5G——面向所有应用的未来网络技术
发布时间: 2020-06-05 11:15
随着5G在全球范围内的推广与部署，与其他已建立的技术(例如Wi-Fi)相比，物联网设备使用蜂窝网络的趋势正在增长。为什么蜂窝技术如此流行，并且将来所有的网络连接都可以用蜂窝技术代替吗?
当前的无线解决方案
当前，使用无线通信所需的设备具有广泛的可能性，包括红外、Li-Fi、Wi-Fi，蓝牙和蜂窝网络。每种技术都有其优点和缺点，其中一些具有较大的护覆盖范围(如蜂窝)，而另一些则更便宜(如Wi-Fi)。因此，在选择无线技术时，必须考虑所有可能影响设备性能的环境和设计方面，这些因素包括带宽、范围、干扰、成本和可用性等等。
不过，在所有现有技术中，尤其有两项脱颖而出。即Wi-Fi和蓝牙。这两种无线技术在相似的频率(2.4GHz频谱)下工作，几乎在所有现代移动和物联网设备中都可以找到他们的身影。 Wi-Fi与蓝牙相比具有优势，其更高的传输功率可实现更大范围的操作范围(Wi-Fi可达100米，而蓝牙则为10米)和更高的带宽。
但是，使用更大的传输功率意味着设备消耗更多的功率，因此更快地消耗电池电量。蓝牙非常适合使用小电池供电且仅需在短距离内传输小数据包的解决方案，这就是为什么物联网设计偏向于通过蓝牙传输的原因。而 Wi-Fi是一项成熟的技术，可在许多不同的环境中找到，例如家庭、办公室和工业场所，使其成为需要联网设备的应用程序的首选。
但是，蜂窝技术正被业内工程师认真对待，这表明4G和5G等技术可能会取代Wi-Fi和蓝牙。蜂窝技术相对于其他无线方法有哪些优势，又使它们成为未来的理想解决方案?
5G与Wi-Fi
了解5G和Wi-Fi之间的区别，有助于了解其目标应用和部署的功能。蜂窝技术需要处理数千个同时进行的呼叫，同时还必须以超过100Mbps的下载速度提供互联网连接。负责蜂窝技术分发的蜂窝基站也需要具有合理的覆盖范围，以最大程度地减少需要建造基站的数量。为了应对更加复杂的情况，要求移动用户能够从一个小区移动到另一个小区(两个小区都由不同的基站控制)，并且不会出现掉线或数据中断的情况。
Wi-Fi技术需要处理家庭和办公室周围的数十个设备，单个Wi-Fi连接上的最大理论设备数为255。由于Wi-Fi网络通常是私有的，因此其范围仅限于房间或建筑物，并且范围的限制还有助于遵守无线电传输法，并减少对其他Wi-Fi网络的干扰。由于大多数典型的Wi-Fi安装只有一个接入点，因此在移至不同区域时无需自动进行网络切换。
至此，我们现在可以将蜂窝网络与Wi-Fi进行比较，以了解它们之间的相互关系。
Wi-Fi比基于蜂窝的技术消耗更少的功率，这在依赖于便携式电源的应用中将是有利的。但是，越来越多的物联网设备没有便携式电源，也没有大量可用的电源，这使得Wi-Fi和其他技术的吸引力下降。
由于能够连接到单个网络的设备数量有限，家庭中设备数量的增加以及IoT的进步也带来了Wi-Fi技术的问题。随着更多设备连接到同一网络，等待时间和数据传输速率显着下降，例如连接到单个Wi-Fi接入点的设备超过20个就很容易遇到这种情况。
为什么要使用蜂窝技术?
4G和5G等基于蜂窝的技术为设计人员提供了Wi-Fi和蓝牙无法实现的广泛机遇。随着网络覆盖范围的不断增加，无论设备位于建筑物顶部、办公室、还是公园中，都可以将设备放置在大多数任意位置，并且仍然可以有网络信号。如果这些设备能够永久供电，则消除了使用移动技术的功耗问题。
在移动技术中引起人们极大关注的一个应用领域是汽车行业，因为从一个小区漫游到另一个小区的车辆需要能够保持连接，并且使用MIMO天线可以轻松处理道路上的大量车辆在蜂窝信号覆盖范围。而且，5G所提供的低延迟和高数据速率将使车辆之间的通信比其他技术(例如Wi-Fi)更快。
5G替换应用案例
尽管5G仍在全球范围内引入，但它已经开始引起范式转变。一个示例是美国的Dish Network，该公司一直在开发用于IoT设备的NB-IoT网络。投资超过5亿美元的该项目被Dish Network取消，然后遭受了2.53亿美元的损失。这样做的原因是Dish Network改变了策略，并决定继续开发和安装其5G网络，他们认为这是正确的举动。此举也表明，为了支持一种统一的技术，删除多种协议和连接方法的重要性。
IIoT(工业物联网)是将传统技术替换为移动技术的另一个领域。虽然Wi-Fi完全适合提供与一些家用设备的连接，但在工业环境中却不是理想的选择，工业环境可能包括多楼层、加厚的墙壁、大型建筑物以及不同设施之间的宽敞空间。
由于移动技术将在这些应用程序中受益匪浅，因此一些移动网络提供商正在与工业公司合作开发专用移动网络。这些可以使成千上万的设备连接到单个接入点或多个天线塔，从而实现漫游功能。这对于将物料和货物从一个站点转移到另一个站点的自动运输机来说尤其重要，这些站点需要恒定且可靠的上行链路到中央服务器。
总结
目前，Wi-Fi和蓝牙已经足够满足家庭和办公室的需要，但是工业现场越来越多的设备已经在这些网络上施加压力。随着物联网设备不断集成到日常生活中，并且家庭中启用互联网的设备数量不断增加，Wi-Fi网络将无法处理数据量和同时连接设备数量的挑战。而5G等技术可提供高速、低延迟的连接，并且具有在网络单元之间漫游的远程能力，使其成为Wi-Fi的理想替代品。
但是，未来的“ 5G类”系统可能是大型移动网络的小型化版本，带有小型专用网络，这些小型专用网络利用网状连接的多个小型站点为房屋中的所有设备提供连接。除非Wi-Fi的基本原理发生变化(例如WiFi6在技术上的提升，支持组网、更大的带宽和传输速率)，否则未来可能会看到5G系统处理的大多数无线通信。
当前的无线解决方案
当前，使用无线通信所需的设备具有广泛的可能性，包括红外、Li-Fi、Wi-Fi，蓝牙和蜂窝网络。每种技术都有其优点和缺点，其中一些具有较大的护覆盖范围(如蜂窝)，而另一些则更便宜(如Wi-Fi)。因此，在选择无线技术时，必须考虑所有可能影响设备性能的环境和设计方面，这些因素包括带宽、范围、干扰、成本和可用性等等。
不过，在所有现有技术中，尤其有两项脱颖而出。即Wi-Fi和蓝牙。这两种无线技术在相似的频率(2.4GHz频谱)下工作，几乎在所有现代移动和物联网设备中都可以找到他们的身影。 Wi-Fi与蓝牙相比具有优势，其更高的传输功率可实现更大范围的操作范围(Wi-Fi可达100米，而蓝牙则为10米)和更高的带宽。
但是，使用更大的传输功率意味着设备消耗更多的功率，因此更快地消耗电池电量。蓝牙非常适合使用小电池供电且仅需在短距离内传输小数据包的解决方案，这就是为什么物联网设计偏向于通过蓝牙传输的原因。而 Wi-Fi是一项成熟的技术，可在许多不同的环境中找到，例如家庭、办公室和工业场所，使其成为需要联网设备的应用程序的首选。
但是，蜂窝技术正被业内工程师认真对待，这表明4G和5G等技术可能会取代Wi-Fi和蓝牙。蜂窝技术相对于其他无线方法有哪些优势，又使它们成为未来的理想解决方案?
5G与Wi-Fi
了解5G和Wi-Fi之间的区别，有助于了解其目标应用和部署的功能。蜂窝技术需要处理数千个同时进行的呼叫，同时还必须以超过100Mbps的下载速度提供互联网连接。负责蜂窝技术分发的蜂窝基站也需要具有合理的覆盖范围，以最大程度地减少需要建造基站的数量。为了应对更加复杂的情况，要求移动用户能够从一个小区移动到另一个小区(两个小区都由不同的基站控制)，并且不会出现掉线或数据中断的情况。
Wi-Fi技术需要处理家庭和办公室周围的数十个设备，单个Wi-Fi连接上的最大理论设备数为255。由于Wi-Fi网络通常是私有的，因此其范围仅限于房间或建筑物，并且范围的限制还有助于遵守无线电传输法，并减少对其他Wi-Fi网络的干扰。由于大多数典型的Wi-Fi安装只有一个接入点，因此在移至不同区域时无需自动进行网络切换。
至此，我们现在可以将蜂窝网络与Wi-Fi进行比较，以了解它们之间的相互关系。
Wi-Fi比基于蜂窝的技术消耗更少的功率，这在依赖于便携式电源的应用中将是有利的。但是，越来越多的物联网设备没有便携式电源，也没有大量可用的电源，这使得Wi-Fi和其他技术的吸引力下降。
由于能够连接到单个网络的设备数量有限，家庭中设备数量的增加以及IoT的进步也带来了Wi-Fi技术的问题。随着更多设备连接到同一网络，等待时间和数据传输速率显着下降，例如连接到单个Wi-Fi接入点的设备超过20个就很容易遇到这种情况。
为什么要使用蜂窝技术?
4G和5G等基于蜂窝的技术为设计人员提供了Wi-Fi和蓝牙无法实现的广泛机遇。随着网络覆盖范围的不断增加，无论设备位于建筑物顶部、办公室、还是公园中，都可以将设备放置在大多数任意位置，并且仍然可以有网络信号。如果这些设备能够永久供电，则消除了使用移动技术的功耗问题。
在移动技术中引起人们极大关注的一个应用领域是汽车行业，因为从一个小区漫游到另一个小区的车辆需要能够保持连接，并且使用MIMO天线可以轻松处理道路上的大量车辆在蜂窝信号覆盖范围。而且，5G所提供的低延迟和高数据速率将使车辆之间的通信比其他技术(例如Wi-Fi)更快。
5G替换应用案例
尽管5G仍在全球范围内引入，但它已经开始引起范式转变。一个示例是美国的Dish Network，该公司一直在开发用于IoT设备的NB-IoT网络。投资超过5亿美元的该项目被Dish Network取消，然后遭受了2.53亿美元的损失。这样做的原因是Dish Network改变了策略，并决定继续开发和安装其5G网络，他们认为这是正确的举动。此举也表明，为了支持一种统一的技术，删除多种协议和连接方法的重要性。
IIoT(工业物联网)是将传统技术替换为移动技术的另一个领域。虽然Wi-Fi完全适合提供与一些家用设备的连接，但在工业环境中却不是理想的选择，工业环境可能包括多楼层、加厚的墙壁、大型建筑物以及不同设施之间的宽敞空间。
由于移动技术将在这些应用程序中受益匪浅，因此一些移动网络提供商正在与工业公司合作开发专用移动网络。这些可以使成千上万的设备连接到单个接入点或多个天线塔，从而实现漫游功能。这对于将物料和货物从一个站点转移到另一个站点的自动运输机来说尤其重要，这些站点需要恒定且可靠的上行链路到中央服务器。
总结
目前，Wi-Fi和蓝牙已经足够满足家庭和办公室的需要，但是工业现场越来越多的设备已经在这些网络上施加压力。随着物联网设备不断集成到日常生活中，并且家庭中启用互联网的设备数量不断增加，Wi-Fi网络将无法处理数据量和同时连接设备数量的挑战。而5G等技术可提供高速、低延迟的连接，并且具有在网络单元之间漫游的远程能力，使其成为Wi-Fi的理想替代品。
但是，未来的“ 5G类”系统可能是大型移动网络的小型化版本，带有小型专用网络，这些小型专用网络利用网状连接的多个小型站点为房屋中的所有设备提供连接。除非Wi-Fi的基本原理发生变化(例如WiFi6在技术上的提升，支持组网、更大的带宽和传输速率)，否则未来可能会看到5G系统处理的大多数无线通信。
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