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海量物联网业务对通信网络的挑战
  作者:李红艳,索龙,李建东,龙彦 [ 字体: ] [打印] [关闭]

前言:物联网将在人类的生活的各领域有着重要的应用需求。本文分析了物联网业务的海量特征,分析了海量物联网业务对蜂窝网的挑战,在此基础上,针对机器类通信业务,介绍了如下拥塞避免方案,包括多网协同与错峰通信的按需调度方案,基于多跳自组织网络的局地分流与局地汇聚方案。

物联网业务的海量特征

    物联网是能够支持物与物、物与人以及人与物之间通信的网络[1][2]。从结构上可以大致将物联网的结构分为三个层次:信息获取层,通过海量的传感器等设备采集信息;通信网络层,利用现有的或未来新型的通信网络,将采集到的信息数据传送至远端的信息处理处理单元,并将信息与分发层的业务送达至各类终端,包括人与机器;信息处理与分发层,该层负责信息的处理,各类服务类业务的生成与分发。

    物联网有着广泛的应用需求。3GPP TS 22.368[3]中列举了部分机器类通信(MTC)应用,包括安保行业、定位跟踪、支付业务、医疗保健、远程控制、抄表应用和消费电子等领域,不仅基本囊括普通人的衣食住行各方面,也涉及农工商医等各行业的实际应用。可以看出物联网业务具有海量的特点,具体表现在如下3个方面。

部分物联网的业务的流量较大

    在安全保障与智能交通领域,大量采用摄像头实现广域的监控,若依赖无缝覆盖的蜂窝网实现监控摄像头的联网,将引入大量的网络负荷。以图1所示的西安电子科技大学北校区为例, 0.6平方公里的校园内布设了36个监控像头,以相同的布设密度计算,在1km半径的蜂窝网小区内将会有188个监控像头。为了保证监控效果,保证一定的清晰度,规定监控图像规格为320×240×20帧/秒,采用H.264编码压缩,每监控像头产生的实时业务速率为150kbps。一个小区的无线监控业务量就达到了28Mbps,超出了目前蜂窝网的承载能力。

物联网设备的数量巨大

    目前世界上机器设备的数量达500亿,若1%的设备接入物联网,将有5亿机器类用户。表一给出了西安市几个区智能抄表业务到达率的估计值[4]。根据西安市统计局2007年度的人口密度统计数据,若平均家庭人口数为3.4人/户,抄表时间段集中在某天的固定时间段,以1分钟计算,新城区蜂窝网中抄表终端随机接入的平均强度为83次/秒,这容易造成接入网与信令网拥塞。

物联网业务的增长趋势明显

    与人口数量相比,机器设备的数量是巨大的,联网机器设备的增长潜力是巨大的。2007年世界60亿人口中有27亿手机用户,通过蜂窝网通信的比例达到了45%;而同期500亿机器总量中只有5000万的机器接入蜂窝网,比例仅有0.1%。Harbor Research 咨询公司依据前几年的数据,对2009到2014年基于蜂窝网机器类业务进行了统计和预测,如图2所示,认为这期间机器通信比例会迅猛地增长。

    另一方面,随着绿色环保社会的推进,远程无线设备之间的通信需求将不断增长。近年来,远程家居电器与暖气等设备

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