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关于物联网发展对C网演进路线与策略的影响问题研究

木马童年 2018-10-12 20:15 99 0

前言 在3G/B3G的背景下中国电信C网的演进路线与策略,本己不存在多少争论与悬疑,因为2006年之后才开始部署EV-DO网络的运营商都会跨过EV-DO Rel.0 直接部署EV-DO Rev.A网络,再升级至EV-DO Rev.B并继续向LTE演 ...

前言

在3G/B3G的背景下中国电信C网的演进路线与策略,本己不存在多少争论与悬疑,因为2006年之后才开始部署EV-DO网络的运营商都会跨过EV-DO Rel.0 直接部署EV-DO Rev.A网络,再升级至EV-DO Rev.B并继续向LTE演进。

但是,物联网的出现与快速发展,却使本己明晰的中国电信C网演进路线与策略凭添了不确定因素。分析与把握由于物联网的业务需求所带来的用户流量模型的变化,以及由此引起的3G/B3G承载网与物联网业务所需承载网的不同,进而分析物联网的发展对C网的演进路线与策略的影响,应该引起业界的共同关注。

1、物联网发展对C网形成新的挑战

从C网诞生并发展至今全球5亿多用户,网络技术也从CDMA2000发展至EV-DO,但是其用户模型仍是以人与人通信为基础,特别是主要考虑语音基础业务为依据。比如各种业务的渗透率、忙时呼叫次数、呼叫持续时间等都是按照话音业务设置的,这些参数可能与物联网用户某些业务使用的参数大相径庭。另外,频谱、信道、地址等资源配置也都是依照人与人通信的需求而确定的。

物联网的到来,其巨大规模以及信息交互与传输以无线为主的特点,注定使物联网成为各种资源需求的大户。首先,物联网的业务规模是移动通信业无法比拟的。据美国研究机构Forrester预测,到2020年物物互联业务与现有人与人的通信互联比例将达到30:1,即可能从60亿人口扩展到500亿乃至上万亿的机器和物体。因此,当物联网正式实现,有超过500亿以上的终端需要通过无线方式连接在一起,其对各种网络资源的需求,尤其是对网络容量和带宽的需求将大大超越C网己有的设计与承载能力。

有专家分析,物联网的应用一般是小流量的M2M的应用,比如路灯管理、水质监测等,所需要传输的数据量很小,原有的2G/3G网络就可以实现对于这些数据量的支撑;还有人认为,物联网涉及的控制、计费、支付,实际上都不会占用大量带宽,目前有充足的资源支撑建设物联网。但是,应该看到,物联网也有大量占用高带宽的应用。以物联网的视频应用为例,视频感知是国外物联网的典型应用。如远程专家诊断、远程医疗培训已经成为智慧医疗应用的一个必然组成部分;在智能电网中,输电线路远程视频监控系统、电网抢修视频采集和调度指挥;在智慧城市中,几乎所有的城市都可以看到城市视频安全监管等,比如平安城市中公共交通等以视频图像为主的监控业务。而物联网的信息传输中,视频传输要求是最高的,也是占用频谱最多的业务。以北京的公交系统视频监控业务为例,目前北京市有3万多辆公交车,如果每辆公交车上面布设4个摄像头,则3万辆公交车的数据总量预计将达到约180 Gbps,而且对图像的连续性和实时性有较高要求,所以其传输的带宽需求绝不是目前的C网可以轻松承载的。

其次,移动蜂窝网络着重考虑用户数量,而物联网数据流量具有突发特性,可能会造成大量用户堆积在热点区域,引发网络拥塞或者是资源分配不平衡的问题。这些都会造成物联网的需求方式和规划方式有别于己有C网通信。

第三,目前,C网络是针对人与人通信设计的,它对不同用户申请的话音业务可以进行设置,从而进行控制并保障其质量;而物联网业务主要是数据业务,物联网业务在网络传输中只有有权和无权之分。而对于有权用户,其用户等级是相同的,网络只对信息进行尽力而为的处理。因此,网络不能针对物联网业务特性进行有效的识别和控制,而且当大量物联网终端接入后,网络的效率也将大幅降低。

因此,物联网的发展必然造成对C网的巨大压力和挑战。

2、面对物联网C网既定演进路线的优势与不足

业界对C网向B3G/4G的演进路线己形成了基本共识,即从CDMA2000- 1X演进至EV-DO Rev.A和 EV-DO Rev.B,再演进至LTE.当前,中国电信的C网已实现了EV-DO Rev.A的部署,而从EV-DO Rev.A向Rev.B的升级可分为两个阶段:第一阶段是把多个版本A的载波捆绑在一起,只需软件升级版本A信道板和BSC;第二阶段则采用具有高阶调制、干扰抵消等功能的新信道板,前向峰值速率可达到14.7Mbps.中国电信预计于2010年一季度开始部署EV-DO Rev.B.这种稳妥的演进路线具有明显的优势,即在LTE成熟之前有适合的技术与HSPA+竞争,设备终端成熟度较好,仅需软件升级便可完成,可继续使用800M频谱,不需申请牌照,投资少、见效快、升级平稳、安全性好。

但是,看似稳妥的演进路线在物联网的冲击下,却显露出不少问题。首先,是频谱资源的制约。中国电信EV-DO Rev.B外场测试结果显示,其频谱利用率相比EV-DO Rev.A提升了15%~20%,但由于目前中国电信C网所应用的7个频点中,大中型城市均已采用了其中4个频点,同时为保证室内信号的纯净度,又规划了1个频点用于室内与室外异频覆盖,这时如果采用3个EV-DO版本A载波捆绑升级至EV-DO Rev.B,频谱资源则更加紧张。因此,中国电信不得不倾向于以EV-DO Rev.B分流手机用户,以WLAN重点承担城市热点的笔记本用户。如果,再同时考虑物联网的频谱需求,那么EV-DO Rev.B必将面临带宽及信道的更大挑战。此时,EV-DO Rev.B是否还具有宽带优势将打上很大的问号。

其次,物联网业务在C网中的承载可划分为混同承载、区别承载和独立承载三个阶段。目前,在物联网业务发展初期为混同承载阶段,即直接采用现有C网网络承载物联网业务,网络本身不作大的改动,网络参数基本不变(如目前M2M业务的承载)。由于现有移动网络不能区分人与人的通信,还是物与物的通信,主要通过终端侧的配置以及对终端的管理来缓解网络的压力。

区别承载阶段(也称混合组网方式)是物联网业务发展中期,物联网应用规模的扩展对移动网络资源(如号码资源、传输资源乃至频率资源)造成了较大压力。这时需要对网络进行部分改造,使得网络侧能区分物与物的通信,从而采取不同的措施缓解网络压力,保障物联网业务质量。混合组网方式是将现有PDSN(分组数据服务节点)、AAA(鉴权认证)等分组域设备升级成为支持增强功能的设备,物联网业务和非物联网业务使用同一个移动分组域核心网。这种方式需要对现网分组核心网的PDSN、AAA升级改造,因此对网络影响较大。

独立承载阶段(也称为独立组网方式)是在物联网业务实现规模化发展后,将产生与人与人通信相互干扰的问题,同时也出现大量对通信质量要求较高的物联网应用。此时,应考虑采用物理/逻辑隔离的网络承载物联网业务,比如建设独立的接入网,在核心网中也划分专门的互联子网等。独立组网方式是由PDSN、AAA提供手机终端的业务数据路由,终端鉴权、认证、计费。AAA-M(物联网业务鉴权认证)存储物联网业务的数据签约数据;PDSN-M(物联网业务分组数据服务节点)从AAA-M下载业务签约数据,提供物联网终端业务数据路由,从而进行业务控制。手机终端接入PCF(分组控制模块),PCF将业务接入PDSN;物联网终端接入PCF,PCF将业务接入PDSN-M,这要求PCF能将不同用户的数据分发到不同的核心网设备。由于物联网业务的特定需求,为避免对现网业务的影响,对物联网业务单独部署C网分组核心网是必要的。

可以预见,如果中国电信C网在2~3年内能够实现EV-DO Rev.A向EV-DO Rev.B的升级,而物联网业务的发展也到了EV-DO Rev.B必须区别承载的阶段,那么EV-DO Rev.B的改造势在必行。而且,即使EV-DO Rev.B完成了适应物联网业务控制和传输的升级改造,但由于带宽等资源的限制,不但无法满足人与人的大容量数据业务需求,同时在承载如视频监控等高带宽、高实时要求的物联网业务时也会捉襟见肘。

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