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蜂窝网络是如何为物联网服务的?

时间:2020-09-28浏览:1709

蜂窝网络为我们所了解和喜爱的许多事物提供了骨干,使我们能够访问互联网、乘车、与朋友联系、购物、观看视频等等。除了众所周知的个人应用外,蜂窝网络在许多物联网应用中也起着至关重要的作用,并且在不断发展。

在过去的一些文章中,我们探讨了其他连接技术,包括WiFi,蓝牙和LPWAN。我们有这么多连接选项的原因是因为IoT应用程序可能会大不相同,这意味着要求会有所不同。

尽管连接技术不断得到改进,但最终,在功耗,范围和带宽之间总会有一个权衡。 过去,蜂窝连接一直专注于范围和带宽,却以功耗为代价,这意味着它可以在远距离发送大量数据,但会很快耗尽电池电量。这对于连接到电源或可以经常充电的设备(例如您的手机)来说是很好的选择,但是对于需要远程传感器和设备持续使用数月或数年的物联网应用来说,这是不可行的。

但是,关于蜂窝网络,这还不是全部。您可能听说过2G,3G和4G等名称,但是NB-IoT和LTE-M等新的蜂窝技术专门针对IoT应用。5G可能也将证明对物联网有利,并且具有变革性。

蜂窝网络如何工作

当我们通过移动设备打电话,发送短信或访问Internet时,我们正在向附近的手机发射塔无线发送信号。这些蜂窝塔既接收我们的信号,又将信号发送回给我们。 蜂窝塔是基站的一部分,基站与其他基站和互联网具有有线连接,有助于跨越比单个蜂窝塔更大的距离传递信息。

像所有无线通信技术一样,蜂窝网络使用电磁波发送信息。正如您的无线电具有可以调谐的不同频段一样(例如,调谐到101.1意味着您正在收听101.1 Mhz频率),无线通信技术也具有其工作的特定频段。

如果所有无线通信都尝试使用相同的频率,则对于清晰的通信将有太多的噪声和干扰。因此,FCC规定了可以由哪些人使用的频带,并且蜂窝载波各自具有允许其工作的特定频带(例如,Verizon在746-757 MHz和776-787 MHz频带中) 。

但是,即使拥有自己指定的频段,运营商仍然需要考虑干扰。如果运营商的两个基站相互靠近并且以相同的频率运行,则它们的信号会相互干扰,并给试图在该区域使用网络的人造成问题。

该问题的解决方案也是下一个问题的答案。

为什么称其为“蜂窝”网络

之所以称为蜂窝网络,是因为网络运营商将区域划分为“小区(cells)”。 每个小区都有一个小区塔,其工作频率与相邻小区塔的频率不同。 例如,如果您使用六边形排列,则意味着您仅需要7个不同的频率即可确保相邻小区中不会使用相同的频率。


每个小区的面积取决于使用密度。在城市中,每个小区的距离可能只有半英里,而农村地区的距离可能会高达5英里。

当用户在小区之间移动时,其频率会自动更改以切换到新的小区信号塔。幕后还有很多事情要做,以管理同时在移动中同时使用同一网络的大量用户。

G是什么意思

即使以上所有内容对您来说都是全新的,您几乎肯定也曾经听说过诸如3G或4G之类的术语。这些分别指的是第三代和第四代。

每一代都是由称为ITU无线电通信部门(ITU-R)的标准机构定义的一组标准和技术。该组织负责管理国际射频频谱和标准,这有助于确保频谱的有效利用。如果没有这样的机构和规则来控制谁可以使用什么频谱,不同的公司和组织可能会相互干扰并降低整体服务水平。

但是,应该注意的是,即使在同一标准下,仍然可能存在不同的技术。例如,UMTS(通用移动电信系统)是主要在欧洲,日本和中国使用的3G技术,而CDMA2000系统则在北美和韩国使用。

那么1G,2G,3G和4G有什么区别

从1980年代初期推出的1G系统开始,此后大约每10年推出一次新一代。每一代都带来了新的频段,更高的数据速率和新的传输技术(不向后兼容)。

因为每一代都是不同的,这就是为什么你的手机上可能没有4G覆盖,但仍然有3G(以及为什么你可能没有不能上网,但却能够打电话和发送短信)。

几家运营商已宣布将关闭其2G网络,以释放无线电频谱用于其他用途。 任何使用2G无线电的机器都需要将其无线电替换为新一代无线电才能继续工作。

蜂窝连接是否是物联网的好选择

这一切都取决于您的特定用例。如导言中所述,蜂窝一直以来都不适合许多物联网应用,因为它消耗大量的电力,而且单位成本可能很高。这限制了蜂窝连接到具有直接电源、需要发送大量数据、不涉及大量设备且位于人口稠密地区的应用程序。

对于需要传感器/设备使用电池供电的用例,不需要发送大量数据,拥有数千个设备,或者可能是远程的,蜂窝电话并不是一个合适的选择。但有些情况正在改变。

运营商正在推动专门针对物联网的NB-IoT和LTE-M等新型蜂窝技术。尽管您仍然需要在人口稠密的地区(要在蜂窝塔附近),但是这些技术将提供低成本,低带宽,低功耗的连接性,这将使目前成本高昂的众多新物联网用例成为可能。

随着多家运营商即将推出其服务,请留意这些蜂窝技术。

5G是怎么回事

下一代蜂窝连接有望带来革命性的变化,提供高达100Gbps的速度(相比之下,当前4G的速度为1Gbps)。这种巨大的带宽将成为未来许多应用(包括自动驾驶汽车,增强现实和虚拟现实等)的关键推动力。

也许5G最具变革性的影响之一就是它可以替代物理电缆。城市和企业可以使用5G来满足他们的需求,而不是在有线基础设施上进行时间和资源密集型的建设。这也为使用云开辟了新的应用程序,而云以前可能受到需要发送的数据量的限制,而不是依赖于本地处理。

除了高带宽外,5G还承诺超低延迟和高度可靠性,使其也成为工业物联网应用的促成因素。未来的工厂可以在工业生产环境中放弃有线以太网,成为动态的可重新配置的工厂,这些工厂会随着新的需求而变化。

最早的5G规格已在2017年12月达成协议,运营商已于2019年推出5G。5G并不会立即释放全部潜力,但这是一个非常令人兴奋的领域。



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