《電子技術(shù)應用》
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5G是為了控制物聯(lián)網(wǎng)裝置而生

2015-10-10

  每個人都認為認為5G是指過了4G后的第五代,但他們都錯了——即使是智慧型手機營運商也散播這樣的錯誤訊息——這是德國德勒斯登工業(yè)大學(TU Dresden)通訊網(wǎng)路教授Frank Fitzek在日前舉行的SEMICON Europa 2015上所強調(diào)的重點。

  “5G聽起來就像是4G的進一步升級,但其實不然,”Fitzek表示,“5G技術(shù)純粹是為了物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置的控制與操縱而打造的。”

  被譽為“5G專家”(5G Man)的德勒斯登工業(yè)大學教授Frank Fitzek展示顯示器墻原型,它可利用5G技術(shù)達到僅1毫秒(ms)的低延遲;該系統(tǒng)原型將在NFL美式足球賽季期間進行現(xiàn)場直播(但他并未透露在哪個球場)

  為了證明自己的觀點,F(xiàn)itzek引用最高與最低的兩項數(shù)據(jù)預測——在2020年時,全世界將有最高達5千億臺/至少達500億臺的IoT裝置互連。他指出,這些裝置大部份都不會是智慧型手機,因為地球上也只有70億人。

  “就 算每個人都有2支手機,比起5G的連網(wǎng)汽車、連網(wǎng)列車、連網(wǎng)機器人、連網(wǎng)電網(wǎng)、連網(wǎng)城市、連網(wǎng)醫(yī)療保健以及連網(wǎng)教育等數(shù)量,也會變得相形見 絀,”Fitzek說,“對于人手2支的140億支智慧型手機來說,4G技術(shù)已經(jīng)夠好了。5G當然能讓智慧型手機瀏覽網(wǎng)頁更迅速,但5G并不是為此而打造 的,而是為了解決問題——特別是4G無法解決的延遲問題?!?/p>

  為了控制自動駕駛車列車、汽車、機器人以及人們夢想中的其他各種IoT裝置, 有必要以一種更接近當今的方式進行連接。他們需要真正使用不同的路徑來發(fā)送相同的訊號(Fitzek說,雖然TCI/IP能夠使用不同的路徑,但如果你追 蹤傳送訊號的路由器到達同一端點,它每天都會是相同的)。

  Fitzek說:“自動駕駛車將會是真正的連網(wǎng)汽車,因為效率和安全性將會需要 彼此間以固定延遲進行通訊。智慧工廠和智慧機器人也同樣需要以固定延遲互連。還有我所謂的觸覺網(wǎng)際網(wǎng)路——你能在遠端真正感覺到物體質(zhì)感,所有的一切都需 要固定的延遲;無論訊號走什么路徑,延遲的時間紿終是相同的——1毫秒。”

  為了證實這一點,F(xiàn)itzek交給我一個頭戴式顯示器,設定好1ms延遲后扔了一顆足球給我,我很輕松地接住了。在來回丟了幾次球后,他把延遲設定改為10ms,我怎么樣也接不到球了,甚至設定在2ms時,他就站在我面前丟球,球也一樣從我手中滑落,我什么都接不住。

  他說還可以用自動的機器人、汽車、工廠機器等更多例子進行展示,結(jié)果都會是一樣的。4G和5G之間的差別在于確保了1ms的延遲,因而可使得連網(wǎng)的IoT裝置變得更普遍可靠、安全與穩(wěn)定。

  為了改善所定義的可靠性、吞吐量、延遲、復雜度與能耗,5G利用協(xié)同策略與網(wǎng)路編碼的關(guān)鍵技術(shù)

  我反駁道,“汽車以每小時55英哩的速度行駛又該怎么說呢?”他馬上露出燦爛的笑容,讓我彷佛掉進了一個精心設計的陷阱中。

  Fitzek“沒錯,但他們大致上都以相同的速度行駛,因此,相對于彼此而言,他們?nèi)匀恍枰?ms的延遲,才能有效地進行通訊,第一部車在煞車時傳送1ms延遲的訊號給其后的汽車,第二部車再傳送訊號至其后的汽車,以此類推。而你只需要確保1ms延遲即可?!?/p>

  Fitzek 堅持認為,為了符合5G規(guī)格,我們所要做的就是實現(xiàn)1毫秒的延遲,不管訊號傳送到多遠都一樣,再加上它還確保了即使是世界上最厲害的駭客也無法破解的加密 技術(shù)。既要實現(xiàn)更安全的加密技術(shù),同時又不能影響延遲,是相當困難的事,但Fitzek表示,他已經(jīng)組織了一群研究生共同試驗他的想法十多年了,相信很快 就能克服這項挑戰(zhàn)。

  在這十多年的研究期間,F(xiàn)itzek的學生已經(jīng)分拆出五家公司了,目前正致力于推動5G革命的不同層面進展。他說,這些研究概念包括復雜的數(shù)學演算,但可迅速執(zhí)行;具有高能效,而且可靠又超安全。雖然他現(xiàn)在還不打算發(fā)表這些成果,但我們已經(jīng)見識到1ms的實力。

  網(wǎng) 路切片(network slicing)結(jié)合每一個基地臺內(nèi)的認知運算、本地儲存與本地連網(wǎng),加上傳輸期間隨機次數(shù)的加密編碼與重新編碼,都只能由目標收件人進行解碼。實現(xiàn)這一 目標的工具就是軟體定義網(wǎng)路(SDN)、軟體定義儲存以及軟體定義無線電(SDR),以便增加靈活性、重新排序封包、解碼多個編碼資料路徑,以及最重要的 就是——都必須在1ms延遲的條件下實現(xiàn)。


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