物聯(lián)網是決定未來經濟的關鍵技術。無所不在的萬物互聯(lián)終將成為現(xiàn)實。

然而，無所不在的物聯(lián)網覆蓋，沒那么容易。

ZigBee/6LoWPAN或IEEE 802.11ah等物聯(lián)網技術，僅適于短距離物聯(lián)網覆蓋，且無法保證可靠的網絡協(xié)調控制。衛(wèi)星通信的成本讓人望而卻步，能耗高，且無法抵達室內。

時代在召喚，蜂窩網絡瀟灑走過來。

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

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

為了配合物聯(lián)網之嬌軀亂顛，2/3/4G網絡開始內外兼修，重振雄風。它增強覆蓋，降低功耗，減少設備復雜性，降低時延，最小化每Bit成本。

畢竟隔了幾代，力不從心的時候也是有的。

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

至于3G(UMTS)，工作頻段更高，覆蓋范圍小，室內覆蓋差，同時，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)據洪流而設計，一開始并沒有考慮物聯(lián)網需求。

講真，每次聽說LTE要熊抱物聯(lián)網，我就覺得它在死撐。

LTE網絡的特點是：設備少、流量大。少量的設備較之于海量的數(shù)據流量，信令流量幾乎可以忽略不計。

物聯(lián)網的特點是：設備多、流量小。海量的設備較之于零星的數(shù)據包，信令流量大爆發(fā)，引起網絡癱瘓也不是不可能的。

與物聯(lián)網在一起的LTE面對許多現(xiàn)實的挑戰(zhàn)，包括控制開銷、能效、覆蓋增強、魯棒性、安全和可擴展性等。

最擔心的是，物聯(lián)網業(yè)務和傳統(tǒng)語音、數(shù)據業(yè)務共存，當大規(guī)模物聯(lián)網設備接入時，如何避免對傳統(tǒng)業(yè)務的影響?

LTE的隨機接入過程(RACH)首先被擺上臺面。

當UE(手機)要和基站(eNodeB)建立數(shù)據連接時，為了和網絡建立同步，由UE觸發(fā)隨機接入過程。RACH由一系列時-頻資源組成，稱為RA時隙。UE在RA時隙里使用前導序列向eNodeB發(fā)送接入請求。

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

非競爭的隨機接入由網絡控制，能避免沖突，減小接入時延，保障接入成功率，比如在切換場景中。這不影響物聯(lián)網業(yè)務。

影響物聯(lián)網業(yè)務的是基于競爭的隨機接入過程。

(1) 前導序列傳輸(Message1)

(2) 隨機接入響應(Message2)

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

(4) 沖突解決消息(Message4)

在基于競爭的隨機接入過程中，會發(fā)生兩次沖突。

第一次沖突：

Message 1：UE隨機發(fā)送前導序列，請求接入。由于前導序列正交，同一RA時隙允許多個UE使用不同的前導序列。在這種情況下， eNodeB可解碼請求。

如果兩個或兩個以上的UE使用相同的前導序列，沖突就會發(fā)生，導致eNodeB無法檢測到請求。

當然，即使是多臺UE使用相同的前導序列，因為接收信號強度不同，eNodeB也可能能檢測到請求。但是，這會導致eNodeB向多個UE發(fā)送相同的Message2(隨機接入響應)，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，那么它們會獲得相同的上行資源，同時發(fā)送Message3，此時，第二次沖突發(fā)生。

隨機接入過程成為LTE熊抱物聯(lián)網的第一道挑戰(zhàn)，因為當大量物聯(lián)網設備同時嘗試接入基站時(比如發(fā)生地震時，某地區(qū)的所有地震監(jiān)測器同時發(fā)出告警)，會出現(xiàn)信令尖峰，從而引起PRACH過載，接入競爭可能性增加，接入時延和接入失敗率上升。

盡管，為了減小PRACH負荷，我們可以在每一幀里增加接入調度，不過，這會減少數(shù)據傳輸資源，導致上行信道數(shù)據傳輸容量吃緊。

還有，LTE幀中分配RA時隙有限。同時，PRACH前導序列采用的Zadoff -Chu序列處理，受限于物聯(lián)網設備的計算能力。

總之，LTE難以應付大規(guī)模物聯(lián)網設備接入，其引發(fā)的接入時延和接入失敗問題會影響傳統(tǒng)數(shù)據(和語音)業(yè)務，當然，這本身也會影響物聯(lián)網業(yè)務。

魚和熊掌不能兼得。

解決的辦法也是有的。

比如對人和物的接入請求進行分離，主要包括3種：強制分離機制，軟分離機制和混合分離機制。強制分離將人和物的接入請求完美隔離。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Fast Adaptive Slotted Aloha技術，利用連續(xù)空閑或沖突時隙來估算網絡中激活的物聯(lián)網設備數(shù)量(網絡狀態(tài))，并迅速更新物聯(lián)網設備的傳輸可能性，從而減小接入時延。

比如分簇機制，在某個小區(qū)內隨機分布著物聯(lián)網設備，將物聯(lián)網設備分成多個簇，每一個簇里選出一個協(xié)調器(Coordinator)，這個協(xié)調器是簇中唯一和基站直接通信的設備，并作為簇內其它設備與基站通信的中繼節(jié)點。這不但限制了同時接入基站的設備數(shù)量，而且降低了整個系統(tǒng)的功耗。

但是，所有的辦法“僅供研究和測試”，LTE和物聯(lián)網要水乳相融走向商用，還有很多工作要做。同時，物聯(lián)網應用場景包羅萬象，它對網絡的靈活性要求更高，怎么設計，怎么優(yōu)化，如何才能不影響運營商的傳統(tǒng)業(yè)務(畢竟那里有更高的ARPU)，都是擺在現(xiàn)實道路上難題。

那么，5G hold得住物聯(lián)網嗎?

massive MIMO， 異構網絡， 毫米波(mmWave)，SDN/NFV，通常被認為5G的幾大關鍵技術。這些關鍵技術能適應物聯(lián)網需求嗎?

Massive MIMO

Massive MIMO通過在基站側部署多于小區(qū)終端數(shù)量的天線陣列，利用空間分集來提升頻譜效率，這一特點使基站可以同時接受多路傳輸，看起來非常適合于大規(guī)模的物聯(lián)網設備接入。問題是，大規(guī)模的物聯(lián)網設備接入需要在基站側部署多少天線?技術上能突破嗎?

異構網絡

我們說未來的網絡是異構網絡，網絡內部署很多small cells來解決網絡容量需求。

然而，這是為了解決容量，提升網速。對于物聯(lián)網，關鍵不是網絡速率，而是覆蓋，是可靠的和無所不在的連接，這和small cells解決熱點容量問題是背道而馳的。

人和物的需求場景完全不同。比如，鄉(xiāng)村的高速公路，是物聯(lián)網的關鍵覆蓋區(qū)域，但并不是數(shù)據流量密集區(qū)域。人與物在覆蓋上沒有一致性，這對于運營商在投資上并無經濟性可言。即使是在物聯(lián)網設備密集區(qū)域，物聯(lián)網業(yè)務帶來的ARPU值也遠遠低于傳統(tǒng)業(yè)務，如果考慮投資回報，運營商絕不愿意為了物聯(lián)網部署small cells。

毫米波(mmWave)

毫米波以其寬廣的頻譜資源向5G展示了無法抗拒的魅力。毫米波的特點是：速率快、覆蓋距離短和功耗大。這三個特點和物聯(lián)網需求完全相反，物聯(lián)網的特點是：速率低、覆蓋距離

毫米波以其寬廣的頻譜資源向5G展示了無法抗拒的魅力。毫米波的特點是：速率快、覆蓋距離短和功耗大。這三個特點和物聯(lián)網需求完全相反，物聯(lián)網的特點是：速率低、覆蓋距離遠和功耗足夠低。

SDN/NFV

軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)將物理網絡變得更抽象，利于網絡資源靈活管理和支持不同類型的業(yè)務。SDN/NFV根據不同的業(yè)務提供不同的數(shù)據流，且能動態(tài)調度已被虛擬化的網元功能，這對物聯(lián)網是極好的。

一方面，SDN可以將人與物業(yè)務分離，同時保障分離的邏輯網絡的QoS，能有效利用網絡資源，減輕大規(guī)模物聯(lián)網設備接入帶來的網絡問題。

另一方面，利用NFV可以根據流量需求對網絡結構進行動態(tài)管理。比如，NFV可以隨時根據流量需求，對某區(qū)域的網元進行功能“變形”，它可以是一個物聯(lián)網數(shù)據收集中心，也可以是用于擴展覆蓋的中繼，或者變回基站，以應對臨時的接入請求高峰。

事實上，SDN/NFV讓我們看到了未來“無限容量”網絡的可能。

但是，SDN/NFV將帶來網絡結構顛覆性的改變，甚至是對整個產業(yè)鏈的顛覆。設備商去推動虛擬化猶如自斷手臂，左右手互搏。即使運營商，決心有多大也是個未知數(shù)。