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5G与物联网融合在城市轨道交通运维中的探究

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5G与物联网融合在城市轨道交通运维中的探究
2021-02-26 16:52:39 阅读: 发布人:纵横智控

第五代移动通信系统(简称5G系统)支撑的物联网,其接入量和覆盖面将大大扩展,可以较好的适应和满 足城市轨道交通日益增长的运维需求。通过研究5G系统与物联网的发展方向、技术特点以及融合趋势,并对该融 合对城市轨道交通运营与维护方面的影响进行分析和探讨,提出了应用建议和对策。

2017年2月27日至3月2日,世界移动通信大 会(MWC)在西班牙巴塞罗那召开¨J,第五代移动通 信系统(SC)成为本届MWC关注的焦点。相对3G、 4G更多的是满足语音以及数据业务需求,5G则聚焦 于增强移动宽带、海量连接物联网、垂直行业应用等 领域,是“万物互联”的关键载体。据GSMA预测,到 2020年,基于蜂窝技术的物联网连接数将达到10亿 ~20亿口”18,物与物的连接将会更加多样和丰富。 “时时互联,物物互联”的愿景,近在咫尺。

截止2016年末,中国大陆地区共有30个开通 城市轨道交通运营,共计133条线路,运营线路总长 度4 152.8 km。运营线路增多、客流持续增长、系统 制式多元化、运营线路网络化的发展趋势更加明 显""。而传统轨道交通运营存在智能化低、人力密 集、响应缓慢等问题。在这种背景下,从运营需求 出发,通过积极推进新技术的应用,提高运用管理 水平已是当务之急。可以预见5G和物联网的融合 同样将为轨道交通运营创造更多价值。

2 5G移动通信系统

2-1 概述

近几年随着4G在全球范围内已经完成大规模部署,5G已成为国内外移动通信领域研究的热点。相比4G系统,5G系统在峰值速率、频谱效率、覆盖、 连接数、延时、可靠性、用户体验、功耗控制等方面都 有显著提高。为大规模物联网、车联网、虚拟现实、增 强现实、在线游戏等应用提供了有力的支持。

2.2 5G技术 5G关键技术主要集中在无线技术和网络技术 两方面。无线技术领域主要包括:大规模MIMO技 术、新型多址接人技术、超高密集度组网技术、新型 多载波技术等;网络技术领域主要包括:网络切片 技术、控制平面/用户平面分离技术、网络功能重构 技术等H J17。因此,相比4G技术,5G技术将实现单 位面积移动数据流量增长l 000倍;在传输速率方 面,典型用户数据速率将提升10~100倍,峰值传输 速率可达10 Gbit/s(4G为100 Mbit/s)Ls];同时,端 到端时延将缩短5~10倍,达到ms级,频谱效率将 提升5~10倍;高速移动性可达500 km/h。 

2.3 5G发展及预期 早在2008年4月,美国NASA就展开了5G通信 技术的研究。随后欧洲、中日韩等主要经济体纷纷开 始研究5G的核心技术。经过多年发展,5G技术有了 长足的发展。在2017 MWC上,3 GPP宣布会提前半 年确定5G新空口规范№J,业内预计2019年有望实现 大规模5G部署,此举将大大加快物联网产业发展。 

我国移动通信技术从1G开始到4G,从空白到领 跑,实现了移动通信产业发展的历史转折。2013年, 我国成立了面向5G移动通信研究与发展的IMT一 2020工作组,并积极参与5G的标准制定。该工作组 推动了我国提出的5G愿景与需求成果成为全球共识,将我国主导的5G关键技术写入5G国际主流标 准,并发挥运营企业市场牵引作用,推进了5G支撑移 动互联网、物联网应用融合创新,提升无线移动通信 服务能力。而根据国家工信部的规划,我国2017年 将加快5G等重点频率的规划与协调。国内主流厂商 华为和中兴则计划在2018年前至少投资数亿美元, 并积极开展5G关键技术验证。目前,我国5G技术 已于2016年9月完成无线关键技术的试验,接下来 将进行5G技术方案验证和5G系统验证,大规模5G 部署已进人快车道。2017年是行业从5G原型中走 出、进入早期商用产品和现场试验的一年。


3物联网


3.1 概述 所谓“物联网”的概念,最早由美国麻省理工大 学相关人员提出。关于“物联网”确切的定义,是指 通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、 激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何 物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现 智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络∽J。


3.2物联网技术 物联网核心技术包括以RFID为代表的物品识 别技术、传感与传动技术、网络和通信技术、数据处理 与存储、以3C融合为代表的智能物体技术等。通过 依靠微型感应芯片技术、智能化及无线网络技术,使 得人和物、物和物之间都能“交流”,做到万物互联。 从而运用于城市公共安全、工业生产、环境监控、智能 交通、智能家居、公共卫生等多个领域。其主要体系 架构分为感知层、网络层、应用层,分别实现数据的感 知测量、信息的传送通信以及各类应用服务等。

3.3物联网发展及预期 美国、欧洲、El本等国近年来加大了对物联网 的研究与投入,分别建立应用试验平台、制定战略 计划以及成立工作组等等。中国一直重视物联网 的研究,相关工作自二十世纪九十年代就已启动。 2010年10月8日,中国科学院成立中国科学 院物联网研究发展中心。2011年11月28日,工业 和信息化部印发《物联网“十二五”发展规划》。经 过多年发展,我国物联网产业政策环境不断完善, 产业体系初步建成,创新成果不断涌现,应用示范持 续深化,规模已经形成。具体反映在:公众网络机器。

到机器(M2M)连接数突破1亿;芯片、传感器、智能终 端、中间件、架构、标准制定等领域均有成果及突破; 在工业、农业、能源、物流等行业的提质增效。但还存 在产业生态竞争力不强、产业链协同不强、标准体系 不完善、物联网与行业融合不足等问题一J。2017年1 月17日,工信部制定印发了信息通信行业发展规划 物联网分册,提出促进物联网规模化应用为主线,提 出了未来五年我国物联网发展的方向、重点和路径, 更明确要求加快物联网与行业领域的深度融合,深化 物联网在智慧城市领域的应用。该分册为物联网在 城市轨道交通的应用指明了方向。


5G和物联网的融合 随着4G演进中的NB.IoT、eMTC的成熟,无线 物联网的发展开始起步。支持未来“万物互联”的 两个最重要的核心需求是海量的连接和1 ms左右 的时延,目前的移动通信网络无法实现。而ITU.R (国际电信联盟无线电通信局)确定的5G具有以下 三大主要的应用场景‘1 0I:(1)增强型移动宽带;(2) 超高可靠与低延迟的通信;(3)大规模机器类通信。 后两种场景极大地符合了物联网的“万户互联”实 际需求,又能较好满足物联网对网络标准化、安全 性等方面的需求。将提前结束物联网接人技术各 自为政的局面,取而代之的是统一框架下的无缝及 可靠的连接,同时大幅度地降低了建网的成本。

本文关键词:边缘计算网关

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