劉振峰

摘要：物聯(lián)網(wǎng)涉及電子、通信、微電子、材料諸多領域之技術融合，實現(xiàn)萬物之互聯(lián)。公司乃至國家視其為重要之戰(zhàn)略技術產(chǎn)業(yè)。所以為之，其因不言而喻卻難以訴諸口舌，姑且作為文明之進步，以此泛在網(wǎng)絡服務，人類之生活形態(tài)理當愈加體面。其來勢如源自亙古之洪流，無可阻擋。我們將被裹挾，由少數(shù)弄潮之人引領，或隨波逐流、或擱淺于岸、或葬身魚腹。作為無線網(wǎng)絡工作者，當下亟待我們鑿就NB-IoT/eMTC技術之舟，編織拋撒蜂窩物聯(lián)之網(wǎng)，愿能踏潮水潺潺泊向遠方。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；無線；通信；微電子；網(wǎng)絡服務

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）22-0261-04

1物聯(lián)網(wǎng)來襲

1.1何為物聯(lián)網(wǎng)？

2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的《2005互聯(lián)網(wǎng)報告：物聯(lián)網(wǎng)》中，定義物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT），謂之物物相連之互聯(lián)網(wǎng)：其一，為互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)等之延伸擴展；其二，為人與人間信息交互至人與物、物與物之延伸擴展。通過射頻識別技術（RFID）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、生物識別技術等信息傳感設備，通由約定協(xié)議標準，把萬物接人一張無所不在之大網(wǎng)絡，識別、定位、監(jiān)控、管理、利用萬物。

物聯(lián)網(wǎng)體系分層結(jié)構(gòu)為三，如圖1所示：其一，為傳感器網(wǎng)絡構(gòu)成感知萬物信息之感知延伸層；其二，為融合異構(gòu)通信網(wǎng)絡，接入萬物傳遞處理其間信息之網(wǎng)絡層；其三，為萬物互聯(lián)服務與人之果實，即業(yè)務與應用層。

感知延伸層之要務，感知萬物之“色、聲、香、味、觸、法”之信息：通過RFID、紅外識別技術識別物體，通過GPS定位物體位置，通過傳感器網(wǎng)絡捕捉、識別并傳遞物體狀態(tài)行為。亟需解決設備低功耗、器件微型化、建設成本低之問題，并欲圖更敏銳之感知能力與更豐富之感知內(nèi)容。

網(wǎng)絡層之要務，保證感知層獲取之信息能順利傳遞與處理，其又分接人層與平臺層：通過電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等已有之異構(gòu)網(wǎng)絡之融合，兼顧物體能多方式接入、移動性管理、安全性保證；利用大數(shù)據(jù)、云計算，對感知到萬物之信息進行存儲、挖掘、處理。亟需解決異構(gòu)網(wǎng)絡融合、新一代移動網(wǎng)絡建設之問題，實現(xiàn)無縫之接入。

業(yè)務與應用層即各行各業(yè)，為使用萬物感知信息進行有目的、個性化之應用，可謀實惠。但當前各行業(yè)建立體系獨立，不利泛在網(wǎng)絡服務之開展。

1.2為何需要萬物互聯(lián)？

2016年刷爆朋友圈的Amazon Go（美國亞馬遜公司推出的拿完就走的線下便利店），顛覆了傳統(tǒng)零售商場模式。走進商店，拿取需要的商品，走出商店。物聯(lián)網(wǎng)會完成客戶身份識別，商品信息獲取，購物動作捕捉，自動結(jié)算等諸多工作。已經(jīng)發(fā)生在其他行業(yè)的場景：大棚里一株番茄渴了，會告訴灌溉設備快點給它澆水（智能農(nóng)業(yè)）；智能家居管家察覺到昨天剛產(chǎn)下的貓仔瑟瑟發(fā)抖，與空調(diào)協(xié)商調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度（智能家居）。萬物在交流，以人類尚可理解之方式。

美國心理學家艾里希·弗洛姆這樣說過：人亟需與自身之外的世界相聯(lián)系，避免孤獨（無法同任何能賦予其生命意義之物相聯(lián)系）。人從人與自然之原始一體狀態(tài)中獲得的自由越多，越成為一個“個人”，他會越別無選擇，只有在自發(fā)之愛與生產(chǎn)勞動中與世界相連，亦或覓求一種破壞其自然及個人自我完整之類的紐帶與社會相連，以確保安全。

1.3此流將要去向何方？

2008年時有人預測，未來物聯(lián)網(wǎng)至發(fā)展將歷經(jīng)四個階段：2010年前RFID廣泛應用于物流、零售與制藥領域；至2015年實現(xiàn)物體互聯(lián)；至2020年物體進入半智能化；2020年之后物體進入全智能化。物聯(lián)網(wǎng)可以看成是利用“泛在網(wǎng)絡”實現(xiàn)“泛在服務”，是種更加深遠廣泛的未來網(wǎng)絡應用形態(tài)；其本意，在萬物可以主動連接至泛在網(wǎng)絡，進行信息交流。更深一層，物聯(lián)網(wǎng)希望把信息處理能力與智能技術通過互聯(lián)網(wǎng)注入每一個物體，另物質(zhì)世界杯極大程度地數(shù)據(jù)化并賦予生命；希望世界萬物能夠擬人化地上網(wǎng)，使物體會“說話”、會“思考”、會“行動”。

2借助物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡的迅速發(fā)展

暫安放“詩與遠方”，且談“眼前茍且”，可預見，物聯(lián)網(wǎng)勢必給各國政府與企業(yè)帶來巨大財富。稔知物聯(lián)網(wǎng)無論從技術、產(chǎn)業(yè)上，均尚處發(fā)展初期，真正成熟的技術標準與產(chǎn)業(yè)格局遠未成型。垂涎于如此誘惑，有志有力之各方遂將展開角逐。走在前端而非按圖索驥者，弄潮兒是也。

美國政府已出臺政策，鼓勵支持物聯(lián)網(wǎng)技術在能源、醫(yī)療、寬帶三大領域施展拳腳；日本政府于2009年8月推出“i-Japan”戰(zhàn)略，意圖構(gòu)建一張智能物聯(lián)網(wǎng)服務體系；歐盟亦加緊部署物聯(lián)網(wǎng)相關戰(zhàn)略，推進建設下一代泛在網(wǎng)絡基礎設施。世界著名高校、科研院所、科技公司已開展了大量物聯(lián)網(wǎng)技術研究，提出解決方案。中國的物聯(lián)網(wǎng)幾乎與發(fā)達國家同時起步，2010年《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》將物聯(lián)網(wǎng)定位為國家首批培育的7個戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，2015年李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，推動互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度結(jié)合，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應用指明方向。

《國務院關于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導》中指出，實現(xiàn)技術創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新之協(xié)同發(fā)展，使創(chuàng)新資源和要素得到有效配置，是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)之首要目標。因物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)繁雜，涉及諸多相關單元，如圖2所示，由電信運營商、硬件提供商、系統(tǒng)集成商等物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，高?？蒲性核胺諜C構(gòu)等重要環(huán)節(jié)共同構(gòu)成一個物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同創(chuàng)新共生系統(tǒng)。觀之產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部情況，電信運營商為主導是當前物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)體系之重要特征。

3未來無線網(wǎng)發(fā)展趨勢

3.1用什么編織萬物互聯(lián)之網(wǎng)

萬物互聯(lián)的網(wǎng)絡空間給網(wǎng)絡運維帶來了多重挑戰(zhàn)。一是業(yè)務使用更集中，上億數(shù)量級別的連接終端同時激活和發(fā)起業(yè)務，對網(wǎng)絡信令的瞬間響應和并發(fā)處理能力帶來巨大壓力。二是多場景應用的質(zhì)量保障更加困難，交通、金融、能源等各類應用的業(yè)務模型差異巨大，需要網(wǎng)絡提供不同的QoS服務。三是業(yè)務可靠性要求更高，如自動駕駛、遠程醫(yī)療等行業(yè)應用，網(wǎng)絡的時延及穩(wěn)定性將直接關系到用戶的生命安全。四是網(wǎng)絡支撐更復雜，面臨著從單一信息傳輸向綜合感知、傳輸、存儲、計算處理一體化的轉(zhuǎn)變。

根據(jù)麥肯錫《Unlocking the potential of the internet of things》報告研究估算，預計2020年，中國國內(nèi)的連接規(guī)模有望突破100億個，數(shù)字化服務關聯(lián)市場將達到萬億元量級，如圖3所示。

LPWA技術較其他物聯(lián)網(wǎng)技術具有廣覆蓋、大容量、低成本、低功耗、高安全之優(yōu)勢，將是未來一段時間內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)中低速業(yè)務之首選解決方案。

在LPWA技術中，NB-IoT與eMTC，在標準、頻譜、覆蓋等方面具有優(yōu)勢，是無線互聯(lián)最主要的物聯(lián)網(wǎng)技術。

NB-IoT，NarrowBandInternet ofThings，即窄帶互聯(lián)網(wǎng)。是3GPP專門為低功耗/廣覆蓋網(wǎng)業(yè)務設計的全新技術。其基于蜂窩網(wǎng)絡，采用超窄帶設計（200kHz），用時延、速率、接通率還換取更高的物聯(lián)網(wǎng)承受能力，對終端與網(wǎng)絡進行精簡，與LTE可獨立客融合。其標準于2016年6月凍結(jié)完成。

eMTC，Enhanced Machine Type Communication，即增強機器類通信。是LTE的增強功能，依據(jù)LPWA業(yè)務需求局部優(yōu)化至技術?；赥DD/FDD軟件升級快速部署，在1.4MHz帶寬支持語音、高速移動和獨立定位等物聯(lián)網(wǎng)應用。其標準于2016年3月凍結(jié)完成。

NB-IoT與eMTC各有所長，如下頁表2.2描述：NB-IoT更適用于目前的低速LPWA業(yè)務，但網(wǎng)絡改造量大、建設復雜度高、投資高；eMTC適用于支持語音、中等速率以及移動性更高的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，可以直接基于4G升級，但基于移動現(xiàn)有頻段，將在覆蓋、容量方面存在劣勢。二者可同步部署，滿足不同物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務要求?？梢园l(fā)現(xiàn)，二者均可由目前蜂窩網(wǎng)改造，故亦可稱之為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)。

NB-IoT與eMTC方案比較如下頁表1所示：

3.2如何編織此張蜂窩物聯(lián)之網(wǎng)

應當在儲備FDD硬件能力，推進2/3/4G網(wǎng)絡演進之過程中，進行蜂窩物聯(lián)網(wǎng)之部署建設：NB-IoT在900MHz頻段部署，基于2G基站新增板件升級，開通過少量投資新建NB-IoT基站，反向升級支持GSM，儲備FDD硬件能力；eMTC基于TDD/FDD LTE設備軟件升級；實現(xiàn)2G老舊設備改造及未來演進能力，以滿足現(xiàn)網(wǎng)2G業(yè)務及未來FDD、NB-IoT快速部署之需要。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的部署，將對2/3/4G網(wǎng)絡演進2G網(wǎng)絡產(chǎn)生影響。對于2G網(wǎng)絡，900MHz頻段將逐步退頻，支撐GSM/FDD-LTE/NB-IoT三張網(wǎng)絡；1800MHz頻段退頻向FDD-LTE演進。對于3G網(wǎng)絡，將逐步退出使用，向TDD-LTE演進；根據(jù)A頻段終端推進情況，整段翻頻。對于4G網(wǎng)絡，根據(jù)業(yè)務預測結(jié)合4G網(wǎng)絡厚度分析，現(xiàn)有TD-LTE頻譜資源F（30M）+D（50M）基本能滿足規(guī)劃期容量需求，通過分局異構(gòu)網(wǎng)絡實現(xiàn)宏微結(jié)合，補盲補熱；FDD牌照發(fā)放后，900MHz頻段網(wǎng)絡用于廣覆蓋和深度覆蓋，1800MHz頻段網(wǎng)絡用于熱點補充。移動蜂窩物聯(lián)網(wǎng)部署方案如表2所示。

NB-IoT應首要采取“重點覆蓋城市，農(nóng)村按需確定覆蓋區(qū)域，按照GSM網(wǎng)覆蓋水平進行規(guī)模測算，提供相對普遍的接入業(yè)務”的普遍薄網(wǎng)建網(wǎng)方案。此方案便于推動NB-IoT產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有助于實現(xiàn)萬物互連；但其投資巨大，且業(yè)務發(fā)展較慢，短期內(nèi)成本收回風險大。故在實驗網(wǎng)階段，可采用“與政府與企業(yè)合作，按需求建設”的分區(qū)域建網(wǎng)方案，在以此為基礎，逐步擴展開來。

eMTC可根據(jù)FDD牌照的發(fā)放情況，可選擇基于TD-LTE或FDD-LTE升級的建網(wǎng)方案。利用TD-LTE升級建設時，因受限于頻段難以實現(xiàn)普遍覆蓋，所以建議分區(qū)域建網(wǎng)方案?；贔DD-LTE升級建設時應使用900MHz頻段，采用建設普通薄網(wǎng)建網(wǎng)方案。

NB-IoT的建設方式分新建與升級兩種方式。升級方式是基于2G基站增加板件、替換老舊設備實現(xiàn)NB-IoT建設；這種方式建設速度快，但部分存量設備模塊不支持，需要替換。新建方式是直接新建NB-IoT站點，支持反向升級GSM，支持平滑升級FDD-LTE；這種方式完全不影響現(xiàn)網(wǎng)GSM網(wǎng)絡，但投資較大。

eMTC的建設方式分基于TD-LTE或FDD-LTE直接軟件升級。目前華為、中興、諾基亞、愛立信均已具備條件，可直接軟件升級。基于現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE升級，可充分利舊存量設備，重用LTE頻譜資源，與普通UE共用TD-LTE小區(qū)。待FDD牌照發(fā)后，可基于建成的FDD-LTE設備升級軟件，與普通UE共用FDD-LTE小區(qū)。

3.3在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)上耕耘

當前，GSM將在較長一段時間內(nèi)繼續(xù)為承載語音業(yè)務貢獻力量，TD-SCDMA在短時間內(nèi)還無法完全退出服務，LTE用戶繼續(xù)增加并新增TDD-LTE，5G也已開始布局。隨著蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的建成，屆時將出現(xiàn)蜂窩網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)“4+1”并存之局面，給無線網(wǎng)絡工作帶來巨大挑戰(zhàn)。

資源管理方面，要確保數(shù)億級終端前后端的可管可控，后端需要搭建高性能資源管理平臺，前端做好終端現(xiàn)場位置之精確標識。

故障維護方面，維護之工作邊界將從網(wǎng)絡側(cè)拓展至用戶終端，積極開發(fā)和應用大數(shù)據(jù)技術、現(xiàn)場定位工具實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)故障點之精準定位，落實“分級響應一故障預處理一現(xiàn)場處理一問題分析與閉環(huán)”全套工作流程。

質(zhì)量優(yōu)化方面，需建立物聯(lián)網(wǎng)與項集中質(zhì)量優(yōu)化流程，提取物聯(lián)網(wǎng)性能指標，開展物聯(lián)網(wǎng)集中性能分析與測試集中分析，拓展測試方案、創(chuàng)新測試工具，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務特點完善投訴處理流程，開發(fā)應用物聯(lián)網(wǎng)信令數(shù)據(jù)開展質(zhì)量評估和問題定位工具。做好多網(wǎng)協(xié)同。

參數(shù)管控方面，需將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡參數(shù)納入集中參數(shù)管控，做好參數(shù)的級別劃分，明確各級參數(shù)的維護、操作職責。終端數(shù)據(jù)納入工參管理，實現(xiàn)集中管理。

3.4物聯(lián)網(wǎng)和室分無線網(wǎng)絡生產(chǎn)

相當長的一段時間里，無源的無線網(wǎng)絡設備，難以監(jiān)控維護，尤其是室內(nèi)分布系統(tǒng)。傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)，由饋線、耦合器、功分器、合路器、天線組成，這樣龐大繁雜的系統(tǒng)占目前室分系統(tǒng)的80%以上，監(jiān)控量數(shù)以億計。具有廣覆蓋、大容量、低成本、低功耗、高安全之優(yōu)勢的物聯(lián)網(wǎng)，將是無源器件監(jiān)控不錯的解決方案：將關鍵無源器件監(jiān)控點部署物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控終端，如圖4所示，而且普遍的當前的GSM頻段穿透性好于LTE頻段，對于隱藏在建筑物深處的器件可以每小時或每天輪詢，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題隱患。

室分網(wǎng)絡解決建筑物內(nèi)的深度覆蓋問題，當前度室分網(wǎng)絡測試受制于建筑物結(jié)構(gòu)、業(yè)主隱私等因素，無法做到遍歷測試。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)提供了新的網(wǎng)絡質(zhì)量監(jiān)控手段。如圖5所示，在樓宇特定位置安裝監(jiān)控終端，建立大樓模型，可實現(xiàn)實時的室分網(wǎng)絡質(zhì)量監(jiān)控。

4結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)，將對醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、能源等幾乎所有行業(yè)領域產(chǎn)生深遠之影響。其意味著人類創(chuàng)造之物質(zhì)工具更聰明，借由它們完成人與物（非人生物，人造物）之間可以交流（為人所能察覺之方式，在人控制約束之下），并基于此實現(xiàn)人與自然之系統(tǒng)融合。各國政府、各行業(yè)均視物聯(lián)網(wǎng)為巨大寶藏。無線互聯(lián)作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎保證，也將以更新的姿態(tài)展現(xiàn)在我們的面前，讓我們的生活更加便利。