5G在连接生态链中是什么样的存在-河蟹养殖

5G在连接生态链中是什么样的存在? 预计2023年将有超过6亿家庭拥有超高清电视。绝大多数家庭将拥有4K显示器——目前只有3%的超高清电视将使用8K。当前，5G被视为高清视频的最终方案。除了高速的下载速率的同时，还能实现高质量的视频传输。

为此，世界上大部分地区都转向了第五代 (5G) 网络。在5G蜂窝网络中，峰值数据速率为每秒10千兆比特 (Gbps)，这意味着下载1.2千兆字节 (GB) 的超高清 (UHD) 电影只需不到一秒的时间。与第三代合作伙伴计划 (3GPP™) 的前身（2G和3G/4G LTE）相比，5G的扩展容量在移动连接方面向前迈出了一大步。

就像计算机界的摩尔定律一样，互联网业也有一个尼尔森定律，据预测互联网带宽每年将以50%的速度增长。为了跟上带宽需求的指数级增长，亟需推出5G无线技术。

在设备制造商和应用开发人员着手准备5G产品和服务时，评估5G在各自用例中的适用性成为了一项重要的任务。5G作为一种超低延迟宽带无线技术，需要根据连接生态链中的其他技术来衡量其巨大的前景。例如，对于某些类型的产品，5G网络可能是一个不太现实的选择。在决定采用5G而非其他连接选项时，首当其冲要考虑的是性价比问题。

本文可以帮助系统工程师评估5G在现有连接生态链中的可行性。

5G技术优势

我们已经进入了云互连应用主导的时代。所有垂直行业都在向从云端分配基本功能的服务模型过渡。这种转变迫使我们重新考虑连接问题。

在这种情况下5G应运而生。5G标准规定了一个全新的连接框架。从这个意义上说，5G为现有的连接概念打开了一条颠覆性的进化道路。

除了使用现有长期演进 (LTE) 范围内的频谱外，5G还可使用未经许可的毫米波 (mmWave) 波段的频谱。IEEE Spectrum一篇名为 “5G Bytes: Millimeter Waves Explained”的文章中写到，“频率范围为30至300千兆赫兹 (GHz) 的毫米波提供了比前几代频谱更高的带宽，并具有低延迟等优势。然而，毫米波（波长为1到10毫米）不能轻易穿过建筑物和其他障碍物，很容易被雨水、树叶等吸收。这就是为什么5G小基站会成为标准。与传统基站相比，小基站的体积更小，更节能，而且价格也越来越便宜。由于其固有的频谱效率，小基站还能提升无线连接容量，连接更多‘目标’，提供更高的数据流量。”

图1列出了其他一些可以彰显数字环境中5G网络优势的因素。

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图1：5G连接性能指标（图源：贸泽电子）

连接无处不在

物联网 (IoT) 在占领垂直市场后迅速成长起来，目前可以连接传感器、执行器、泵和汽车等物理设备。到2020/2021年，将有数十亿的设备需要连接网络，以便能够与基于云的服务进行可靠通信。通过5G小基站技术增加的容量可以支持大规模的物联网设备和M2M连接。与4G LTE相比，5G可以提供每单位面积1,000倍的带宽、10,000倍的流量以及每单位面积100倍的连接设备。

实时性能

随着物联网在工业上的运用，要求连接技术能够支持机器、无人机和机器人远程控制、时间敏感型工业控制回路、无人驾驶汽车导航、远程手术等应用。对于这些任务关键型应用，不仅要求高数据传输速率，为实现实时性能，低延迟也很重要。5G标准的推出，将无线宽带服务延伸到了需要超可靠、快速、关键任务通信的物联网应用。

能源效率

4G主要是一种移动解决方案，而5G除了移动性更强之外，还可满足固定式无线应用和工业物联网应用需求，这些应用中设备的工作环境恶劣、供电能力有限，并且需要运行数十年。这就是为什么5G的设计与4G相比可以减少90%的能源消耗量，而IoT设备的电池寿命可以长达10年。

安全性与可靠性
相对而言，无线通信更容易被拦截，更容易受到中间人攻击。在物联网应用案例中，发现低功耗无线连接容易出现比特率错误和连接中断。5G的强大设计预计将提供99.999%的可用性，包括5G电子设备的相互认证、本地安全元素、传输层安全 (TLS) 加密和无线 (OTA) 固件升级。与虚拟硬件平台上的虚拟机非常相似，5G网络资源可以划分为“网络切片”，这种网络切片使服务提供商能够构建特定于应用的虚拟端到端网络，进一步增强安全性。

5G网络在连接环境中的映射

5G的推出不一定会贬低（或取代）现有技术。事实上，5G技术还推动了时间敏感型网络（电气电子工程师协会 [IEEE] 802.1开发出的下一代以太网）、低功率广域网 (LPWAN)、Wi-Fi以及远距离 (LoRa®) 技术的持续创新。

即使在5G标准大规模应用之后，5G技术也将与其他技术共存。在许多情况下，5G技术还可以是这些技术的补充。

光纤和固定宽带

德勤（Deloitte）于2冲浪浴缸017年发布的“通信基础设施升级：对深度光纤的需求”研究表明，只有11%的互联网流量通过无线连接传输，而90%的流量仍将通过有线网络传输。这是因为光纤网络拥有高吞吐量和带宽，在远距离传输时具有低延迟的特性。5G无线技术虽然在带宽和速度上可与光纤相提并论。然而，作为连接解决方案，这些技术的竞争性较小，互补性更强。事实上，5G网络的质量和可靠性将取决于基于光纤的有线网络，用于小基站之间的回程流量传输。

在智能家庭和办公室，5G小基站接入点可以增强室内光纤和同轴电缆宽带互联网解决方案。5G无线技术的速度和灵活性可能会取代工业和城市基础设施中的传统有线网络。然而，在数据中心基础设施和云计算服务器中，有线连接技术的稳健性和成熟度至关重要，因此光纤和固定以太网技术将继续占据主导地位。

LPWAN

用于物联网应用的LPWAN技术的预期功能包括：

• 设备芯片组拥有低处理速度和传输功率，电池寿命超过10年，可长时间使用。

• 覆盖范围广（郊区10公里以上，市区5公里以上），对建筑物和地下室有良好的渗透性。

• 设备能够间歇地发送小的突发数据包，因此支持的数据速率很低（0.3 bps到50 Kbps——通常每天约为10 KBpd）。

• 以较低的总体拥有成本确保数据安全传输。

LPWAN技术已被广泛用于物联网边缘部署，其运行环境的扩展区域分布着许多低成本物联网设备（如传感器和仪表）。在未来几年里，即使5G无线技术已可投入商业市场，但也不会影响LPWAN在全球物联网市场的增长，这是因为LPWAN技术迎合了那些不需要5G高数据速率和低延迟性的应用需求。

现在已有一些LPWAN技术可以满足这些常规需求。下面简单概述了5G连接环境下一些常见的LPWAN技术：

NB-IoT

窄带物联网 (NB-IoT) 传输采用更有限的带宽设计，更节能。NB- IoT用户设备的复杂性和成本都很低，并针对频谱效率进行了优化，每个单元可连接多达50,000台设备。NB- IoT可以穿透建筑物和地下区域（提供20dB或更深度的室内覆盖范围），适用于具有静态资产的智能城市应用。

Sigfox®

Sigfox是一种已经渗透到欧洲市场的专利技术，得到了许多电子产品供应商的支持。Sigfox使用慢调制速率来实现更大的传输范围，适用于智能泊车传感器、智能垃圾桶和公用设施仪表等应用，方便低成本设备将较小的、不频繁的突发数据包上传到物联网网关。

LTE-M

密封圈机器LTE (LTE-M) 是一项相对较新的创新技术，其能效仍在评估中。它可以利用现有的4G-LTE连接（并且可以发展为兼容5G），实现车辆和无人机等移动物联网资产漫游。LTE-M电子设备可以提供比其他LPWAN选项更高的数据速率，当然价格也比较昂贵，多用于物联网边缘的富数据应用。

LoRa

LoRa是Lora Alliance™的远程、低功耗、低数据速率连接标准。LoRa旨在使大型网络运营商能够提供基于订阅的LPWAN服务。LoRa使用的是未经许可的频谱（低于1 GHz的射频，例如北美的915MHz），但由于LoRa设备不使用用户识别模块 (SIM) 或机器识别模块 (MIM) 进行设备身份验证或加密，因此需要额外的安全层。

5G网络和LPWAN有望在各种端到端物联网部署中形成互补态势。例如，在远程手术中，通信的时间敏感性要求实时传输数据，这就需要低延迟的5G蜂窝网络。然而，远程手术还涉及边缘传感器网络，例如在医院内收集和处理本地关键信息。对于这些边缘传感器网络，LPWAN连接则更可行。

个域网 (PAN) 和局域网 (LAN)

对于家庭和企业中的本地连接，通常采用Wi-Fi®、蓝牙技术（基于IEEE 802.11标准）和蓝牙低能耗连接技术。而基于802.15.4的技术（包括Zigbee®、ISA100.11a、6LoWPAN、WirelessHART®和Z-Wave®）则一般用于资产和资源跟踪等企业物联网应用。

与有线和光纤宽带解决方案一样，5G固定宽带和蜂窝网络也与Wi-Fi和蓝牙技术相辅相成。第16版3GPP将包括5G新无线（NR）- 未许可标准，并支持现有的5GHz和6GHz（“格林菲尔德”）未许可频段。5G未许可频谱有希望用于企业、大型体育场馆和购物中心的“Wi-Fi-like”专用网络。

卫星

在连接生态链中，卫星技术带宽高和可靠性也高，但价格昂贵，因此，只适合用于特定的场合。使用全球定位系统 (GPS) 追踪跨洋、偏远地区、服务匮乏地区和受灾地区的飞机、货船和舰队的机载连接时，使用移动网络可能会出现故障，这时卫星通讯就派上用场了。

卫星连接可以在由于经济和其他位置限制而无法实现蜂窝连接的地区扩大5G网络覆盖范围，增强5G无线通信强度，让连接无处不在。

蜂窝技术：4G-LTE

4G-LTE始于2009年，是5G出现之前最先进的蜂窝连接技术，峰值速率高达1Gbps，具有30到70ms的延迟。然而5G无线连接技术凭借10Gbps的数据速率和不到1毫秒的延迟，终会将蜂窝网络发展成超高速、响应迅速、节能的连接源。

世界各地仍在部署4G网络。5G网络的普及还需要一段时间，5G芯片组和设备也需要一段时间才能进入商用市场。即使在5G推出后，那些不需要超高吞吐量和超低延迟的场合仍可以继续使用4G网络。5G NR标准旨在与4G核心网络重叠共存。因此，至少从技术设计的角度来看，4G和5G无线蜂窝服务是兼容的。

结语

目前5G的部署正在加速，2021年在全球范围的5G网络的商用进程都将提速，包括美国、中国、韩国、日本等在5G网络部署上领先的国家，预期到2021年底时5G覆盖率将可达50%以上。随着5G标准出台，不只意味着市场上出现的更快的智能手机，5G所带来的更高的速度和更低的延迟的特性，将在联网汽车和智能家居等方面提供良好体验，这些应用场景将成为可能。

对于5G，不仅要做出大胆承诺，还要直面在现实场景中实现这些强大功能所带来的全新挑战。为了以后能够采用和创造5G应用与电子产品，需要实时了解5G测试和开发的新进展。5G社区还需要以创新思维克服技术上的难题，评估5G无线网络在快速发展的连接生态链中的适用性。


文章来源：贸泽电子

作者简介：Sravani Bhattacharjee是一名数据通信技术专家，有着20多年的从业经历。她是《Practical Industrial IoT Security》（工业物联网安全）一书的作者，这是第一本有关工业物联网安全的出版书。Sravani曾担任Cisco的技术主管直到2014年，在此期间领导主持了多个企业云/数据中心解决方案的架构设计和安全评估工作。作为Irecamedia.com公司的负责人，她目前致力于与工业物联网创新力量合作，通过撰写各种评论和技术营销内容，来推动相关认识和商业决策的进步。Sravani拥有电子工程专业硕士学位。她是一名IEEE物联网小组成员，一位作者，还是一位演说家。厦门治疗性病到哪家医院
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