隨著5G在全球范圍內(nèi)的推廣與部署，與其他已建立的技術(shù)(例如Wi-Fi)相比，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)正在增長(zhǎng)。為什么蜂窩技術(shù)如此流行，并且將來(lái)所有的網(wǎng)絡(luò)連接都可以用蜂窩技術(shù)代替嗎?

當(dāng)前的無(wú)線解決方案

當(dāng)前，使用無(wú)線通信所需的設(shè)備具有廣泛的可能性，包括紅外、Li-Fi、Wi-Fi，藍(lán)牙和蜂窩網(wǎng)絡(luò)。每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，其中一些具有較大的護(hù)覆蓋范圍(如蜂窩)，而另一些則更便宜(如Wi-Fi)。因此，在選擇無(wú)線技術(shù)時(shí)，必須考慮所有可能影響設(shè)備性能的環(huán)境和設(shè)計(jì)方面，這些因素包括帶寬、范圍、干擾、成本和可用性等等。

不過(guò)，在所有現(xiàn)有技術(shù)中，尤其有兩項(xiàng)脫穎而出。即Wi-Fi和藍(lán)牙。這兩種無(wú)線技術(shù)在相似的頻率(2.4GHz頻譜)下工作，幾乎在所有現(xiàn)代移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中都可以找到他們的身影。 Wi-Fi與藍(lán)牙相比具有優(yōu)勢(shì)，其更高的傳輸功率可實(shí)現(xiàn)更大范圍的操作范圍(Wi-Fi可達(dá)100米，而藍(lán)牙則為10米)和更高的帶寬。

但是，使用更大的傳輸功率意味著設(shè)備消耗更多的功率，因此更快地消耗電池電量。藍(lán)牙非常適合使用小電池供電且僅需在短距離內(nèi)傳輸小數(shù)據(jù)包的解決方案，這就是為什么物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)偏向于通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)脑?。?Wi-Fi是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，可在許多不同的環(huán)境中找到，例如家庭、辦公室和工業(yè)場(chǎng)所，使其成為需要聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用程序的首選。

但是，蜂窩技術(shù)正被業(yè)內(nèi)工程師認(rèn)真對(duì)待，這表明4G和5G等技術(shù)可能會(huì)取代Wi-Fi和藍(lán)牙。蜂窩技術(shù)相對(duì)于其他無(wú)線方法有哪些優(yōu)勢(shì)，又使它們成為未來(lái)的理想解決方案?

5G與Wi-Fi

了解5G和Wi-Fi之間的區(qū)別，有助于了解其目標(biāo)應(yīng)用和部署的功能。蜂窩技術(shù)需要處理數(shù)千個(gè)同時(shí)進(jìn)行的呼叫，同時(shí)還必須以超過(guò)100Mbps的下載速度提供互聯(lián)網(wǎng)連接。負(fù)責(zé)蜂窩技術(shù)分發(fā)的蜂窩基站也需要具有合理的覆蓋范圍，以最大程度地減少需要建造基站的數(shù)量。為了應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的情況，要求移動(dòng)用戶能夠從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)(兩個(gè)小區(qū)都由不同的基站控制)，并且不會(huì)出現(xiàn)掉線或數(shù)據(jù)中斷的情況。

Wi-Fi技術(shù)需要處理家庭和辦公室周圍的數(shù)十個(gè)設(shè)備，單個(gè)Wi-Fi連接上的最大理論設(shè)備數(shù)為255。由于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)通常是私有的，因此其范圍僅限于房間或建筑物，并且范圍的限制還有助于遵守?zé)o線電傳輸法，并減少對(duì)其他Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的干擾。由于大多數(shù)典型的Wi-Fi安裝只有一個(gè)接入點(diǎn)，因此在移至不同區(qū)域時(shí)無(wú)需自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換。

至此，我們現(xiàn)在可以將蜂窩網(wǎng)絡(luò)與Wi-Fi進(jìn)行比較，以了解它們之間的相互關(guān)系。

Wi-Fi比基于蜂窩的技術(shù)消耗更少的功率，這在依賴于便攜式電源的應(yīng)用中將是有利的。但是，越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備沒(méi)有便攜式電源，也沒(méi)有大量可用的電源，這使得Wi-Fi和其他技術(shù)的吸引力下降。

由于能夠連接到單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量有限，家庭中設(shè)備數(shù)量的增加以及IoT的進(jìn)步也帶來(lái)了Wi-Fi技術(shù)的問(wèn)題。隨著更多設(shè)備連接到同一網(wǎng)絡(luò)，等待時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率顯著下降，例如連接到單個(gè)Wi-Fi接入點(diǎn)的設(shè)備超過(guò)20個(gè)就很容易遇到這種情況。

為什么要使用蜂窩技術(shù)?

4G和5G等基于蜂窩的技術(shù)為設(shè)計(jì)人員提供了Wi-Fi和藍(lán)牙無(wú)法實(shí)現(xiàn)的廣泛機(jī)遇。隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷增加，無(wú)論設(shè)備位于建筑物頂部、辦公室、還是公園中，都可以將設(shè)備放置在大多數(shù)任意位置，并且仍然可以有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。如果這些設(shè)備能夠永久供電，則消除了使用移動(dòng)技術(shù)的功耗問(wèn)題。

在移動(dòng)技術(shù)中引起人們極大關(guān)注的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是汽車行業(yè)，因?yàn)閺囊粋€(gè)小區(qū)漫游到另一個(gè)小區(qū)的車輛需要能夠保持連接，并且使用MIMO天線可以輕松處理道路上的大量車輛在蜂窩信號(hào)覆蓋范圍。而且，5G所提供的低延遲和高數(shù)據(jù)速率將使車輛之間的通信比其他技術(shù)(例如Wi-Fi)更快。

5G替換應(yīng)用案例

盡管5G仍在全球范圍內(nèi)引入，但它已經(jīng)開(kāi)始引起范式轉(zhuǎn)變。一個(gè)示例是美國(guó)的Dish Network，該公司一直在開(kāi)發(fā)用于IoT設(shè)備的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。投資超過(guò)5億美元的該項(xiàng)目被Dish Network取消，然后遭受了2.53億美元的損失。這樣做的原因是Dish Network改變了策略，并決定繼續(xù)開(kāi)發(fā)和安裝其5G網(wǎng)絡(luò)，他們認(rèn)為這是正確的舉動(dòng)。此舉也表明，為了支持一種統(tǒng)一的技術(shù)，刪除多種協(xié)議和連接方法的重要性。

IIoT(工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))是將傳統(tǒng)技術(shù)替換為移動(dòng)技術(shù)的另一個(gè)領(lǐng)域。雖然Wi-Fi完全適合提供與一些家用設(shè)備的連接，但在工業(yè)環(huán)境中卻不是理想的選擇，工業(yè)環(huán)境可能包括多樓層、加厚的墻壁、大型建筑物以及不同設(shè)施之間的寬敞空間。

由于移動(dòng)技術(shù)將在這些應(yīng)用程序中受益匪淺，因此一些移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供商正在與工業(yè)公司合作開(kāi)發(fā)專用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。這些可以使成千上萬(wàn)的設(shè)備連接到單個(gè)接入點(diǎn)或多個(gè)天線塔，從而實(shí)現(xiàn)漫游功能。這對(duì)于將物料和貨物從一個(gè)站點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)站點(diǎn)的自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)來(lái)說(shuō)尤其重要，這些站點(diǎn)需要恒定且可靠的上行鏈路到中央服務(wù)器。

總結(jié)

目前，Wi-Fi和藍(lán)牙已經(jīng)足夠滿足家庭和辦公室的需要，但是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)越來(lái)越多的設(shè)備已經(jīng)在這些網(wǎng)絡(luò)上施加壓力。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不斷集成到日常生活中，并且家庭中啟用互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量不斷增加，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法處理數(shù)據(jù)量和同時(shí)連接設(shè)備數(shù)量的挑戰(zhàn)。而5G等技術(shù)可提供高速、低延遲的連接，并且具有在網(wǎng)絡(luò)單元之間漫游的遠(yuǎn)程能力，使其成為Wi-Fi的理想替代品。

但是，未來(lái)的“ 5G類”系統(tǒng)可能是大型移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的小型化版本，帶有小型專用網(wǎng)絡(luò)，這些小型專用網(wǎng)絡(luò)利用網(wǎng)狀連接的多個(gè)小型站點(diǎn)為房屋中的所有設(shè)備提供連接。除非Wi-Fi的基本原理發(fā)生變化(例如WiFi6在技術(shù)上的提升，支持組網(wǎng)、更大的帶寬和傳輸速率)，否則未來(lái)可能會(huì)看到5G系統(tǒng)處理的大多數(shù)無(wú)線通信。