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终于,R16标准冻结,5G与工业互联网紧密结合的大幕正式拉开

2020-07-06 11:18
物联网智库
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为什么R16标准如此重要?我们知道,5G有3个典型的应用场景,分别是增强移动宽带(eMBB)、大规模机器通信(mMTC)和超可靠低延迟通信(uRLLC)。在这些应用场景中,最具挑战性的就是对于超高可靠、超低时延场景uRLLC的支持,这是5G走入万物互联阶段必须具备的网络基石。

本周有两条绝对不容错过的重大新闻,一个是线上展会“GSMA·万物生晖”正式开幕,来自世界各地的行业领袖,针对5G、人工智能物联网等前沿趋势展开讨论,观看之后收获颇多。

另一个是5G又有了新的实质性进展,7月3日晚间23点,国际标准组织3GPP(第三代移动通信合作伙伴计划)宣布R16标准正式冻结,业内翘首以盼的里程碑事件终于完成。

R16标准在网络能力扩展、潜力挖掘以及降低运营成本等方面,做出了诸多改进:包括对超可靠低延迟通信(uRLLC)的增强、对垂直行业和局域网服务的支持、蜂窝物联网的支持与扩展、增强V2X车联网(Vehicle to Everything)的支持、5G定位和定位服务、5G卫星接入、无线和有线融合增强、增强网络切片、支持无线NR-U免许可频谱设计等。

为什么R16标准如此重要?

你肯定知道,5G有3个典型的应用场景,分别是增强移动宽带(eMBB)、大规模机器通信(mMTC)和超可靠低延迟通信(uRLLC)。

在这些应用场景中,最具有挑战性的就是对于超高可靠、超低时延场景uRLLC的支持,这是5G走入万物互联阶段必须具备的网络基石。无论是工业场景还是自动驾驶的汽车,都不允许通信产生任何中断或者延迟,否则后果难以设想。

正是因为uRLLC对于5G的发展有着非比寻常的深刻意义,它是5G面向关键性任务提供通信服务的场景,所以3GPP花费了大量时间论证其中的很多技术细节。

全面增强落地的uRLLC正是R16标准的“当家花旦”。这一标准的冻结,意味着5G有能力对于垂直行业进行更好的支持,主要应用包括无人驾驶汽车、工业互联网与智能化制造协同、交通安全和控制、远程医疗与手术等。可以说,R16的冻结预示着5G即将与垂直行业重度融合。

因此本篇文章将结合这两个重大事件,为你呈现如下内容:

5G如何解决超高可靠、超低时延这对矛盾?

R16的冻结,打开了怎样的市场空间?

哪些接踵而来的变化正在路上?

01

uRLLC,既要熊掌、也要鱼肉

4G技术可以实现低于100ms的网络传输时延,这对于消费互联网的应用通常是绰绰有余,但对于工业场景的关键性任务而言,却远远不够。

垂直行业的很多应用场景都要求uRLLC在保障低时延的同时,提供端到端的传输安全性,以及99.999%的传输可靠性。

不过,超高可靠和超低时延这两者,本身就是一组悖论,就像我们在进行新冠核酸检测时,既要保证超高的检测准确性,又要保证超快的检测效率。它们是一种矛盾的组合体,分别完成已经是巨大的挑战,更别提还得“花开两朵,一起美丽”。

那么5G究竟是如何解决这组矛盾的?在《果壳中的5G》一书中,作者祝刚以深入浅出的语言给出了相当精彩的解读,此处援引书中的内容。

先来看5G传输过程中产生的时延,主要由3个部分构成:(1)无线接入部分的传输时间、(2)核心网部分的传输时间,以及(3)应用服务的响应时间。

为了降低无线接入部分的传输时间,5G的最基本逻辑是设法消除数据传输过程中的等待。

这个过程很像高铁的调度机制。如果把无线传输信道比喻成列车,数据包看作旅客,数据包需要等待它的列车进站,才能找到座位坐下,开始传输行程。旅客数量多的时候,即便是具有紧急任务的数据包,也得排队等待前面的旅客上车了之后才能就坐。

为了解决这个问题,聪明的5G采取了很多措施。第一是缩短发车时间。车次多了、间隔短了,旅客就会更快的上车。第二是取消了对号入座的限制。列车进站之后,只要有空座就可以上车,旅客也就可以更快的开启行程。

这里描述的方法,有个专业的名称:OFDM,多载频调制机制。5G的脑洞没有边界,减低时延的方法不止OFDM这一种。核心网部分的传输时间、以及应用服务的响应时间的缩减,也有很多办法,篇幅所限,咱们就不再展开。

接着再来看5G如何解决传输可靠性的问题。为了解决这个问题,5G采取了一个称为HARQ,混合自动重传请求的机制。这项技术是5G实现超高可靠和超低时延传输的关键。

在无线情况下,任何微小的环境扰动都有可能造成数据接收的错误,形成传输失败或者数据丢失。以前解决这个问题的思路是检测校验码,一旦发现数据包存在错误,就自动要求发送方重新传送数据包,而这个错误的数据包就被扔掉了。

HARQ的思路是,错误的数据包不被扔掉,因为其中还包含了一部分正确的信息。等着与下一次接收的数据包对比,就像组合一块块拼图一样,多个错误的数据包也可以组合形成正确的信息。这样一方面降低了等待完美无缺的数据包造成的时延,另一方面这种相互弥补的方式还提升了传输的可靠性。

总体而言,uRLLC不是依靠某一种单独的技术就可以全面实现,而是靠网络各个环节的一致努力,才能达到5G对于超高可靠、超低时延的兼顾,实现既要熊掌、又要鱼肉的承诺。

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