物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展 以頻譜資源有效供給為前提

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在最近召開的“2010年中國通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)報(bào)告會(huì)”上，物聯(lián)網(wǎng)成為了2009年中國通信產(chǎn)業(yè)十大關(guān)鍵詞之一，而目前，基于物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用已經(jīng)在交通、農(nóng)業(yè)、物流等行業(yè)中開始實(shí)施。

但物聯(lián)網(wǎng)還處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，仍有許多瓶頸等待突破。其中，作為支撐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要資源—無線電頻譜，尚未受到業(yè)界的高度重視，甚至有些輿論認(rèn)為目前我國己分配的移動(dòng)通信和無線接入頻率可以滿足未來物聯(lián)網(wǎng)的需求。     

但物聯(lián)網(wǎng)未來將應(yīng)用于無法準(zhǔn)確估量的行業(yè)和場景，必然將產(chǎn)生海量終端，形成遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人與人通信互聯(lián)的移動(dòng)通信與無線接入的數(shù)據(jù)量，到那時(shí)，頻譜資源的短缺將成為物聯(lián)網(wǎng)難以克服的瓶頸。     

物聯(lián)網(wǎng)是頻譜“饕餮”大戶     

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。而物聯(lián)網(wǎng)無處不在的特點(diǎn)，使得有線傳輸受到很大限制，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和寬帶無線接入將成為物聯(lián)網(wǎng)的主要傳輸方式。而物聯(lián)網(wǎng)信息交互與傳輸以無線為主的特點(diǎn)，注定了它將成為頻譜資源需求的大戶。     

首先，物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)規(guī)模是通信業(yè)無法比擬的。據(jù)Forrester預(yù)測(cè)，到2020年，物物互聯(lián)業(yè)務(wù)與現(xiàn)有人人通信互聯(lián)的比例將達(dá)到30：1，即可能從60億人口擴(kuò)展到500億乃至上萬億的機(jī)器和物體。有專家以家居應(yīng)用為例，一個(gè)家庭布設(shè)幾十個(gè)甚至上百個(gè)傳感網(wǎng)終端或節(jié)點(diǎn)并不為過，但一個(gè)人不會(huì)隨身攜帶幾十部手機(jī)。除家庭之外，物聯(lián)網(wǎng)還有眾多行業(yè)應(yīng)用，其規(guī)模一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于移動(dòng)通信。因此，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)正式實(shí)現(xiàn)，有超過500億以上的終端需要通過無線方式連接在一起時(shí)，其對(duì)頻譜的需求絕不是如今己分配的移動(dòng)通信和無線接入頻率所能承載的。     

第二，目前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一般是小流量的M2M應(yīng)用，比如路燈管理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等，所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，原有的2G網(wǎng)絡(luò)足以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)量的支撐。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)涉及的控制、計(jì)費(fèi)、支付，實(shí)際上都不會(huì)占用大量帶寬，目前有充足的頻譜資源支撐建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)。     

但是，物聯(lián)網(wǎng)也有大量占用高帶寬的應(yīng)用，比如平安城市、公共交通等以視頻圖像為主的監(jiān)控業(yè)務(wù)。以北京公交系統(tǒng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)為例，目前北京有3萬多輛公交車，如果每輛公交車上面布設(shè)4個(gè)攝像頭，則3萬輛公交車的數(shù)據(jù)總量預(yù)計(jì)將達(dá)到約180Gbit/s，且對(duì)圖像的連續(xù)性和實(shí)時(shí)性有較高要求，所以傳輸頻譜需求絕不是目前2G、3G甚至未來4G可以輕松承載的。     

第三，物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別層將信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識(shí)別和管理，而這種連接將采用低功率技術(shù)，其中最被推崇的是Wi-Fi技術(shù)。     

如果將Wi-Fi用于物聯(lián)網(wǎng)，Wi-Fi的頻譜需求將大大超過目前己分配的頻譜總量。按照預(yù)測(cè)，我國到2020年在設(shè)定150人同時(shí)使用Wi-Fi，其速率為200Kbit/s，每用戶忙時(shí)呼叫次數(shù)為0.15，每戶平均呼叫時(shí)長為3000s的情況下，上下行共需2500MHz頻率。而Wi-Fi用于物聯(lián)網(wǎng)，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的物品或設(shè)備數(shù)量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于150個(gè)，而且實(shí)時(shí)在線的比例更高，其頻譜需求也將超過2500MHz，成為名符其實(shí)的用頻“大戶”。     

第四，至今物聯(lián)網(wǎng)的流量模型并沒有權(quán)威研究結(jié)果，它肯定既不同于互聯(lián)網(wǎng)流量模型，也不會(huì)等同于移動(dòng)通信的流量模型。但是，物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模巨大，盡管有些業(yè)務(wù)每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不一定非常大，甚至只有幾十個(gè)字節(jié)，但是必須一次傳輸成功，有著非常實(shí)時(shí)的傳輸要求。另外，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)著重考慮用戶數(shù)量，而物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量具有突發(fā)特性，可能會(huì)造成大量用戶堆積在熱點(diǎn)區(qū)域，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞或者資源分配不平衡。這些都會(huì)造成物聯(lián)網(wǎng)對(duì)頻譜的需求方式和規(guī)劃方式有別于己有的無線通信，所以不能輕言物聯(lián)網(wǎng)不存在頻譜資源的制約。     

物聯(lián)網(wǎng)頻譜需求解決難度遠(yuǎn)大于4G     

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將是物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸與交互的主體。     

我國己為2G和3G移動(dòng)通信規(guī)劃和分配了525MHz頻率，到2009年10月承載的移動(dòng)用戶己達(dá)6.27億戶，而且可以滿足3G業(yè)務(wù)繼續(xù)發(fā)展的需要。預(yù)測(cè)我國4G頻譜的需求，到2020年在兩個(gè)運(yùn)營商的前提下需要繼續(xù)增加800～1100MHz頻率。根據(jù)2007年世界無線通信大會(huì)決議，我國為4G確定了450～470MHz、698～806MHz、2300～2400MHz和3400～3600MHz共448MHz頻率，按照預(yù)測(cè)我國4G還需要的352～1152MHz頻率尚無著落。而且以上頻譜都是按照4G的用戶流量模型為人與人的通信而設(shè)計(jì)的，并不包括物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求，因此解決物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4G。     

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)以Wi-Fi為首的低功率、短距離無線接入的頻譜需求與己有頻率資源之間同樣存在很大差距。例如，我國至今在非授權(quán)的2.4GHz和5.8GHz頻段為Wi-Fi分配了208.5MHz頻率，與到2020年Wi-Fi人與人通信所需的2500MHz頻率尚存巨大缺口，如果加上物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求，其頻率缺口更大，而至今并無彌補(bǔ)的措施和辦法。     

當(dāng)然，解決物聯(lián)網(wǎng)頻譜需求緊缺難題，采用逐步成熟的動(dòng)態(tài)頻譜分配方式是比較有效的途徑，但必然帶來對(duì)傳統(tǒng)頻譜管理體制和方式的重大變革，其中未知因素難以預(yù)料。     

總之，頻譜是物聯(lián)網(wǎng)存在和發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源，但業(yè)界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)頻譜資源需求及面臨困難的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他方面，必然成為阻礙物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的“難點(diǎn)”。萬事預(yù)則立，希望國家及產(chǎn)業(yè)層面盡早將物聯(lián)網(wǎng)頻譜資源納入規(guī)劃，在國際上如同積極參與物聯(lián)網(wǎng)的概念設(shè)計(jì)、框架規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)制定一樣，使其成為掌握物聯(lián)網(wǎng)頂層話語權(quán)的重要部分。