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NEC:下一代移动IoT的网络架构、部署策略与关键技术

2016222日,NEC发布了一份5G技术白皮书“Optimum Network Architecture for Full-scale IoT,在业内首次较系统的阐述了基于5G(第五代移动通信网络)的下一代移动IoT的网络架构、部署策略与关键技术,有较大的参考价值,下文详细介绍。

 

1、总体

 

随着SDN(软件定义网络)与NFV(网络功能虚拟化)技术在最近几年的快速发展,电信网络功能的虚拟化开始成为现实。而且,这种虚拟化技术还可被应用于下一代的5G无线网络。另外,新兴的C-RAN(云无线接入网络)组网方式还可将复杂的信号处理与计算资源全部集中部署到无线网络控制器,从而更易于在其中部署核心网络功能及业务应用。通过部署这些资源,移动通信运营商可在将来为用户提供各种更高级形态的新兴服务。

 

此外,对于移动IoT(物联网)业务,运营商还将可通过部署MEC(移动边缘计算)技术来降低端到端延迟/时延、提高分布式处理能力。

 

移动IoT终端设备的数量将会呈现指数级增长态势,且在形态/类型上将会从现有的智能手机广泛延伸至汽车、用于视频监控的摄像头、机器人等。下文介绍NEC面向将来移动IoT业务的新型网络架构、定制化的迁移方案、情景感知控制技术(可用于提高下一代移动IoT专网的效率、可靠性及实时处理能力)。

 

2、下一代移动IoT专网架构应具备的能力

 

下一代移动IoT专网架构必须能保证三种能力的提供:接入量终端设备的效率、把各个无线电业务间的干扰降低到最小程度、高速率信息传输(面向交通工具自动驾驶与机器人远程控制)的实时处理能力。

 

如图1所示,此类移动IoT架构中,MEC将被部署于靠近移动通信基站的网络边缘位置,并采取未来的先进技术(比如专用移动核心网络或网络切片)精确地为有着特定移动IoT业务需求的地域分配/建立虚拟网络。另外,还可部署业务能力开放框架(移动通信国际标准组织3GPP正对其进行标准化)来优化专用虚拟网络的特定业务需求及终端设备行为。此类架构还应能降低各类无线电业务间泛在的信号干扰,按需提供实时处理能力,并面向业务及终端对网络进行优化。

 

1

下一代移动IoT专网架构[1]

 

3、下一代移动IoT定制化的迁移方案

 

为了不对现有移动通信/数据业务的提供产生任何影响,需要分阶段地将现有移动通信网络迁移至上述的下一代移动IoT专网架构。

 

第一阶段:独立于现有的智能手机网络建设专用的移动IoT网络。这种方式可以把移动IoT信号与移动互联网信号的相互干扰降低到最小程度,并可面向各种特定的移动IoT业务进行专网优化。

 

第二阶段:部署MEC技术,以面向各类延迟/时延敏感型业务提供专用的片域网络(spot networks)。这种组网方式特别适合于逐步部署与移动核心网络紧密协作的MEC技术。后续可通过C-RAN连接这些片域网络来扩大业务覆盖范围。

 

第三阶段:为了能在更广的地域范围内开展各类实时型的移动IoT业务,应对各个本地MECs进行协调,或对MEC与云进行协调。这种方式可通过对MECs与云中的网络与计算资源的灵活协作使用,来提高整个网络的效率及可靠性。

 

4、用于下一代移动IoT的情景感知控制技术

 

为了能进一步提高下一代移动IoT网络的效率、可靠性及实时处理能力,除了采取上述定制化的迁移方案,移动通信运营商还应能实现对于网络的灵活及最优控制。这就涉及到情景感知控制技术:实时掌握处于不同情境下的IoT终端设备行为(包括其移动及通信的方式),并对移动IoT专网进行动态化的运行控制。相关的技术简要描述如下:

 

1)连接控制技术

 

如图2所示,连接控制技术用以减小移动IoT终端设备所需的控制信号。随着与网络进行通信的终端数量不断增加,所需的连接断开连接控制信号的数量也不断增加。为减小网络的信令负载,连接控制技术可基于具体情境动态地决策每部移动IoT终端设备断开连接的适当时间,来大幅减小用于移动网络连接的控制信号数量。

 

2

连接控制技术的原理及效果仿真[1]

 

2)寻呼区域控制技术

 

如图3所示,寻呼区域控制技术用以减小移动IoT终端设备所需的寻呼处理能力。寻呼处理负载与寻呼成功率之间存在一种折衷——取决于寻呼区域的大小。寻呼区域控制技术将能基于移动IoT终端的历史行为对其可能的移动范围进行预测,然后对最优的寻呼区域作出决策。从而,其可大幅减小用于寻呼处理的实时控制信号,同时保证所需的寻呼成功率。

 

3

寻呼区域控制技术的原理及效果仿真[1]

 

3)通信调度技术

 

如图4所示,通信调度技术用以对移动IoT终端设备的接入流量进行平整处理。未来,量的移动IoT终端将以不同的周期进行通信,从而使得移动网络可能在某个时刻突然遭遇流量高峰,而其他时刻则流量较小。而通信调度技术将可使得网络对每部移动IoT终端的通信进行调度(基于其所能容许的最大延迟/时延及每个单位时间段内的移动数据流量情况)。该技术可在提高移动网络利用效率的同时保证各类移动IoT业务的时延需求。

 

4

通信调度技术的原理[1]

 

 

参考文献

 

[1] NEC. Optimum Network Architecture for Full-scale IoT.

http://www.nec.com/en/global/solutions/nsp/sc2/doc/wp_iot_nec.pdf, 2016-02-22.

 


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