技術造就了商業的繁榮,商業推動了技術的發展。
摩爾定律
由英特爾(intel)創始人之一戈登·摩爾(gordon moore)提出。
其內容為:當**不變時,積體電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,效能也將提公升一倍。換言之,每一美元所能買到的電腦效能,將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了資訊科技進步的速度。
計算機行業有乙個摩爾定律,意思是說:計算機的cpu每兩年計算能力翻番,縮小一倍,功耗降低一倍,成本也會低一倍。這個定律也從根本上影響了通訊行業的發展。
自從夏農發明通訊理論以來,演算法從根本上決定了通訊的效率,而計算機晶元的計算能力決定了演算法是否能實現。通訊的吞吐量越高,演算法就越複雜,對晶元的要求就越高,而**、功耗、體積決定了這種通訊技術是否能得到大規模的應用。
從2g到3g,從3g到4g的跨越,背後都是計算機技術和通訊技術的不斷迭代的結果,而且迭代的節奏越來越快。現在還未商用的5g,已經逼近晶元技術的物理極限,如果在原理方向未有突破,人類社會將進入技術停滯的冰川期。
從2g時代到4g時代,無線蜂窩通訊技術一直朝著更高速,更低時延發展,到現在emtc,lte cat.1/cat.m, nb-iot, lora眾多廣域網低功耗無線通訊技術紛至沓來,讓人眼花繚亂,乙個方向是繼續向更高速、低時延的5g方向發展;另外乙個方向卻朝著截然相反的低功耗、廣覆蓋發展。
無人駕駛驅動5g到來
技術造就了商業的繁榮,商業推動了技術的發展。4g技術所帶來的,不僅讓移動端的資料處理能力足夠支撐多**的應用,還顛覆了很多行業的商業模式和行業生態,讓很多行業巨頭人人自危,生怕明天倒下的是自己。這算是移動通訊技術有史以來造成最大影響的一次。
4g網路一般能達到50ms的延時,但這對車聯網來說,還遠遠不能滿足需要。
傳統的燃油車,渾身上下最多200多個感測器,都是低速且需要實時傳輸資料的,所以汽車電子工程師在匯流排技術的基礎上發明了canbus高速的本地控制匯流排,雖然頻寬比較低,但是實時性比較好,可以很好地滿足安全氣囊、abs防抱死等應用。
同時,為了保障車輛、路面的安全,無人駕駛汽車還需要跟雲端通訊,以獲取車流、車速、位置、事故、線路狀態和規劃等資訊,也要和附近的車輛互動資訊。這些需求,毫秒級都慢了,要讓無人駕駛汽車真正上路,就得有微秒級的網路延遲。前兩天,華為在北京懷柔完成的5g真實網路環境業務驗證中,空口的延時已經達到了0.5ms,這個資料已經代表了空**術的極大突破,但是要真正實現端到端毫秒級的延時,還需要核心網下沉和一系列技術突破。
安全是無人駕駛需要解決的首要問題,譬如在大霧天氣下極易發生車輛連環追尾的事故,假設在高速公路行駛方向的前方發生了車輛追尾,後方車輛必須能夠立刻得到這些資訊,在短短幾毫秒之間完成規避的操作,或者減速、變換車道,整個高速公路上附近的車輛都得聯動起來,給規避的操作騰挪出空間。這就需要車輛和車輛之間能夠及時、高頻地交換資訊,協商,才能提前規劃好規避動作,不因規避導致二次事故。
除了微秒級的網路延遲,5g技術還要面對海量連線、更高速通訊的挑戰。
面向500億的連線
無人駕駛汽車的資料互動具有高頻、資料豐富、實時,三個特點,但是在gartner**物聯網世界的500億連線中,很大一部分是低頻、資料單
一、實時要求低的特點。
比如你家的門窗的開關狀態,0和1就能表達開和關,乙個bit就能解決。實際情況卻遠遠要複雜很多,假設你要通過手機的客戶端來檢視你健忘的老媽是否把窗戶關了,實際的傳輸過程,就需要把乙個裝手機的盒子放進乙個貨櫃裡面,然後通過高速公路送貨到你的手機中,然後你手機再把這個包裝開啟,獲取這乙個bit的資料。顯然,這對網路和計算資源來說都特別浪費。
假設你想知道你家飲水機裡面水位的高低,這也不是乙個快速變化的量,很多時候,一天採集兩三次資料就可以了。就算這些狀態值有幾個小時的延遲,實際上對你的使用也不會很大影響,只要你能夠在飲水機低水位的時候叫水就行了。
低頻、非實時、資料小是很多物聯網所連線物件的特點,但這非全部。低功耗和低成本、體積小也是物聯網很重要的訴求。
現在的電表大部分已經通過gprs的方式來讀取資料了,但是很多水表卻還沒有做到這點。這主要是因為,水表的安裝環境很難像電表獲得供電,因此只能裝電池,但電池肯定不能經常更換,需要保證5年的使用時間,這就對感測和通訊部分提出了非常苛刻的低功耗要求;另外在商業上,水表和電表不一樣,乙個家庭在夏天開空調的時候乙個月收幾百塊錢的電費很正常,而水費則每個月都差不多就那麼幾十塊錢。因此水務公司往往沒有電力公司那麼願意投錢,因為無錢可投。這也是水表的物聯網化為什麼一致遲滯於電表的原因。
顯然,只有功耗、成本到達引爆水表物聯網化的臨界點,水表抄表工才能擺脫日復一日毫無意義的勞動。
從技術演進的角度來說,除了摩爾定律以外,我們還要遵循物理學最樸素的能量守恆定律。
這就是說,你傳送越多的資料,需要的能量就越多,你消耗的能量越多,所傳送的資料越小,浪費也就越嚴重。
4g/5g等高速的無線資料傳輸技術就像剛才承運一台手機的貨櫃,對於這些小資料報來說,顯然是極為奢侈的浪費。因此各種物聯網通訊技術就應運而生,通過降低通訊的速率、和實時性來控制物聯網終端的功耗和成本。
lte cat.1, cat.m, nb-iot, lorawan, sigfox是現在主流的物聯網通訊技術,他們之間的區別就在於通訊速率和功耗。但是開發這些技術的目的也是不一樣的。
頻譜是運營商的最核心資源,運營商的天然壟斷就體現在對頻譜資源的占用上。運營商推廣lte cat.1和cat.m的原因是想用他們來替代原有的3g和gprs網路,然後把3g和gprs網路關閉掉。gprs就好比綠皮火車,3g就好比動車組,4g lte就好比高鐵。對於鐵道公司來說,他們當然想把鐵軌全部換了全部上高鐵,因為再不重新徵地修鐵路的情況下,他能解決創造更多的收入。一輛綠皮車從廣州跑到武漢需要跑1天,而高鐵運作得好一天就能跑3回。綠皮車乙個座位一天能創造200元的收入,高鐵票一張450快,乙個座位就能創造1350元的收入。
你說運營商會選哪個?
但是市場上肯定還有區間交通對低速列車的要求,因此鐵路公司就用高鐵車組減配和降速去跑區間交通市場,因為原來的綠皮車和動車組肯定不能在高鐵的軌道上跑了。
nb-iot, lorawan, sigfox所能提供的速率更低,因此功耗更低。它們在功耗控制、速率和成本上並沒有根本性的區別,但是在商業模式上有很大的不同。
nb-iot是移動運營商用以替代部分低速的gprs和新的物聯網應用的網路,所以要使用nb-iot網路就得向運營商繳納費用。
而lorawan則可以讓使用者自行建設網路,擺脫對運營商的依賴,但是你要負責網路的運營。sigfox則通過自行建網和運營,向使用者提供網路並收取費用,實際上就是乙個廣域網低功耗網路的電信運營商。
那麼在實際的應用中,又有什麼區別呢?
假設潤田桶裝水公司,想通過獲取你家桶裝水的水位資訊來提前跟你預約送水,以提高他們的服務水平,獲得更多的市場份額和收入?這三種通訊技術應該選哪家呢?
sigfox顯然不可能,因為中國沒有這種網路。作為物聯網的運營商,想來中國砸中國電信、移動聯通的飯碗,顯然是不可能的。
lorawan呢?顯然潤田桶裝水是不可能自己來建乙個覆蓋全廣州的網路的,因此潤田桶裝水公司只能選擇運營商的無處不在的nb-iot網路。
但是如果潤田桶裝水在它的生產基地想監控水質情況,而生產基地又在深山老林裡面,沒有網路怎麼辦?那麼自行或者找第三方協助,建設lorawan網路來覆蓋整個園區,不失為一種很好的選擇。
物聯網是乙個充分碎片化的市場,客戶的需求是豐富多樣的,單一技術無法為所有客戶解決所有問題。雖然sigfox、nb-iot、lorawan等等都是朝著乙個方向演進,儘管彼此有競爭,但卻是互為補充的關係,因為物聯網的未來,沒有一種通訊技術能夠一統天下。物聯網的世界,一定是五彩繽紛的。
隨著工信部宣布150萬個nb-iot基站部署的計畫,物聯網基礎設施正在以前所未有的速度加快落地,面向未來的連線已經來到我們的面前,未來已來!
物聯網常用的無線通訊技術
低功耗長距離無線通訊技術 無線技術對比 物聯網無線通訊技術根據通訊距離可以分為短距離通訊技術和低功耗長距離通訊技術 lpwa 藍芽 是一種大容量近距離無線數字通訊技術標準,其目標是實現最高資料傳輸速率1mbps 最大傳輸距離為10厘公尺 10公尺的資料傳輸,通過增加發射功率傳輸距離可達到100公尺。...
無線通訊技術更適合物聯網發展
在生活中我們幾乎每個人都有使用或者接觸到無線通訊,比如常見長距離語音通話,短距離的對講機等,而無線通訊已經覆蓋了我們生活的方方面面,有些事我們知道的,有些是我們在用卻不知道的。無線通訊是利用電磁波訊號在空間中直接傳播而進行資訊交換的通訊技術,進行通訊的兩端之間無需有形的媒介連線。常見的無線通訊方式有...
無線通訊領域 技術整合,創造未來
由於近距離無線通訊 nfc 的應用,多半涉及個人穩私與財務安全,因此包括國際標準化組織 iso 國際電工委員會 iec 與優力國際 ul 等認證機構,皆已提出多種安全標準規範,讓nfc應用開發商能準確評估安全性與功能性,確保產品品質。短距離無線技術既競爭又合作 以pc周邊應用為例,無線滑鼠與鍵盤早就...