用中国人自己的技术应对5G面临的挑战

shuszhao

2020年8月6日，在ASPENCORE集团举办的第二届国际电子产业链资源对接大会上，盛路物联董事长杜光东给大家作了题为《5G时代大连接、高可靠物联网解决方案》的主题演讲。杜光东是国家无线个域网标准工作组专家、中国电力发展促进会智能用电专家委员、中国智慧城市专家（库）物联网专家委员， 5G 产业联盟第一届专家委员会执行主任，发明专利739项，实用新型专利15项，PCT 国际专利280项，软件登记 76项，主持或参与国家重大科研项目10余项，系DDA无线网络技术发明人，Spider无线技术发明人及技术持有，2011 年中国科学新闻年度人物。



5G在物联网时代面临的技术挑战

5G是当前的热点。简单地说，5G不过是社会发展到现在所需的一种通讯工具。按照国际电信联盟的定义，5G则是以用户应用为目标的一种信息生态。在未来10年，只要能解决这十年时间轴内的用户目标，就是5G。

相对于2G、3G和4G，5G主要有两个使命：

[li]进一步提高移动互联网的用户体验；[/li][li]部分应用场景的物联网实现。[/li]

移动互联网的用户体验也就是速率，如果速率够高，在密集型区域不会卡，也能满足AR/VR、远程医疗对时延的高要求非常。物联网场景在5G时代这十年不可能完全实现，可能后面还有6G、7G、8G，物联网是一个漫长的成长过程。
物联网与移动互联和移动通信最大的不同，是垂直行业碎片化。在移动通信系统中，手机是唯一的终端，因此比较容易确定无线通信技术路线和无线通信标准，而物联网无线侧，不同行业的无线终端性能、指标、业务质量要求、数据格式、物理信息标准完全不同，很难用某一种无线技术和标准对所有的物联网行业需求进行“一网打尽”。
5G LTE是国际电信联盟主持的一项无线通信技术标准，也是当今的一大热点。虽然5G无线接入网仍围绕4G核心技术LTE展开,但LTE并不能代表无线通信的全部。除LTE外，WiFi、蓝牙、LoRa、DDA、ZigBee、Z-wave、DASH7、SigFox、NFC、LR-WPAN、Insteon、WirelessHART、ISA100.11A、DSRC(802.11P)等无线通信技术，都有各自的优势、特点和应用场景。
从5G R16可知， 5G LTE只是5G无线接入侧的一部分，不能等同于5G。
5G主要涵盖三大场景：增强移动宽带(eMBB)、高可靠超低时延(uRLLC)和大规模机器通信(mMTC)。mMTC主要靠NB-IOT/eMTC解决，uRLLC主要靠LTE-V解决，NB-IOT/eMTC和LET-V均为4G技术，达不到5G愿景的需求指标。
5G要想达到与4G网络一样的覆盖，投资可能将需要达到4万亿。从需求方面看，国家的整体要求是提速降费，手机用户选择5G网络服务的前提是通信费用不能提高，5G如果只能在增强移动（eMBB）方面提高性能，运营商的投入产出比是无法承受的，因此5G必须解决mMTC和uRLLC两个应用方向的技术难题，从这个角度看，5G的路还很长。
将NB-IoT正式纳入5G标准，说明在未来较长的一段时间内，5G LTE技术框架针对物联网海量大连接mMTC没有更好的解决方案。用户可以根据不同的应用场景，选择不同技术：首先选择NB-IoT，如果NB-IoT在某些情况下达不到要求，可选择有线或非LTE框架内技术，包括5GNPN和5GLAN、有线或WiFi、企业级局域网，最后是跟IEEE合作，如美国的802委员会、802 154或157等等。
从移动、成本、功耗、安全、可靠、鲁棒等因素考虑，运营商只能建造消费级的广域网络。如何在有限资源条件下有效解决垂直行业工业级、行业级、不同安全级、不同QoS级的应用，从而帮助运营商延伸到高价值的垂直行业用户，5G还面临着诸多的挑战和实践。


DDA物联网方案

DDA（动态加密空间密集覆盖蚁群模式：Dynamic crypto Dense cover Ant colony）是盛路物联花了十年时间研究出来的技术，适合多终端、小数据量、低功耗、低成本、高可靠性等应用场景，如传感网、设备控制网、传感控制混合网等。
动态加密有三层含义：第一是内嵌了5种对称加密算法（DES、3DES、AES、SM1和SM4）、2种非对称加密算法（RSA和SM2）以及2种摘要算法（SM3和SHA-256），这些加密算法可以根据应用需要进行信源加密和信道加密；第二是密钥可动态变换；第三是保密通讯可以实现无线数据加密、认证、完整性、不可抵赖等多种安全应用。
空间密集覆盖是在保证数据可靠性和安全性前提下的覆盖，空间覆盖意味着空中、地面、地下、海洋的全方位覆盖。
蚁群模式是超低成本、超低功耗、高可靠性、高鲁棒性、超强覆盖、超大连接的形象化表述：单体蚂蚁成本低、能耗低；蚁群可靠性高（完成任务的可靠性高）、鲁棒性高（面对恶劣环境以及自身弱点自发的应变能力强）；哪里有蚂蚁，哪里就有蚁群覆盖意味着超强覆盖；每个蚂蚁都是终端节点，蚁群的蚂蚁超级数量就是超级连接数量。
DDA技术有三大特点：

[li]中国人自己的技术；[/li][li]通信指标上比NB、LoRa等同类技术好；[/li][li]与LoRa等技术完全兼容。[/li]

DDA无线网络技术的优势包括：

[li]低成本、低功耗、深度覆盖、海量连接四大基础技术指标全面超越NB-IOT、Lora等窄带物联网无线传输技术。[/li][li]频率选择灵活，方便在多个产业中应用。[/li][li]在保证低成本、低功耗、深度覆盖、海量连接四大基础指标前提下，实现双向实时数据传输。[/li][li]DDA内嵌了5种对称加密算法（DES、3DES、AES、SM1和SM4），2种非对称加密算法（RSA、SM2），以及2种摘要算法（SM3、SHA-256），这些加密算法可以根据应用需要实现无线数据加密、认证、完整性、不可抵赖等多种安全应用。DDA技术有望成为物联网时代国家安全、国防安全、民族安全的重要保障之一。[/li][li]DDA具有高可靠性、高鲁棒性、QoS（业务质量）可控等特点，不仅可以满足消费级网络的需要，也可以满足工业级、行业级甚至国防级网络的需要。[/li][li]目标区域无约束无线覆盖（无网无电区域：太阳能提供能源,自组网提供网络）。[/li][li]DDA网络的无线自组网技术和太阳能供电技术可以为应用项目落地节省大量的工程安装费用和运营维护费用。系统建设、运营、维护成本低。[/li]

DDA应用

DDA可用于智慧停车、智慧路灯、城市立体感知网、智慧用电等。

智慧停车：在冬天雨雪覆盖以及地下差不多零下20度的情况下，车位信息准确率达到99.17%。准确率不够，就会多收或者少收费。
智慧路灯：根据每个城市的供应和需求提供A、B杆方案，信息化要求高就增加A杆，初级智能化就用B杆。
立体感知网：给城市地下的、地面的、空中的、建筑物内的所有终端加上传感器，然后把传感数据传送到平台上。
下面的表列出了DDA与NB-IUoT、LoRa等其他技术的应用场景比较。

热带雨林

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5g预计会推进比较慢