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物联网即连接物与物之间的互联网。一方面，互联网仍然是物联网的核心和基础，物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络；另一方面，物联网将其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间，实现物品之间的信息交换和通信。近年来，随着芯片、传感器等硬件价格的不断下降，以及通信网络、云计算和智能处理技术的革新和进步，物联网迎来了快速发展期。 物联网产业将从接入阶段（末端设备、子系统等）、数据分享阶段（有线、无线通信连接系统）、互联与智能处理（总控系统和应用系统）3个阶段逐步推进，递次发挥主要作用。物联网在这3个阶段的发展无疑都将为城域传输网络的发展带来影响，而城域传输网络不断走向智能化也将助力物联网产业不断前行。 物联网业务的需求预测 目前授权频段的广域物联网连接技术以NB-IoT（基于蜂窝网络的窄带物联网）和eMTC（LTE演进技术增强机器类通信）为代表。三大运营商对于以后规模化商用基于蜂窝网络的窄带物联网均已展开了相关部署。NB-IoT可基于GSM升级，是为满足低速率、广覆盖、低功耗需求量身打造的；eMTC可基于TD-LTE升级，可满足强覆盖、大容量、低功耗和低成本的网络需求。目前物联网在电力、智慧城市、交通、能源、工业控制等多个领域均有应用，不同的应用类型和场景对带宽、时延、速度、可靠性有不同需求。新兴的物联网应用如表1所示，主要可以分属以下3类。 表1 物联网各类应用特点 对于mMTC场景（低速率、大连接）应用，NB-IoT是首选技术，以智能停车为例，通过部署NB-IoT网络，可实现停车车位状态监控、车位预约、取车引导等多项服务，打通了收费和管理渠道，解决了私家车数量增多导致的停车难、找车难、通行速度缓滞、缴费方式单一等问题。类似智能停车的mMTC场景应用虽然单体接入流量不大（单站总带宽640kHz）,时延要求低（秒级），但是会带来海量连接（单站需支持上万连接数）。对于自动驾驶、公共安全等对移动性和定位性要求较高的场景，eMTC技术可以发挥其特点。但是eMTC对传输网的时延要求苛刻，需要达到10ms甚至1ms级别。
物联网对城域传输网络带宽及时延均提出新要求 由表1所示的物联网各类应用特点所示，物联网需要城域传输网具备海量的接入、大带宽提供、超低时延和高可靠性保障等四大能力，下面将以车联网为例进行分析。 车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络，通过GPS、RFID、传感器、摄像头等信息采集装置，将车辆的各种自身信息经过互联网传送到中央处理器，计算出不同车辆的最佳路线、及时汇报路况和安排信号灯周期。 车联网带宽需求计算模型由下面两个公式所示。 车均带宽需求=单辆车带宽需求×峰值并发率 带宽总需求=汽车保有量×渗透率×车均带宽需求 杭州统计年鉴显示，2016年杭州市汽车保有量为230万，并保持每年2.5%的速度增长。2016年杭州车联网渗透率为8%，未来预计年均增幅达到21%，到2021年行业渗透率超过20%，杭州车联网渗透率预测如图1所示。2016年车联网峰值并发率为0.57%，按照汽车及车联网行业渗透率增长，预计2021年峰值并发率将达到3.75%，杭州车联网并发率预测如图2所示。 图1 杭州车联网渗透率预测 图2 杭州车联网并发率预测 由上述两个公式可测算杭州市车联网业务的带宽需求如表2所示。 表2 杭州市车联网业务带宽需求测算 由此可看出，杭州车联网的总带宽需求由2016年的10.5G增长到2021年的404G，增长了近40倍。而车联网业务只占整个物联网业务的小部分，因而传输网带宽资源将面临巨大挑战。 在时延方面，车联网对时延敏感，自动驾驶中的V2X通信对E2E时延要求达到1ms。从网络角度来看，时延的产生主要来源于两个方面：一是由于距离产生的信息在光纤传输产生的时延；二是设备在转发引入的转发时延。 业务E2E时延计算公式如下：E2E时延=两端应用时延+两端设备时延×2+光纤时延×2 当L2/L3设备位于骨干汇聚层时，经过的设备数量多，光缆的距离长，根据业务E2E时延所示，导致时延不满足需求。当L2/L3设备下沉至普通汇聚层甚至下沉至边缘后，可以减少途经的设备数量和光缆长度，显著降低时延。具体比较如表3所示。 表3 L2/L3设备部署位置对于时延的影响 从表3可以看出，L2/L3设备部署在骨干汇聚机房时，时延为1.3ms，无法满足车联网1ms的时延要求，需要下沉到普通汇聚机房或者边缘。 城域传输网络的三大应对举措 对于物联网快速发展带来的海量接入以及带宽、时延和业务保障方面的需求，城域传输网络将从以下几个方面进行应对。 l L2/L3设备下沉。智能抄表、智能停车等大规模物联网通信具有单点带宽需求小、数量巨大的特点。这些业务需要新建NB-IoT站点或者与GSM共站满足接入需求。为了匹配这些大量新增的业务与站点，L2/L3设备需要预留IP与VLAN。这导致L2/L3设备数量增加。L2/L3设备下沉一方面可以减轻核心机房的压力，另一方面可以减少业务流转过程中经过的设备数量和光缆长度，降低E2E时延，带来更好的用户体验。 l 传输网络扩容。物联网的发展带来的是接入基站数量增加，单站接入带宽增大。为应对变化，城域传输网PTN接入层可以考虑提高10GE/40GE接入环比例，引入10G PON技术，OTN逐渐下沉；汇聚层环网升级至100G/200G；核心层环网升级至400G，以此满足大带宽需求。 l 传输网结构扁平化，应用下移。对于车联网、AR/VR等业务，时延将是影响用户体验的重要因素。下个阶段，物联网将搭上5G应用的快车，eX2横向流量显著增加，MEC下沉可以实现eX2就近转发，降低碰撞概率，显著降低eX2流量时延。传输网络经过MESH化、扁平化后，能够更加灵活地实现业务的转发和调度，应对eX2横向流量的增加，减少业务的时延。
小结 伴随着互联网与移动通信的蓬勃发展，物联网将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统，最终实现物物相息的愿景。城域传输网络应当紧跟新技术的脚步，朝着大带宽、低时延、精细化运营的方向发展，满足物联网发展的需求。
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发表于 2018-1-23 10:02:23
