要通过三个方面来“照顾”终端对低耗电、低成本的要求1、引入了低功耗的“睡眠”模式PSM、eDRX2、降低了对通信品质要求简化了终端设计半双工模式、协议栈简化等3、通过两种功能优化模式CP模式、UP模式简化流程减少了终端和网络的交互量。未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
