以DDA技術因應5G挑戰

作者 : 廖均,EDN China

將NB-IoT正式納入5G標準,說明在未來較長的一段時間內,5G技術框架針對物聯網海量大連接mMTC沒有更好的解決方案。而DDA技術,適合多終端、小資料量、低功耗、低成本、高可靠性等應用場景,可望成為物聯網時代國家安全、國防安全的重要保障之一。

2020年8月6日,在ASPENCORE舉辦的第二屆國際電子產業鏈資源對接大會上,中國盛路物聯董事長杜光東進行題為《5G時代大連接、高可靠物聯網解決方案》的主題演講。杜光東是國家無線個人區域網路(WPAN)標準工作組專家、中國電力發展促進會智慧用電專家委員、中國智慧城市專家(庫)物聯網專家委員,5G 產業聯盟第一屆專家委員會執行主任,發明專利739項,實用新型專利15項,PCT 國際專利280項,軟體登記 76項,主持或參與國家重大科研項目10餘項,亦為DDA(動態加密空間密集覆蓋蚊群規則,dynamic crypto dense ant colony)無線網路技術發明人,Spider無線技術發明人及技術持有人,以及2011 年中國科學新聞年度人物。

5G在物聯網時代面臨的技術挑戰

5G是當前的熱點。簡單地說,5G不過是社會發展到現在所需的一種通訊工具。依照國際電信聯盟的定義,5G則是以使用者應用為目標的一種資訊生態,在未來10年,只要能解決這十年時間軸內的使用者目標,就是5G。

相對於2G、3G和4G,5G主要有兩個使命:

1.進一步提高行動網際網路的用戶體驗;

2.部分應用場景的物聯網實現。

行動網際網路的使用者體驗也就是速率,如果速率夠高,在密集型區域不會卡,也能滿足AR/VR、遠端醫療對延遲的高要求。物聯網場景在5G時代這十年不可能完全實現,可能後面還有6G、7G、8G,物聯網是一個漫長的成長過程。

物聯網與行動互連和行動通訊最大的不同,是垂直產業碎片化。在行動通訊系統中,手機是唯一的終端,因此比較容易確定無線通訊技術路線和無線通訊標準,而物聯網無線側,不同產業的無線終端性能、指標、業務品質要求、資料格式、物理資訊標準完全不同,很難用某一種無線技術和標準對所有的物聯網產業需求「一網打盡」。

5G是國際電信聯盟主持的一項無線通訊技術標準,也是當今的一大熱點。雖然5G無線接入網仍圍繞4G核心技術LTE展開,但LTE並不能代表無線通訊的全部。除LTE外,Wi-Fi、藍牙、LoRa、DDA、ZigBee、Z-wave、DASH7、SigFox、NFC、LR-WPAN、Insteon、WirelessHART、ISA100.11A、DSRC(802.11P)等無線通訊技術,都有各自的優勢、特點和應用場景。

5G主要涵蓋三大場景:增強行動寬頻(eMBB)、高可靠超低延遲(uRLLC)和大規模機器通訊(mMTC)。mMTC主要靠NB-IoT/eMTC解決,uRLLC主要靠LTE-V解決,NB-IoT/eMTC和LET-V均為4G技術,達不到5G願景的需求指標。

5G要想達到與4G網路一樣的覆蓋,投資可能將需要達到人民幣4兆元。從需求方面看,中國官方的整體要求是提速降費,手機使用者選擇5G網路服務的前提是通訊費用不能提高,5G如果只能在eMBB方面提高性能,營運商的投入產出比是無法承受的,因此5G必須解決mMTC和uRLLC兩個應用方向的技術難題,從這個角度看,5G的路還很長。

將NB-IoT正式納入5G標準,說明在未來較長的一段時間內,5G技術框架針對物聯網海量大連接mMTC沒有更好的解決方案。使用者可以根據不同的應用場景,選擇不同技術:首先選擇NB-IoT,如果NB-IoT在某些情況下達不到要求,可選擇有線或非LTE框架內技術,包括5GNPN和5GLAN、有線或Wi-Fi、企業局域網,最後是跟IEEE合作,如美國的802委員會、802 154或157等。

從行動、成本、功耗、安全、可靠、強健性等因素考慮,營運商只能建造消費級的廣域網路。如何在有限資源條件下有效解決垂直產業工業、產業、不同安全、不同QoS應用,從而幫助營運商延伸到高價值的垂直產業用戶,5G還面臨著諸多的挑戰和實踐。

DDA物聯網方案

DDA是盛路物聯花了十年時間研究出來的技術,適合多終端、小資料量、低功耗、低成本、高可靠性等應用場景,如感測網、設備控制網、感測控制混合網等。

動態加密有三層含義:第一是內嵌了五種對稱加密演算法(DES、3DES、AES、SM1和SM4)、2種非對稱加密演算法(RSA和SM2),以及2種摘要演算法(SM3和SHA-256),這些加密演算法可以根據應用需要進行訊源加密和通道加密;第二是金鑰可動態變換;第三是保密通訊可以實現無線資料加密、認證、完整性、不可抵賴等多種安全應用。

空間密集覆蓋是在保證資料可靠性和安全性前提下的覆蓋,空間覆蓋意味著空中、地面、地下、海洋的全方位覆蓋。

蟻群模式是超低成本、超低功耗、高可靠性、高強健性、超強覆蓋、超大連接的形象化表述:單體螞蟻成本低、能耗低;蟻群可靠性高(完成任務的可靠性高)、強健性高(面對惡劣環境以及自身弱點自發的應變能力強);哪裡有螞蟻,哪裡就有蟻群覆蓋,意味著超強覆蓋;每個螞蟻都是終端節點,蟻群的螞蟻超級數量就是超級連接數量。

DDA技術有三大特點:

1.中國人自行研發的技術;

2.通訊指標上比NB-IoT、LoRa等同類技術好;

3.與LoRa等技術完全相容。

 

DDA無線網路技術的優勢包括:

  • 低成本、低功耗、深度覆蓋、海量連接四大基礎技術指標,全面超越NB-IoT、Lora等窄頻物聯網無線傳輸技術;
  • 頻率選擇靈活,方便在多個產業中應用;
  • 在保證低成本、低功耗、深度覆蓋、海量連接四大基礎指標前提下,實現雙向即時資料傳輸;
  • DDA內嵌了5種對稱加密演算法,2種非對稱加密演算法,以及2種摘要演算法,這些加密演算法可以根據應用需要實現無線資料加密、認證、完整性、不可抵賴等多種安全應用。DDA技術可望成為物聯網時代國家安全、國防安全的重要保障之一;
  • DDA具有高可靠性、高強健性、QoS可控等特點,不僅可以滿足消費網路的需要,也可以滿足工業、產業甚至國防網路的需要;
  • 目的地區域無約束無線覆蓋(無網無電區域:太陽能提供能源,自組網提供網路);
  • DDA網路的無線自組網技術和太陽能供電技術可以為應用專案落地節省大量的工程安裝費用和營運維護費用。系統建設、營運、維護成本低。

DDA應用

DDA可用於智慧停車、智慧路燈、城市立體感測網、智慧用電等。

 

智慧停車:在冬天雨雪覆蓋·以及地下約零下20度的情況下,車位資訊準確率達到99.17%。準確率不夠,就會多收或者少收費。

智慧路燈:根據每個城市的供應和需求提供A、B桿方案,資訊化要求高就增加A桿,初級智慧化就用B桿。

立體感測網:為城市地下、地面、空中、建築物內的所有終端加上感測器,然後把感測資料傳送到平台上。

下面的表列出DDA與NB-IoT、LoRa等其他技術的應用場景比較。

本文原刊登於EDN China網站

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