為(wèi)什麽要使用蜂窩技(jì)術(shù)?5G與Wi-Fi有(yǒu)什麽區(qū)别？

       随着5G在全球範圍內(nèi)的推廣與部署，與其他已建立的技(jì)術(shù)(例如Wi-Fi)相比，物聯網設備使用蜂窩網絡的趨勢正在增長。為(wèi)什麽蜂窩技(jì)術(shù)如此流行(xíng)，并且将來(lái)所有(yǒu)的網絡連接都可(kě)以用蜂窩技(jì)術(shù)代替嗎?

當前的無線解決方案

       當前，使用無線通(tōng)信所需的設備具有(yǒu)廣泛的可(kě)能性，包括紅外、Li-Fi、Wi-Fi，藍(lán)牙和(hé)蜂窩網絡。每種技(jì)術(shù)都有(yǒu)其優點和(hé)缺點，其中一些(xiē)具有(yǒu)較大(dà)的覆蓋範圍(如蜂窩)，而另一些(xiē)則更便宜(如Wi-Fi)。因此，在選擇無線技(jì)術(shù)時(shí)，必須考慮所有(yǒu)可(kě)能影(yǐng)響設備性能的環境和(hé)設計(jì)方面，這些(xiē)因素包括帶寬、範圍、幹擾、成本和(hé)可(kě)用性等等。   

       不過，在所有(yǒu)現有(yǒu)技(jì)術(shù)中，尤其有(yǒu)兩項脫穎而出。即Wi-Fi和(hé)藍(lán)牙。這兩種無線技(jì)術(shù)在相似的頻率(2.4GHz頻譜)下工作(zuò)，幾乎在所有(yǒu)現代移動和(hé)物聯網設備中都可(kě)以找到他們的身影(yǐng)。Wi-Fi與藍(lán)牙相比具有(yǒu)優勢，其更高(gāo)的傳輸功率可(kě)實現更大(dà)範圍的操作(zuò)範圍(Wi-Fi可(kě)達100米，而藍(lán)牙則為(wèi)10米)和(hé)更高(gāo)的帶寬。

       但(dàn)是，使用更大(dà)的傳輸功率意味着設備消耗更多(duō)的功率，因此更快地消耗電(diàn)池電(diàn)量。藍(lán)牙非常适合使用小(xiǎo)電(diàn)池供電(diàn)且僅需在短(duǎn)距離內(nèi)傳輸小(xiǎo)數(shù)據包的解決方案，這就是為(wèi)什麽物聯網設計(jì)偏向于通(tōng)過藍(lán)牙傳輸的原因。而 Wi-Fi是一項成熟的技(jì)術(shù)，可(kě)在許多(duō)不同的環境中找到，例如家(jiā)庭、辦公室和(hé)工業場(chǎng)所，使其成為(wèi)需要聯網設備的應用程序的首選。

       但(dàn)是，蜂窩技(jì)術(shù)正被業內(nèi)工程師(shī)認真對待，這表明(míng)4G和(hé)5G等技(jì)術(shù)可(kě)能會(huì)取代Wi-Fi和(hé)藍(lán)牙。蜂窩技(jì)術(shù)相對于其他無線方法有(yǒu)哪些(xiē)優勢，又使它們成為(wèi)未來(lái)的理(lǐ)想解決方案?

5G與Wi-Fi 

       了解5G和(hé)Wi-Fi之間(jiān)的區(qū)别，有(yǒu)助于了解其目标應用和(hé)部署的功能。蜂窩技(jì)術(shù)需要處理(lǐ)數(shù)千個(gè)同時(shí)進行(xíng)的呼叫，同時(shí)還(hái)必須以超過100Mbps的下載速度提供互聯網連接。負責蜂窩技(jì)術(shù)分發的蜂窩基站(zhàn)也需要具有(yǒu)合理(lǐ)的覆蓋範圍，以最大(dà)程度地減少(shǎo)需要建造基站(zhàn)的數(shù)量。為(wèi)了應對更加複雜的情況，要求移動用戶能夠從一個(gè)小(xiǎo)區(qū)移動到另一個(gè)小(xiǎo)區(qū)(兩個(gè)小(xiǎo)區(qū)都由不同的基站(zhàn)控制(zhì))，并且不會(huì)出現掉線或數(shù)據中斷的情況。

       Wi-Fi技(jì)術(shù)需要處理(lǐ)家(jiā)庭和(hé)辦公室周圍的數(shù)十個(gè)設備，單個(gè)Wi-Fi連接上(shàng)的最大(dà)理(lǐ)論設備數(shù)為(wèi)255。由于Wi-Fi網絡通(tōng)常是私有(yǒu)的，因此其範圍僅限于房(fáng)間(jiān)或建築物，并且範圍的限制(zhì)還(hái)有(yǒu)助于遵守無線電(diàn)傳輸法，并減少(shǎo)對其他Wi-Fi網絡的幹擾。由于大(dà)多(duō)數(shù)典型的Wi-Fi安裝隻有(yǒu)一個(gè)接入點，因此在移至不同區(qū)域時(shí)無需自動進行(xíng)網絡切換。

        蜂窩網絡與Wi-Fi進行(xíng)比較

       Wi-Fi比基于蜂窩的技(jì)術(shù)消耗更少(shǎo)的功率，這在依賴于便攜式電(diàn)源的應用中将是有(yǒu)利的。但(dàn)是，越來(lái)越多(duō)的物聯網設備沒有(yǒu)便攜式電(diàn)源，也沒有(yǒu)大(dà)量可(kě)用的電(diàn)源，這使得(de)Wi-Fi和(hé)其他技(jì)術(shù)的吸引力下降。 

       由于能夠連接到單個(gè)網絡的設備數(shù)量有(yǒu)限，家(jiā)庭中設備數(shù)量的增加以及IoT的進步也帶來(lái)了Wi-Fi技(jì)術(shù)的問題。随着更多(duō)設備連接到同一網絡，等待時(shí)間(jiān)和(hé)數(shù)據傳輸速率顯着下降，例如連接到單個(gè)Wi-Fi接入點的設備超過20個(gè)就很(hěn)容易遇到這種情況。

為(wèi)什麽要使用蜂窩技(jì)術(shù)? 

       4G和(hé)5G等基于蜂窩的技(jì)術(shù)為(wèi)設計(jì)人(rén)員提供了Wi-Fi和(hé)藍(lán)牙無法實現的廣泛機遇。随着網絡覆蓋範圍的不斷增加，無論設備位于建築物頂部、辦公室、還(hái)是公園中，都可(kě)以将設備放置在大(dà)多(duō)數(shù)任意位置，并且仍然可(kě)以有(yǒu)網絡信号。如果這些(xiē)設備能夠永久供電(diàn)，則消除了使用移動技(jì)術(shù)的功耗問題。

       在移動技(jì)術(shù)中引起人(rén)們極大(dà)關注的一個(gè)應用領域是汽車(chē)行(xíng)業，因為(wèi)從一個(gè)小(xiǎo)區(qū)漫遊到另一個(gè)小(xiǎo)區(qū)的車(chē)輛(liàng)需要能夠保持連接，并且使用MIMO天線可(kě)以輕松處理(lǐ)道(dào)路上(shàng)的大(dà)量車(chē)輛(liàng)在蜂窩信号覆蓋範圍。而且，5G所提供的低(dī)延遲和(hé)高(gāo)數(shù)據速率将使車(chē)輛(liàng)之間(jiān)的通(tōng)信比其他技(jì)術(shù)(例如Wi-Fi)更快。

5G替換應用案例

       盡管5G仍在全球範圍內(nèi)引入，但(dàn)它已經開(kāi)始引起範式轉變。一個(gè)示例是美國的Dish Network，該公司一直在開(kāi)發用于IoT設備的NB-IoT網絡。投資超過5億美元的該項目被Dish Network取消，然後遭受了2.53億美元的損失。這樣做(zuò)的原因是Dish Network改變了策略，并決定繼續開(kāi)發和(hé)安裝其5G網絡，他們認為(wèi)這是正确的舉動。此舉也表明(míng)，為(wèi)了支持一種統一的技(jì)術(shù)，删除多(duō)種協議和(hé)連接方法的重要性。

       IIoT(工業物聯網)是将傳統技(jì)術(shù)替換為(wèi)移動技(jì)術(shù)的另一個(gè)領域。雖然Wi-Fi完全适合提供與一些(xiē)家(jiā)用設備的連接，但(dàn)在工業環境中卻不是理(lǐ)想的選擇，工業環境可(kě)能包括多(duō)樓層、加厚的牆壁、大(dà)型建築物以及不同設施之間(jiān)的寬敞空(kōng)間(jiān)。 

       由于移動技(jì)術(shù)将在這些(xiē)應用程序中受益匪淺，因此一些(xiē)移動網絡提供商正在與工業公司合作(zuò)開(kāi)發專用移動網絡。這些(xiē)可(kě)以使成千上(shàng)萬的設備連接到單個(gè)接入點或多(duō)個(gè)天線塔，從而實現漫遊功能。這對于将物料和(hé)貨物從一個(gè)站(zhàn)點轉移到另一個(gè)站(zhàn)點的自動運輸機來(lái)說尤其重要，這些(xiē)站(zhàn)點需要恒定且可(kě)靠的上(shàng)行(xíng)鏈路到中央服務器(qì)。

總結

       目前，Wi-Fi和(hé)藍(lán)牙已經足夠滿足家(jiā)庭和(hé)辦公室的需要，但(dàn)是工業現場(chǎng)越來(lái)越多(duō)的設備已經在這些(xiē)網絡上(shàng)施加壓力。随着物聯網設備不斷集成到日常生(shēng)活中，并且家(jiā)庭中啓用互聯網的設備數(shù)量不斷增加，Wi-Fi網絡将無法處理(lǐ)數(shù)據量和(hé)同時(shí)連接設備數(shù)量的挑戰。而5G等技(jì)術(shù)可(kě)提供高(gāo)速、低(dī)延遲的連接，并且具有(yǒu)在網絡單元之間(jiān)漫遊的遠程能力，使其成為(wèi)Wi-Fi的理(lǐ)想替代品。

       但(dàn)是，未來(lái)的“ 5G類”系統可(kě)能是大(dà)型移動網絡的小(xiǎo)型化版本，帶有(yǒu)小(xiǎo)型專用網絡，這些(xiē)小(xiǎo)型專用網絡利用網狀連接的多(duō)個(gè)小(xiǎo)型站(zhàn)點為(wèi)房(fáng)屋中的所有(yǒu)設備提供連接。除非Wi-Fi的基本原理(lǐ)發生(shēng)變化(例如WiFi6在技(jì)術(shù)上(shàng)的提升，支持組網、更大(dà)的帶寬和(hé)傳輸速率)，否則未來(lái)可(kě)能會(huì)看到5G系統處理(lǐ)的大(dà)多(duō)數(shù)無線通(tōng)信。