【科普:蜂窝网络是如何为物联网服务的?】

蜂窝网络为我们所了解和喜爱的许多事物提供了骨干,使我们能够访问互联网、乘车、与朋友联系、购物、观看视频等等。除了众所周知的个人应用外,蜂窝网络在许多物联网应用中也起着至关重要的作用,并且在不断发展。

在过去的一些文章中,我们探讨了其他连接技术,包括WiFi,蓝牙和LPWAN。我们有这么多连接选项的原因是因为IoT应用程序可能会大不相同,这意味着要求会有所不同。

尽管连接技术不断得到改进,但最终,在功耗,范围和带宽之间总会有一个权衡。 过去,蜂窝连接一直专注于范围和带宽,却以功耗为代价,这意味着它可以在远距离发送大量数据,但会很快耗尽电池电量。这对于连接到电源或可以经常充电的设备(例如您的手机)来说是很好的选择,但是对于需要远程传感器和设备持续使用数月或数年的物联网应用来说,这是不可行的。

但是,关于蜂窝网络,这还不是全部。您可能听说过2G,3G和4G等名称,但是NB-IoT和LTE-M等新的蜂窝技术专门针对IoT应用。5G可能也将证明对物联网有利,并且具有变革性。

蜂窝网络如何工作?

当我们通过移动设备打电话,发送短信或访问Internet时,我们正在向附近的手机发射塔无线发送信号。这些蜂窝塔既接收我们的信号,又将信号发送回给我们。 蜂窝塔是基站的一部分,基站与其他基站和互联网具有有线连接,有助于跨越比单个蜂窝塔更大的距离传递信息。

像所有无线通信技术一样,蜂窝网络使用电磁波发送信息。正如您的无线电具有可以调谐的不同频段一样(例如,调谐到101.1意味着您正在收听101.1 Mhz频率),无线通信技术也具有其工作的特定频段。

如果所有无线通信都尝试使用相同的频率,则对于清晰的通信将有太多的噪声和干扰。因此,FCC规定了可以由哪些人使用的频带,并且蜂窝载波各自具有允许其工作的特定频带(例如,Verizon在746-757 MHz和776-787 MHz频带中) 。

但是,即使拥有自己指定的频段,运营商仍然需要考虑干扰。如果运营商的两个基站相互靠近并且以相同的频率运行,则它们的信号会相互干扰,并给试图在该区域使用网络的人造成问题。

该问题的解决方案也是下一个问题的答案。

为什么称其为“蜂窝”网络?

之所以称为蜂窝网络,是因为网络运营商将区域划分为“小区(cells)”。 每个小区都有一个小区塔,其工作频率与相邻小区塔的频率不同。 例如,如果您使用六边形排列,则意味着您仅需要7个不同的频率即可确保相邻小区中不会使用相同的频率。

蜂窝网络是如何为物联网服务的?
每个小区的面积取决于使用密度。在城市中,每个小区的距离可能只有半英里,而农村地区的距离可能会高达5英里。

当用户在小区之间移动时,其频率会自动更改以切换到新的小区信号塔。幕后还有很多事情要做,以管理同时在移动中同时使用同一网络的大量用户。

G是什么意思?

即使以上所有内容对您来说都是全新的,您几乎肯定也曾经听说过诸如3G或4G之类的术语。这些分别指的是第三代和第四代。

每一代都是由称为ITU无线电通信部门(ITU-R)的标准机构定义的一组标准和技术。该组织负责管理国际射频频谱和标准,这有助于确保频谱的有效利用。如果没有这样的机构和规则来控制谁可以使用什么频谱,不同的公司和组织可能会相互干扰并降低整体服务水平。

但是,应该注意的是,即使在同一标准下,仍然可能存在不同的技术。例如,UMTS(通用移动电信系统)是主要在欧洲,日本和中国使用的3G技术,而CDMA2000系统则在北美和韩国使用。

那么1G,2G,3G和4G有什么区别?

从1980年代初期推出的1G系统开始,此后大约每10年推出一次新一代。每一代都带来了新的频段,更高的数据速率和新的传输技术(不向后兼容)。

因为每一代都是不同的,这就是为什么你的手机上可能没有4G覆盖,但仍然有3G(以及为什么你可能没有不能上网,但却能够打电话和发送短信)。

几家运营商已宣布将关闭其2G网络,以释放无线电频谱用于其他用途。 任何使用2G无线电的机器都需要将其无线电替换为新一代无线电才能继续工作。

蜂窝连接是否是物联网的好选择?

这一切都取决于您的特定用例。如导言中所述,蜂窝一直以来都不适合许多物联网应用,因为它消耗大量的电力,而且单位成本可能很高。这限制了蜂窝连接到具有直接电源、需要发送大量数据、不涉及大量设备且位于人口稠密地区的应用程序。

对于需要传感器/设备使用电池供电的用例,不需要发送大量数据,拥有数千个设备,或者可能是远程的,蜂窝电话并不是一个合适的选择。但有些情况正在改变。

运营商正在推动专门针对物联网的NB-IoT和LTE-M等新型蜂窝技术。尽管您仍然需要在人口稠密的地区(要在蜂窝塔附近),但是这些技术将提供低成本,低带宽,低功耗的连接性,这将使目前成本高昂的众多新物联网用例成为可能。

随着多家运营商即将推出其服务,请留意这些蜂窝技术。

5G是怎么回事?

下一代蜂窝连接有望带来革命性的变化,提供高达100Gbps的速度(相比之下,当前4G的速度为1Gbps)。这种巨大的带宽将成为未来许多应用(包括自动驾驶汽车,增强现实和虚拟现实等)的关键推动力。

也许5G最具变革性的影响之一就是它可以替代物理电缆。城市和企业可以使用5G来满足他们的需求,而不是在有线基础设施上进行时间和资源密集型的建设。这也为使用云开辟了新的应用程序,而云以前可能受到需要发送的数据量的限制,而不是依赖于本地处理。

除了高带宽外,5G还承诺超低延迟和高度可靠性,使其也成为工业物联网应用的促成因素。未来的工厂可以在工业生产环境中放弃有线以太网,成为动态的可重新配置的工厂,这些工厂会随着新的需求而变化。

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Dr.G这个品牌,很早我就有所耳闻,尤其是他们家的防晒,在网络上风评很好。
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@蒂迩肌DrG

科技添柴 “非接触经济”升温

2020-04-16 09:15:24 来源: 人民日报海外版 作者: 刘峣

疫情之下,“非接触”的需求愈发强烈。小到点外卖、上网课、云办公,大到公共场所的测温、征税等政务的办理、制造企业的无人生产……一系列“非接触式”的场景和应用,推动了“非接触经济”的升温,让相关产业的数字化升级发展火了一把。

场景广泛 行业发展领跑

4月12日上午,在北京市一家盒马鲜生超市,等候进入商场的顾客依次在电子屏前“刷脸”,体温实时显示在屏幕上——疫情期间,在火车站、机场、商场等人群聚集场所,由各类测温机器人进行的“非配合式体温测试”已经成为常态。

所谓非配合式体温测试,实际上是通过热成像技术实现的。只要有人从摄像头区域经过,即便戴着口罩,也能精确检测体温。这种非接触式服务,既为大流量人群的疫情防控提供了解决方案,也可有效预防人工检测存在的各类隐患。除了测温,此类机器人还能够通过人脸识别等技术,实现人群的动态管理。

事实上,“非接触”的升温,不只体现在疫情防控第一线。自疫情发生以来,智能配送、远程办公、互联网医疗、在线教育等行业均得益于非接触的需求,迎来爆发性增长的良机。

在配送环节,非接触的用武之地同样广阔。国家邮政局近日表示,将积极推广智能快件箱等模式,尽可能减少人员接触,最大限度保护一线员工和消费者的生命安全、身体健康。

京东物流集团首席科学家孔旗介绍,疫情期间,包括京东在内的很多公司,积极响应“科技抗疫”号召,启动了各项智能科技的应急保障措施,无人配送车和无人机等无人科技发挥了非常重要的作用。2月6日,京东物流自主研发的智能配送机器人穿过武汉街头,将医疗物资送达武汉第九医院。在武汉之外,长沙、贵阳、呼和浩特的京东智能配送站也在持续通过配送机器人为周边社区服务。

在疫情中受挫的餐饮行业,也因更智能和更安全的外卖,得到了一定程度的复苏。采用智能取餐柜等方式取送外卖,成为“无接触经济”爆发下的服务新标配。

日前,美团外卖在武汉、北京、上海等地分批投放了千余台智能取餐柜。取餐柜内部设有紫外线消毒和保温功能,不仅能够做到点对点的精准投送,卫生安全也更有保障。智能取餐柜与平台后台数据打通,可提升整个外卖平台的运行效率。

非常时期的庞大需求,也让远程办公等新模式进入上升期。根据第一财经联合钉钉发布的数据显示,我国在线办公市场规模近年来保持稳步增长,今年受疫情影响,市场规模有望突破500亿元。面对市场机遇,各企业纷纷跑马圈地,相继免费开放远程办公资源。

在疫情蔓延全球的背景下,中国发展非接触式经济的成果和经验,也启发和推动了全球的需求。近日,联合国在纽约总部宣布腾讯公司成为其全球合作伙伴,为联合国成立75周年提供全面技术方案,并将通过腾讯会议、企业微信和腾讯同传在线举办数千场会议活动。

专家分析,目前我国非接触式服务行业的发展水平处于全球先进水平。在移动支付、电子政务、远程办公、电子商务、智慧物流、共享交通、在线教育、远程医疗等领域,中国均有普及程度高、业务模式较为成熟的产品。此外,在装备制造水平方面,中国拥有强大的机器人产业、可穿戴设备产业、智能装备产业、数字经济产业等高新技术制造业。

供需两旺 助力经济升级

非接触经济,是基于人与人或人与物接触有限或没有接触的经济。研究显示,2003年发生的非典疫情催生了第一次非接触经济的热潮,带动了以电商为代表的非接触经济发展。而非接触经济在2020年的爆发,则是依赖于5G、物联网、人工智能、大数据等一系列新兴科技手段,在社会生产和生活方面有了更全面和更深入的覆盖。

中央财经大学中国互联网经济研究院助理研究员胡思佳认为,大数据、云计算、人工智能、5G以及智能物联等新型技术是数字经济的技术基石,也是实现非接触经济的技术载体。作为数字经济的重要组成部分,非接触经济不仅是国家应对重大突发性公共事件的重要助力,更是基于新技术和新需求的新型经济形式,对于我国整体经济的数字化转型升级具有重要意义。

深圳可持续发展研究院胡涛指出,非接触经济涵盖了信息产品、货币金融、货物物流等服务,有望成为新兴产业的又一个风口。从需求侧看,全球对非接触式服务及装备制造有巨大潜在需求;从供给侧看,信息技术、机械控制技术、材料科学正在快速进步,满足需求的能力越来越强。

面对非接触经济的热潮,相关部门和各地政府部门也推出相关举措,鼓励非接触经济发展。

国家税务总局纳税服务司负责人韩国荣在日前的国新办发布会上表示,针对疫情,税务部门充分运用信息技术和税收大数据,推行非接触式办税缴费。目前税务部门已发布185项网上办税缴费事项清单,今年年底将达到200项左右,实现更多税费业务从实体办税服务厅向网上转,提高“非接触”比例。

近日,上海市提出加快发展在线经济、到家经济、非接触式经济等新经济新产业。据了解,得益于工业机器人、智能装备的逐步应用以及智能工厂建设的推广,上海在智能制造领域取得了较为显著的成效。例如,上汽通用金桥工厂无人车间在疫情期间运用“黑灯工厂”“智慧物流”等智能制造手段,实现非接触制造。无人生产线始终“不掉线”,在防控阻击疫情的同时,打好了稳产、高产的守卫战。

制定规范 满足应用需求

疫情创造的非接触需求,改变了民众的消费方式。以非接触经济为代表的新业态、新模式,能否延续发展势头,成为培育新动能、构筑新优势、抢占产业制高点的着力点?

业界普遍认为,此次疫情暴露出部分行业和企业过度依赖线下服务模式的局限性、敏感性和脆弱性,激励更多市场主体塑造线上化、数字化服务能力。多名专家指出,“无接触经济”的多项环节已具备技术基础。随着5G、人工智能、物联网等技术的快速发展,以及“新基建”兴起带来的产业数字化转型升级,非接触经济在未来有更广阔的发展空间。

例如,在消费行业,社区零售和“无接触零售”迎来风口。无人货架、无人超市、智能取餐柜、智能快递柜等无人零售模式再次火爆。在支付行业,无接触支付需求激增,线下场景对“无接触支付”的需求将迎来新的高潮。

胡涛指出,大力发展非接触式经济,既是疫情防控的需要,也是深化供给侧结构性改革、培育壮大新兴产业的历史机遇。在打赢这场防疫攻坚战的时机,中国应当趁势大力推进非接触式经济,运用制造业优势,大力发展非接触式服务业,迅速抢占产业制高点。

但值得注意的,不少业内人士指出,中国对非接触经济和服务的重视程度还不够,缺少国家、行业的发展规划和标准规范,数字经济的基础设施还无法完全满足应用需求。

胡思佳认为,当前数字技术在中国各地发展水平差异较大,在经济欠发达地区非接触经济的实现仍然面临困难,企业缺乏向线上转型能力。因此,应当进一步加强数字技术的研发和数字基础设施的普及,进一步降低数字技术应用的成本,缩小不同地区经济数字化水平的差距。在此背景下,在线教育与医疗、电子政务等领域将因数字化转型而更多获益,有助于实现各项公共服务的数字化,满足民众对于医疗和教育等方面的基本需求。

重庆市南川区大观镇中心小学学生进入校园时接受人脸识别和红外线体温测量。 新华社记者 王全超摄(图一)
  
中国同拉美和加勒比国家举行视频工作会议,就新冠肺炎疫情防控开展交流。 亚历山大·培尼亚摄(新华社发)(图二)
  
在中国科学技术大学附属第一医院,乘客用“无接触电梯按钮”操作电梯。 周牧摄(新华社发)(图三)


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