工业物联网中的专用LTE网络技术

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高通等技术巨头探索使用专用LTE网络进行工业物联网

在过去30年电信行业致力于实现丰富人与人之间的连接，而在未来30年，整个行业将会实现把人连接到他们周围的世界中。而实现这一愿景的关键部分是5G，5G将使我们能够将人类历史上最大的技术平台 - 移动 - 扩展到几乎所有行业中，包括每个对象以及通过智能连接平台的每个连接中。

但是我们不必等到5G才开始使用专用网络（private LTE）来扩展到工业物联网（industrial IoT）中。我们可以从现在的专用LTE网络就开始。而事实上，今年已经有企业有计划要进行相关的试验。在2017年的移动世界大会（MWC）上展示了基于Qualcomm Technologies，诺基亚和GE Digital之间行业合作的基于LTE技术的专用网络。这一合作将在2017年进行进一步的研究和现场试验。

图1 在工业物联网中有各种传感器有待连接

专用LTE网络（private LTE networks）的概念并不新鲜，但随着新的频谱共享创新和“工业4.0”概念的诞生，即工业流程的数字化转型和第四次工业革命的发展，专有LTE网络的发展潜力是巨大的。最近的一项研究表明，到2022年，专用LTE网络的市场规模可能会达到170亿美元。今天，我们可以看到从制造业自动化和航运港口到石油和天然气以及电力等各个行业领域对专用LTE网络的强烈兴趣。

图2 工业物联网（Industrial IoT）应用前景广阔

[backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.6)] [backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.74902)] 将专用LTE网络与公共网络分开

图3 将专用LTE网络与公共网络分开

专用LTE网络的独特概念是，它们将使企业客户能够通过专用设备和设置来运行自己的本地网络。这种方法提供了以下三个主要的优点：

本地控制（Locally controlled）：通过使用专用设备，专用LTE网络及其性能与其他用户无关，因此不存在共享网络中可能发生的突发的流量激增等问题。这种效果对工业和企业的应用来说至关重要，因为企业的生产力必须保持在较高的水平以及可预测的水平之上。拥有本地和专用网络也可以使企业用户能够完全控制数据。例如，公司可以确保敏感数据不会离开其所划定的完全区域。
最优化（Optimized）：通过满足某个单一公司的需求，可以为该公司的特定物联网（IoT）应用量身定制专用的LTE网络。这种优化的示例是服务质量（QoS）和移动性设置。通过定制的QoS，无论网络负载如何，都可以为关键应用提供一致的服务。通过定制的移动设置，可以针对本地应用来优化其行为；例如，在不太可能发生链路故障的情况下执行更快的重新连接。
轻松部署（Readily deployed）：使用共享的和非授权的频谱可供任何人使用专用LTE网络，这使得专用LTE网络（private LTE networks）的部署非常简单，同时这使得新实体企业能够享受LTE。这将扩大整个LTE生态系统。此外，利用LTE的演进路线图可以允许访问诸如自组织网络（self-organizing networks）以及具有自包含或者虚拟/托管核心网络的网络架构等功能。

[backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.6)] [backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.74902)] 使用专用LTE网络的好处

现在我们知道了什么是专用LTE网络，那让我们看看使用基于LTE技术的专用网络的好处吧。如下图所示，与其它无线本地网络相比，专用LTE网络的主要优点是：更高的容量从而能够支持更多设备，同时具有高带宽应用，更远的覆盖范围，无缝的移动性，工业级的可靠性，一致的延迟和服务质量（QoS），安全性，最后但并非最不重要的是，其所具有多个供应商之间的互操作性以及向5G演进的路线图。 5G的路线图确保了专用LTE网络是具有新5G功能的面向未来的解决方案，例如能够实现新的5G新无线电（NR）和具有超可靠和超低延迟通信的关键任务应用。

图4 使用专用LTE网络的好处

移动网络运营商可以通过专用其许可证频谱的一部分频谱资源来提供专用的LTE网络，这些许可证频谱将是并将继续成为专用LTE市场的重要组成部分。随着新的关于频谱共享的进展，换句话说是企业可以使用非licensed和共享频谱资源，今年早些时候MulteFire联盟（MulteFire Alliance ，https://www.multefire.org/）发布的MulteFire 1.0规范将为使用无许可（unlicensed spectrum）的频谱资源铺平道路，另外最近3GPP也开始了一项关于5G无许可频谱的研究。

这些努力主要集中在无许可（unlicensed spectrum）的频谱上，但业界最近也对共享频谱感到兴奋。在美国，FCC已经定义了公民宽带无线电业务（CBRS：Citizen Broadband Radio Service），这是一个大约3.5 GHz频段中的约150 MHz的共享频谱。为了支持在这一频段部署LTE技术，业界共同创立了CBRS联盟（CBRS Alliance，https://www.cbrsalliance.org/）。使用MulteFire和CBRS，我们现在有两种可用于专用LTE网络的新解决方案 - 全球可用的5 GHz频段的MulteFire和位于美国的CBRS频段的LTE-TDD频段。这些解决方案的一个关键的新颖之处在于它们不需要许可频谱，这大大降低了新部署所需要的条件，从而向更广泛的生态系统开放了专用LTE网络的部署。

行业也在为专用LTE网络的应用不遗余力地做好准备，例如：

爱立信的开放企业连接（Open Enterprise Connectivity）利用LTE无线电的宽带功能实现多种行业应用，如：

关键任务一键通通信
实时闭路电视监控
火车控制
乘客信息
传感器遥测

这些应用可以通过一个单一的LTE网络基础架构来运行，从而最大限度地减少运营多个传统和低容量网络的资本支出成本。企业连接可以通过优先考虑流量以及客户的独特覆盖要求来处理独特的关键任务应用。

华为推出了面向平安城市应用的“PS-LTE”（Public Safety-LTE (简称PS-LTE））的宽带集群解决方案，PS-LTE具有大带宽（5/10/20MHz）和高速率（最高100Mbps）等优点，除满足语音外，还能提供多媒体集群功能。

图5 华为推出了面向平安城市应用的“PS-LTE”

[backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.6)] [backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.74902)] 针对公共安全行业的LTE标准逐步确定

3GPP是推动LTE标准化的全球组织。2016年3月3GPP已经发布了R13，明确基于PS-LTE的关键特性（MCPTT/IOPS/GCSE_LTE/PROSE），并将在2017年Q1发布R14，明确基于PS-LTE的紧急视频和紧急数据等关键特性；在中国，2014年中国通信标准化协会（CCSA）已完成基于TD-LTE的宽带集群通信（B-TrunC）系列标准的制定，同时B-TrunC标准已经被吸纳为ITU国际标准。

[backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.6)] [backcolor=rgba(89, 155, 171, 0.74902)] PS-LTE专用频谱陆续发放

美国、英国、西班牙等国家陆续发布了700M，中东GCC国家发布了700/800M，亚太（韩国700M B28）等国家也在规划中，而中国已经发布了1.4G 20MHz频谱。

同时，PS-LTE解决方案产业链不断成熟，PS-LTE的业务应用层、融合平台层、管道层和终端层等都在加速完善。

图6 在工业物联网中蜂窝网络具有独特优势

总之主用LTE网络技术的产业链已经成熟；