刘汉艺
南京嘉环科技股份有限公司 广东深圳 518000
摘要：蜂窝物联网技术是物联网技术中一个非常重要的分支，其中的NB-IoT（窄带物联网）更是将既有的无线网络作为基础来提供的物与物之间的网络覆盖。该技术可以为多连接提供支持，同时也可以实现终端能耗的显著降低，以此来全面满足当今社会工作生活以及各个领域中的实际需求，比如智慧交通、智慧城市、环境监测、医疗保健等。本文主要对面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术进行了简单的探讨，以供相关人员参考。
关键词：蜂窝物联网；5G移动通信技术
1、蜂窝物联网的分类
物联网包括非蜂窝物联网与蜂窝物联网两种类型。首先，组网通信将传感器作核心，把星型的简单网络机构看作通信载体，运行前提是获取非授权频谱支持。但其覆盖面相对狭窄，只选择两级组网方案，对应的配置发挥了辅助作用，提高了非蜂窝物联网的维护与使用要求，但无法抵抗外界干扰，降低了信号在通信过程中的传输能力，威胁了传输的稳定性。加之受限的产业规模，导致物联网市场难以形成一定规模，其中LoRa、Sigfox等短距离通信技术都代表了非蜂窝物联网。蜂窝物联网突出了较强的覆盖能力，降低了成本，且为超大连接的物联网系统提供支撑，包含了NB-IoT与eMTC等，简化了LTE。利用NB-IoT技术设计结构时选择200khz超级窄带，把FDD作为工作结构，提高了网络覆盖能力，节省了建造成本，支持超大模式链接使用，小区内部能重选，自身结构无法提供模式和语音切换，这一物联网的低速率业务方式与窄带模式有效适应。而eMTC是LTW宽带，以FDD与TDD方式应用，能转换语音，NB-IoT与eMTC技术差异较大，存在互补业务。NB-IoT表现出极强的覆盖能力，在电池续航方面优势明显，通常在用户低速率、无语音操作和低速移动场景内运用。而eMTC的优势为用户速率与移动性，在实时性与交互性的物联业务中运用。
2、基于5G的蜂窝物联网功能及其架构数据的处理分析
2.1、各个子层的功能分析
（1）感知层：感知层是整个架构中的信息入口，同时也是其最前端，在这个网络架构中，所有的数据信息都是由感知层产生。借助于各种形式的传感器以及嵌入型的控制器，可以实现各种信息数据的采集，然后再借助于Wi-Fi、蓝牙以及ZigBee等的通信方式将采集到的数据汇入到感知层中。
（2）传输层：传输层的主要功能是数据传输，其中主要包括eMTC终端、NB-IoT终端以及5G终端。在这一层中，5G物联网关技术也是一个至关重要的部分，该技术的主要功能是进行协议的转换与传输，通过该技术，可以将感知层内的所有通信方式都转变成和5G移动通信技术互相兼容的数据形式。
（3）边缘计算层：这一层的主要功能是接入设备和处理数据，其终端通常为嵌入式终端。借助于边缘计算，可以让核心网络方面的开销得以有效降低和分担，让核心网络仅仅对边缘计算处理之后的数据进行处理即可，实现网络性能的显著提升。同时，这一层也具备身份识别以及安全认证等的很多功能。
（4）云计算层：云计算层的主要功能是给上层应用提供服务，这一层的主要组成部分包括公有云以及私有云，具体应用中，所有的数据都从这一层汇入，并在数据中心实现海量数据的储存和计算。
（5）雾计算层：雾计算层和计算层连接，可以为整个网络架构中的公有云、私有云以及边缘计算层之间提供无缝连接，比如功能定义、资源管理、权限管理以及接口定义等。
（6）应用层：在整个的5G蜂窝物联网架构中，应用层是最高层，其他所有层次的所有功能实现都是为了给应用层提供服务。
具体应用中，应用层可以借助于大数据处理技术来为人工智能以及决策支持等的各方面应用提供技术支撑。
2.2、架构数据处理分析
在5G蜂窝物联网架构的数据处理过程中，所有的终端数据都是通过各个传感器所产生，因为物联网感知层具有多样化的通信方式，所以感知层的数据将会按照不同的协议进行不同数据帧的分装。在这些数据帧进入eMTC终端、NB-IoT终端、物联网网关或者是5G终端的过程中，都是借助于5G移动通信的方式来进行数据传输。在网络边缘位置，借助于相应的边缘计算设备，可以让这些数据得到有效的边缘化处理，然后在借助于雾计算技术将经过边缘计算处理好的数据对接到云端。这些数据最终都会到达云端的大数据中心，并通过大数据处理技术来进行处理，以此来为各个应用层的具体应用提供支持。
3、面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术
3.1、NFV技术
欧洲电信标准协会对蜂窝物联网的NFV技术构架进行如下定义。C-SGN这一核心功能能够和4G/5G核心网的功能共享硬件资源、软件资源，通过融合部署，推动蜂窝物联网向5G技术不断演进。在蜂窝物联网中，NFV作为虚拟构架中的一部分，与另外两部分VNF、MANO平行。在NFVI中，包含多种COTS硬件资源池，如计算服务器、交换机、存储器等，在虚拟化层的映射下，转化为虚拟资源，之后利用虚拟机、容器等软件，生成vC-SGN，其中包含多种蜂窝物联网功能，如MME、HSS、SGW等。MANO负责工作包括网络业务的编排、资源的管理、VNF生命周期的管理、性能与故障管理。
3.2、SDN技术
蜂窝物联网的数据流典型路径为：终端→接入网→回传网→核心网→数据中心服务器，最终形成数据采集、数据传输、数据处理与数据执行的闭环流程。在蜂窝物联网内，SDN技术为回传网的传输控制提供支持，通过接入5G核心网，与AMF、PCF、SMF等功能单元相互协作，使转发面实现端到端的流量控制。在SDN的控制器控制流量并转发时，应考虑两方面因素：其一，网络的全局状态，如，网络中断能力、网络空口容量、存储容量、回传网的符合、蜂窝物联网的服务器容量。其二，业务服务的等级协议，数据流服务的质量等级，PCF内其他计费策略。
3.3、MEC技术
当前，多数边缘计算都为简单独立的服务器部署，虚拟化功能有限，业务能力少显单一，并不能称为云。为真正实现云，必须发展新技术与新概念，如：盒子中的数据中心，这一概念基于扩展云计算管理平台架构，通过和用户协商，为用户快速建立虚拟机或者删除虚拟机，该虚拟机用于住户计算卸载。5G无线网络部署时，可将部署为三级结构，分别是RRU、分布式单元、集中单元。在MEC中，计算负载的均衡是需要解决的重点，如何在边缘服务器、终端、云服务器等对计算任务科学分配并准确计算，是工作人员思考重点。为解决该问题，应对数据进行分类与分级，解决计算卸载相关问题，实现功耗最小化。同时，还应考虑SDN流量控制，以此发挥MEC的作用，为蜂窝物联网向5G迅速演进奠定坚实基础。
结束语
综上所述，在对基于5G的蜂窝物联网进行研究的过程中，技术人员应充分了解蜂窝物联网的实际应用需求，并以此为依据，借助于5G技术来进行蜂窝物联网构建，包括总体架构构建、各个子系统应用功能需求的满足、架构数据的处理以及NB-IoT的部署，促进物联网技术与5G移动通信技术的良好融合与发展。
参考文献：
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