为什么需要4G帮助构建物联网

  4G网络架构向基于IP的基础架构转变,增强了跨各种连接设备的用户之间的高速应用(如移动视频)的交付。4G技术的到来实质上带来了“麻烦”,并有助于优化高带宽服务的客户体验。然而,4G技术的特殊性质意味着这些相同的好处不一定能优化IoT环境,也无法以相同的方式扩展以容纳数十亿个设备。造成这种情况的原因在于4G通信的特殊性质,即如何管理设备以及如何传输数据。

  物联网应用中的废物管理

  在4G网络中,数据传输伴随着建立无线链路的控制数据包进行交换。当传输较大的数据时(就像视频文件传输一样),内容数据在控制数据开销中所占的比例非常高,这意味着生成的连接非常有效。

  但是,在物联网环境中,相同的方法面临两个主要挑战。首先,许多物联网应用的预期传输量非常低。这意味着在大多数情况下,控制数据构成的传输百分比要比内容数据大得多。控制数据或“包装器信息”并不多,每次传输可能只有几百个字节。但是,在IoT环境中发起和共享的大量传输仅包含一百个字节的数据。用智能电表简单读取温度传感器就是一个很好的例子,除了4G网络衍生的DTU工业路由器可以实现这一案例场景,另外NB-IoT、LoRa也是专为智能电表而生的,选择哪种联网方式可根据现场环境以及项目需求进行设计选用。在智能电表情况下,有用数据到“包装器”数据的整体比例被颠倒了。当将这个数字乘以构成物联网的数十亿个已连接设备时,则变成创新型的包装数据方式。


  5G提供了解决方案

  事实仍然是,运营商将需要在5G网络中使用更高效的协议,以限制包装数据的急剧增长和有效处理。这些浪费数据的数量本身将很重要,并且可能会对有用信息的传输产生负面影响。这不仅包括前面概述的内容数据,还包括电源管理数据(以使设备高效运行),安全性或移动性管理数据。综合考虑整体传输的大小和IoT所需的庞大规模后,您很快就会意识到4G网络将陷入瘫痪,而无需进行重大改进。

  随着运营商向5G迁移,为了满足IoT的需求,必须解决一些网络设计挑战。5G可以在三个特定领域中针对基础广泛的低数据IoT传输攻击4G的效率低下。这些问题可以通过提出三个关键问题来解决。

  需要什么移动性要求?

  在4G环境中,假设考虑了移动性管理的要求。即使某些物联网应用程序不一定需要此要求,例如,作为建筑物自动化解决方案的一部分,安装在建筑物墙壁上或工厂地板上的传感器可以监视人行道。在大多数情况下,这些都是固定点,不需要更大的移动性。这意味着运营商可以在限制移动性管理数据传输方面实现大量节省,而这些数据可能会威胁到4G基础设施。

  如何实现低功耗要求?

  现有的移动宽带网络无法满足需要10年电池寿命的设备的需求。网络协议要求可能会影响某些已连接设备的长期电池寿命目标。在某些不关心时间敏感性的应用中,可以缓解其中的某些问题。例如,可以将低功耗、电池寿命长的传感器的延迟容忍数据存储在设备上,并以规律的批量传输,而所需的单个连接更少。这样可以提高传输效率并节省电池寿命。但是,这只能在某些应用程序中实现,并且只能在保留电池寿命的优先级高于整体连接速度或延迟的环境下使用。

  真正需要什么安全要求?

  某些设备连接需要比其他设备更高的安全级别。医院中的医疗设备网络必须极其安全,因为它可能传输敏感的私人患者健康数据。相比之下,智慧城市中的温度传感器网络对安全性的要求较低,因为温度数据既不是机密也不是专有的,它仅是有用的。因此,从标准角度来看,网络需要适应各种安全协议,从非常高的安全性(对于医疗、财务或敏感的公司数据)到低安全性(对于温度或天气数据)不会随着安全级别的提高而产生延迟、可靠性或速度问题。安全级别应适合设备和应用程序,并且网络应允许广泛的安全级别。再次,4G网络在设计时考虑了移动宽带(因此将更一致的安全级别应用于网络而不是设备),对于许多IoT用例来说,这可能根本不是一个合适的设计。安全性应在设备和服务级别而不是网络级别确定。


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