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，沖突就會發(fā)生,，導(dǎo)致eNodeB無法檢測到請求,。
當(dāng)然，即使是多臺UE使用相同的前導(dǎo)序列,，因?yàn)榻邮招盘枏?qiáng)度不同,，eNodeB也可能能檢測到請求。但是,，這會導(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影響傳統(tǒng)數(shù)據(jù)（和語音）業(yè)務(wù),，當(dāng)然，這本身也會影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),。
魚和熊掌不能兼得,。
解決的辦法也是有的。
比如對人和物的接入請求進(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(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,。
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)器（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,。
…
解決辦法也很多,，不再舉例了。
但是,，所有的辦法“僅供研究和測試”,，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)用場景包羅萬象，它對網(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,？
massive MIMO,， 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,？
Massive MIMO
Massive MIMO通過在基站側(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,，看起來非常適合于大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入,。問題是，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)
我們說未來的網(wǎng)絡(luò)是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署很多small cells來解決網(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,，是可靠的和無所不在的連接,，這和small cells解決熱點(diǎn)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(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,。人與物在覆蓋上沒有一致性，這對于運(yùn)營商在投資上并無經(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)營商絕不愿意為了物聯(lián)網(wǎng)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(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)備接入帶來的網(wǎng)絡(luò)問題。
另一方面,，利用NFV可以根據(jù)流量需求對網(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)對臨時(shí)的接入請求高峰,。
事實(shí)上，SDN/NFV讓我們看到了未來“無限容量”網(wǎng)絡(luò)的可能,。
但是,，SDN/NFV將帶來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顛覆性的改變，甚至是對整個(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)營商,，決心有多大也是個(gè)未知數(shù),。
盡管如此，2/3/4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)風(fēng)雨多年,，一路走來,，成熟穩(wěn)重，霸氣多金,，它是物聯(lián)網(wǎng)的天然選擇,，勾搭必備。重振雄風(fēng),，吼吼,！
就是這樣，就喜歡看某些人不爽卻又無能為力且不得不服的樣子,。在這個(gè)虐狗節(jié)里,，品出了淡淡的憂傷。