物聯(lián)網(wǎng)是決定未來(lái)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。無(wú)所不在的萬(wàn)物互聯(lián)終將成為現(xiàn)實(shí)。然而，無(wú)所不在的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋，沒(méi)那么容易。

　　ZigBee/6LoWPAN或IEEE 802.11ah等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，僅適于短距離物聯(lián)網(wǎng)覆蓋，且無(wú)法保證可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制。衛(wèi)星通信的成本讓人望而卻步，能耗高，且無(wú)法抵達(dá)室內(nèi)。

　　時(shí)代在召喚，蜂窩網(wǎng)絡(luò)瀟灑走過(guò)來(lái)。

　　物聯(lián)網(wǎng)嬌軀一震，勾搭上了已覆蓋全球的2/3/4G網(wǎng)絡(luò)，跟他在一起可以至少少奮斗十年。

　　2/3/4G網(wǎng)絡(luò)就像富一代，成熟穩(wěn)重，溫柔多金，還特有安全感。它網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，分布密集，有可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制，不僅能保證物聯(lián)網(wǎng)的安全性和有效性，且易于規(guī)劃、管理和監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)可直接接入現(xiàn)成的基站里，拎包入住，圓你一個(gè)別墅夢(mèng)。

　　為了配合物聯(lián)網(wǎng)之?huà)绍|亂顛，2/3/4G網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始內(nèi)外兼修，重振雄風(fēng)。它增強(qiáng)覆蓋，降低功耗，減少設(shè)備復(fù)雜性，降低時(shí)延，最小化每Bit成本。

　　畢竟隔了幾代，力不從心的時(shí)候也是有的。

　　GSM容量有限，無(wú)法滿(mǎn)足大量設(shè)備同時(shí)接入。富一代很拼，它減小信令開(kāi)銷(xiāo)，控制過(guò)載，收緊資源粒度，擴(kuò)大覆蓋范圍，但是，這終究只是權(quán)宜之計(jì)，如補(bǔ)充雄性荷爾蒙，不是面向未來(lái)的根本之路，日子還長(zhǎng)呢。GSM的功耗和接入時(shí)延讓物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)悟到了初夜的遺憾。

　　至于3G(UMTS)，工作頻段更高，覆蓋范圍小，室內(nèi)覆蓋差，同時(shí)，UMTS模塊比GSM模塊貴的多。Pass!

　　希望在LTE上?

　　夢(mèng)寐易忘，初心難改。

　　LTE是為數(shù)據(jù)洪流而設(shè)計(jì)，一開(kāi)始并沒(méi)有考慮物聯(lián)網(wǎng)需求。

　　講真，每次聽(tīng)說(shuō)LTE要熊抱物聯(lián)網(wǎng)，我就覺(jué)得它在死撐。

　　LTE網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是：設(shè)備少、流量大。少量的設(shè)備較之于海量的數(shù)據(jù)流量，信令流量幾乎可以忽略不計(jì)。

　　物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是：設(shè)備多、流量小。海量的設(shè)備較之于零星的數(shù)據(jù)包，信令流量大爆發(fā)，引起網(wǎng)絡(luò)癱瘓也不是不可能的。

　　與物聯(lián)網(wǎng)在一起的LTE面對(duì)許多現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)，包括控制開(kāi)銷(xiāo)、能效、覆蓋增強(qiáng)、魯棒性、安全和可擴(kuò)展性等。

　　最擔(dān)心的是，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共存，當(dāng)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入時(shí)，如何避免對(duì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的影響?

　　LTE的隨機(jī)接入過(guò)程(RACH)首先被擺上臺(tái)面。

　　當(dāng)UE(手機(jī))要和基站(eNodeB)建立數(shù)據(jù)連接時(shí)，為了和網(wǎng)絡(luò)建立同步，由UE觸發(fā)隨機(jī)接入過(guò)程。RACH由一系列時(shí)-頻資源組成，稱(chēng)為RA時(shí)隙。UE在RA時(shí)隙里使用前導(dǎo)序列向eNodeB發(fā)送接入請(qǐng)求。

　　LTE隨機(jī)接入過(guò)程有兩種類(lèi)型：非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入和競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。每個(gè)LTE小區(qū)有64個(gè)前導(dǎo)序列，分別用于非競(jìng)爭(zhēng)和競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。

　　非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入由網(wǎng)絡(luò)控制，能避免沖突，減小接入時(shí)延，保障接入成功率，比如在切換場(chǎng)景中。這不影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

　　影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的是基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過(guò)程。

　　(1) 前導(dǎo)序列傳輸(Message1)

　　(2) 隨機(jī)接入響應(yīng)(Message2)

　　(3) Message3發(fā)送 (RRC Connection Request)

　　(4) 沖突解決消息(Message4)

　　在基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過(guò)程中，會(huì)發(fā)生兩次沖突。

　　第一次沖突：

　　Message 1：UE隨機(jī)發(fā)送前導(dǎo)序列，請(qǐng)求接入。由于前導(dǎo)序列正交，同一RA時(shí)隙允許多個(gè)UE使用不同的前導(dǎo)序列。在這種情況下， eNodeB可解碼請(qǐng)求。

　　如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的UE使用相同的前導(dǎo)序列，沖突就會(huì)發(fā)生，導(dǎo)致eNodeB無(wú)法檢測(cè)到請(qǐng)求。

　　當(dāng)然，即使是多臺(tái)UE使用相同的前導(dǎo)序列，因?yàn)榻邮招盘?hào)強(qiáng)度不同，eNodeB也可能能檢測(cè)到請(qǐng)求。但是，這會(huì)導(dǎo)致eNodeB向多個(gè)UE發(fā)送相同的Message2(隨機(jī)接入響應(yīng))，從而將在Message 3處引發(fā)第二次沖突。

　　第二次沖突：

　　如果不同的UE收到相同的Message2，那么它們會(huì)獲得相同的上行資源，同時(shí)發(fā)送Message3，此時(shí)，第二次沖突發(fā)生。

　　隨機(jī)接入過(guò)程成為L(zhǎng)TE熊抱物聯(lián)網(wǎng)的第一道挑戰(zhàn)，因?yàn)楫?dāng)大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同時(shí)嘗試接入基站時(shí)(比如發(fā)生地震時(shí)，某地區(qū)的所有地震監(jiān)測(cè)器同時(shí)發(fā)出告警)，會(huì)出現(xiàn)信令尖峰，從而引起PRACH過(guò)載，接入競(jìng)爭(zhēng)可能性增加，接入時(shí)延和接入失敗率上升。

　　盡管，為了減小PRACH負(fù)荷，我們可以在每一幀里增加接入調(diào)度，不過(guò)，這會(huì)減少數(shù)據(jù)傳輸資源，導(dǎo)致上行信道數(shù)據(jù)傳輸容量吃緊。

　　還有，LTE幀中分配RA時(shí)隙有限。同時(shí)，PRACH前導(dǎo)序列采用的Zadoff -Chu序列處理，受限于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的計(jì)算能力。

　　總之，LTE難以應(yīng)付大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入，其引發(fā)的接入時(shí)延和接入失敗問(wèn)題會(huì)影響傳統(tǒng)數(shù)據(jù)(和語(yǔ)音)業(yè)務(wù)，當(dāng)然，這本身也會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

　　魚(yú)和熊掌不能兼得

　　解決的辦法也是有的

　　比如對(duì)人和物的接入請(qǐng)求進(jìn)行分離，主要包括3種：強(qiáng)制分離機(jī)制，軟分離機(jī)制和混合分離機(jī)制。強(qiáng)制分離將人和物的接入請(qǐng)求完美隔離。軟分離是指人和物共享資源池，但具有不同的接入可能性?；旌戏蛛x是前面兩者的混合。

　　比如Fast Adaptive Slotted Aloha技術(shù)，利用連續(xù)空閑或沖突時(shí)隙來(lái)估算網(wǎng)絡(luò)中激活的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量(網(wǎng)絡(luò)狀態(tài))，并迅速更新物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳輸可能性，從而減小接入時(shí)延。