机器通信 | 《5G移动无线通信技术》之八

简介: 本节主要介绍了机器通信的内容以及超可靠机器类通信。

第七节:5G系统概念

机器通信

8.1海量机器通信

海量机器通信(mMTC)为大量低成本、低能耗的设备提供了有效连接方式。 mMTC 包括众多不同的用例,包括大范围部署的、海量的、广泛地理分布的终端(如传 感器和传动装置),这些终端可以用于监视和执行区域覆盖测量,也包括本地的连接用例,例如智慧家庭,或者居住区室内的电子设备,或者个人网络。相对于 xMBB 业务,这些 用例的共性是数据流量小,零星地产生数据。由于频繁的电池充电和更换对于大量的终 端设备是不现实的,事实上,终端设备一旦被部署,将会保持在最低发送状态,最小化终端开机时间。特别是将高能耗部分部置在基础设施一侧,和今天的网络相比,增加了 不对称性,这个趋势是与 xMBB 完全背道而驰的。
mMTC 必须足够通用,才能支持新的未知用例,而不应当限制在今天可以想象的范 围。为了管理高度异构的 mMTC 设备,5G 提供了三种不同的 mMTC 方案:直接网络接 入(MTC-D)、聚合节点接入(MTC-A)和短距离 D2D 接入[当端到端 mMTC(MTC-M) 设备处于邻近区域时],如图 2.4 所示。理想情况下,相同的空中接口可以用于所有三种 接入类型来降低终端成本。大多数终端将采用 MTC-D 接入方式。mMTC 的主要挑战是 大量的终端、覆盖延伸、协议效率和廉价低能的终端,见第 14 章。
与主要赋能工具的链接
对于面向连接的 mMTC 流量,DyRAN、内容本地化和数据流支持通过将内容存 储在网络中,来降低传输数据量,从而延长电池的续航能力。中继技术也可以提升 DyRAN 覆盖。与 xMBB 相反,mMTC 会受益于更紧密集成的控制面和用户面,这也将 影响 LSCP 设计。
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8.2 超可靠机器类通信

超可靠机器类通信(uMTC)为要求严格的应用提供超可靠和低时延通信,其中两个 典型应用是道路安全与高效交通和工业制造(见图2.5) ,二者都对低时延和高可靠性有严 格要求。在道路安全和高效交通应用中,在交通参与者之间的信息交换,使用车辆与车 辆通信(V2V)、车辆与行人通信(V2P)以及车辆和基础设施(V2I)通信进行。道路 安全和高效交通应用的通信统称为车辆与其他的通信(V2X),包括 V2V,V2P 和 V2I。
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V2X 通信包括周期性信息和事件驱动信息。周期性信息发送用来规避险情。参与的车辆可以周期性地(例如每隔 10ms)向一定范围内(例如 100m)的接收器广播自己的位置、速度和移动轨迹。事件驱动信息在监测到异常和 / 或者危险的时候发送,如检测 到逆行车辆或者交通事故时。尽管两种信息都要求高可靠性,但是往往事件驱动信息要 求更高的可靠性,即在邻近区域要求极高可靠性和几乎零时延。
工业制造应用主要可以分为三类:静止设备(包括旋转和移动的部件,大多是室内 部署)、附属于设备的传感器和生产流程控制环路的传动装置。

  • 自动运输机器人(包括室内和室外)。类似于 V2X 应用,但是自动运输机器人速 度较低,而且环境并非公共环境。
  • 附属于其他设备的监视传感器。这一类传感器的输出不属于生产流程控制。

在工业制造应用中,对于目标发现和通信建立的要求或许不如 V2X 严格,但是可 靠性要求仍然很高。因此,很多用于 V2X 的技术也可以用于工业制造。监视类传感器 可以采用类似 mMTC 的方案,但是较高的可靠性会减少电池续航能力。uMTC 的挑战是 快速建立通信连接、低时延和可靠通信、高系统可用性以及高移动性,参见第 4 章。
与主要赋能工具的链接
在 DyRAN 中,uMTC 可以通过干扰识别和干扰抑制获得性能提升,参见第 11 章。 在 V2X 应用中,干扰环境快速变化。而在工业制造应用场景中,干扰通常不是高斯分布的 [11]。与获得更多的干扰信息的重要性一样,上下文信息和移动预测在 V2X 通信中 起着重要的作用。本地化的内容和数据流对于降低时延和提升可靠性十分重要。交通状 态信息是本地信息,对于其他应用(例如辅助驾驶和远程驾驶),或许需要将应用服务 器从数据中心移到道路边缘来降低时延,这与云计算的总体趋势相反,也会影响 2G 架 构设计,参见第 3 章。通信快速建立和低时延会影响 LSCP。多运营商 D2D 操作包括了 频谱工具箱的频谱接入,参见 2.2.8 节和第 12 章。
第九节:动态无线接入网络

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