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5G 三大应用之一的 mMTC,与物联网有什么关系?

 卡布卡让 2019-09-24

背景

对 5G 来说,2015 年 6 月是里程碑式的时刻。国际电信联盟无线通信部门(ITU-R)5G 工作组第 22 次会议召开,正式将 5G 命名为 IMT-2020,并发布了 IMT-2020 愿景以及时间表,同时将 5G 分为 3 个主要的应用场景:

  • eMBB(Enhanced Mobile Broadband,增强型移动宽带);

  • URLLC(Ultra-reliableand Low Latency Communications,高可靠和低延迟通信);

  • mMTC(Massive MachineType Communication,大规模机器类型通信)。

物联网是 mMTC—大规模机器类型通信,主要面向海量设备的网络接入场景。

物联网

2005

国际电信联盟正式提出物联网概念;

2009.1

奥巴马政府将物联网上升为美国国家重点创新战略之一;

2009.8

我国提出「感知中国」的发展理念,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一;

2012

工信部颁布了中国第一个物联网五年计划——《物联网「十二五」发展规划》,为中国物联网发展明确了方向和目标。

当前全球物联网发展进入产业爆发前的战略机遇期,应用增长态势明显,物联网的发展受到国内外的共同关注,市场应用前景巨大。

物联网时代万物互联,海量通信显得异常重要。物联网海量通信的核心是提供大规模的连接,WiFi、ZigBee 等技术都用于支持连接,但移动蜂窝网络由于覆盖的广泛性、灵活性和通信高可靠性被认为是机器类型通信的核心支撑网络。

3GPP 为了应对 mMTC 场景提出了一系列举措,其中最重要的是提出了嵌于蜂窝系统的窄带物联网(Narrow BandInternert of Things,NB-IoT)技术和 eMTC(enhanced MTC,增强机器类型通信)技术来支持 5G 通信的 mMTC 应用,主要面向低速率、超低成本、低功耗、广深覆盖、大连接需求的物联网业务,降低了设备的成本与复杂度,改善了通信服务覆盖距离与信号穿透性,减少了设备侧的功耗,延长了电池寿命。

NB-IoT 与 eMTC

物联网低速率业务的使用场景极其多样,针对此类业务,3GPP 在 2016 年发布了 NB-IoT 标准协议。

NB-IoT 是指窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)技术,是一种低功耗广域(LPWA)网络技术标准,基于蜂窝技术,用于连接使用无线蜂窝网络的各种智能传感器和设备,聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。

NB-IoT 技术所代表的窄带技术拥有支持数万连接,设备成本要求低、功耗低、覆盖区域广等性能优势,能有效增加系统的覆盖区域,以数十倍增加系统服务区域的用户数。

对于业务特征为低速率和低成本的物联网上行通信,窄带技术可以在相对很窄的带宽上实现高能效和扩展覆盖。

总结 NB-IoT 标准有四大特点:

  • 低功耗

  • 低成本

  • 强连接

  • 广覆盖。

eMTC

eMTC 和 NB-IoT 都是 3GPP 提出来的,都属于 LTE 技术。eMTC 是物联网的应用场景,超可靠低时延,侧重点主要体现物与物之间的通信需求。

eMTC 技术是万物互联技术的一个重要分支,基于 LTE 协议演进而来,为了更加适合物与物之间的通信,也为了更低的成本,对 LTE 协议进行了裁剪和优化。eMTC 基于蜂窝网络进行部署,其用户设备通过支持 1.4MHz 的射频和基带带宽,可以直接接入现有的 LTE 网络。eMTC 支持上下行最大 1Mbps 的峰值速率,可以支持丰富、创新的物联应用。

eMTC 与 NB-IoT 很像,但是又有不同。

eMTC 在速率、移动性、语音、时延方面与 NB-IoT 相比具有优势,而 NB-IoT 在成本 、覆盖 、功耗 、容量方面 与 eMTC 相比具有优势,因此两者在对窄带物联网应用的支持方面将相互补充。

NB-IoT 和 eMTC 面向了 5G 的海量连接(mMTC)场景,是未来走向 5G 物联网的基础,目前 3GPP 已经将 NB-IoT 和 eMTC 的后续演进作为 5G mMTC 的技术。

mMTC 应用场景

5G 大规模机器类通信 (mMTC) 重点解决传统移动通信无法很好支持物联网及垂直行业应用的问题。低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境监测、智能家居、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。

这类终端分布范围广、数量众多,不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力,满足 100 万/km2 连接数密度指标要求,而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。

智能家居

智能家居的核心是通过连接物联网,使不同终端的数据实现互联,同时解决家居产品的数据化问题,使家居产品更能满足用户需求、提升使用体验。智能家居类产品种类众多,而每个产品传输的数据量较小,且对时延要求不是特别敏感,5G 的大规模机器类通信情景正好满足此类型应用场景。

智慧城市

智慧城市是公认的 5G 的重要应用场景之一,能够被连接的物体多种多样,包括交通设施、空气、水、电表等,需要承载超过百万的连接设备,且各连接设备需要传输的数据量较小。

环境监测

环境监测是低功耗 (设备耗电较少) 大连接的应用场景之一,通常使用传感器进行数据采集,且传感器种类多样,同时对传输时延和传输速率不敏感,能够满足超高的连接密度。

森林防火

各地预警人员通过手机客户端,根据当地实时数据填报火险等级因子,系统即可生成当地火险预警等级图,并实时上报省森林防火预警监测指挥中心,自动实时生成以市(州)、县(市、区)、森工局为单位科学、精准的全省森林火险分布图,进而实施科学、合理的火险预警响应预案。

结语

虽然今年 6 月 6 日,工信部提前颁布了 4 张 5G 商用牌照,但是预计大规模商用将到 2020 年。未来将有数以百万计的物联网设备接入网络,从而实现真正的「万物互联」。

mMTC 是 5G 应用最为广泛的三大重要场景之一,专为物联网而生。物联网召唤 5G,5G 推进物联网。

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