隨著互聯網在世界上幾乎任何地方變得容易訪問，使用互聯網的設備或“物體”的數量急劇增加，從而產生了物聯網(IoT)的(de)概念(nian)。在(zai)物聯網之(zhi)前，大多數設(she)(she)備(bei)(bei)都是(shi)在(zai)本地提供的(de)程序上運行，如果(guo)不設(she)(she)置一個特(te)殊的(de)系統，就無法與其(qi)他設(she)(she)備(bei)(bei)通(tong)信。物聯網使設(she)(she)備(bei)(bei)與其(qi)他設(she)(she)備(bei)(bei)無縫連接成為可能，并(bing)使它們能夠自我感知(zhi)周圍的(de)環境。
任何此類的物聯網系統的主干都是互聯網連接。沒有互聯網連接，就會像一個沒有“智能”術語的普通設備一樣運行。根據物聯網應用的(de)(de)(de)類型(xing)，市(shi)場上有相當多的(de)(de)(de)連(lian)(lian)接解(jie)決方案，但幾乎所有的(de)(de)(de)解(jie)決方案都有其限(xian)制(zhi)，特別是在可同時連(lian)(lian)接的(de)(de)(de)設(she)備(bei)數(shu)量方面。為了(le)解(jie)決這些(xie)問題，本(ben)文(wen)進一步討論了(le)一些(xie)新興的(de)(de)(de)物聯網連(lian)(lian)接技術(shu)。
回顧現有的物聯網無線技術
目前，有很多無(wu)(wu)線技(ji)(ji)術(shu)具(ju)有從短(duan)到(dao)長的(de)(de)覆蓋(gai)范圍。其中(zhong)(zhong)包(bao)括Wi-Fi和LTE等技(ji)(ji)術(shu)，幾乎每個人在日常生(sheng)活中(zhong)(zhong)都在使用這些技(ji)(ji)術(shu)。藍(lan)牙(ya)是(shi)最早(zao)的(de)(de)無(wu)(wu)線技(ji)(ji)術(shu)之一，最初是(shi)諾基亞的(de)(de)一個內部項目，后來流行(xing)(xing)(xing)于極(ji)短(duan)距離(小于100米)的(de)(de)便攜(xie)式(shi)連接。然而，藍(lan)牙(ya)在運行(xing)(xing)(xing)時(shi)消耗(hao)大量的(de)(de)能量，從而導致BLE(藍(lan)牙(ya)低(di)功耗(hao))的(de)(de)發展。BLE在智能手表和其他可(ke)穿(chuan)戴設備(bei)等便攜(xie)式(shi)設備(bei)中(zhong)(zhong)非(fei)常流行(xing)(xing)(xing)。
隨(sui)后(hou)便有Wi-Fi，其在(zai)(zai)短距離網(wang)絡連接(jie)中很常見。Wi-Fi是在(zai)(zai)IEEE 802.11標準下標準化，支持比藍牙(ya)高得多的數(shu)據速率(高達600mbps)。ZigBee是另一種廣泛(fan)應用(yong)于工(gong)業和家庭(ting)自動化物聯網(wang)應用(yong)的流行技術。與BLE相比，其可(ke)以在(zai)(zai)較(jiao)大的網(wang)絡流量負載(zai)下高效(xiao)工(gong)作。然而，就數(shu)據速率和功耗而言，BLE將是一個更(geng)好的選擇，且使用(yong)BLE可(ke)以預期更(geng)長的電池壽命(ming)。
最后，在遠程(cheng)連(lian)接下(xia)，便(bian)有了蜂(feng)窩通信(xin)技術，最新的(de)(de)是第(di)五代(5G)。目前，LTE(長期演進)是4G(第(di)四代)的(de)(de)標準化部分，在全球范圍內部署，提供比3G更(geng)高(gao)的(de)(de)數據速(su)率(lv)，但仍遠遠落后于真正(zheng)的(de)(de)4G連(lian)接。如今(jin)，隨(sui)著5G即將到來，數據速(su)率(lv)預計將提高(gao)約100倍(bei)，延(yan)遲降低10倍(bei)，并支(zhi)持(chi)更(geng)多連(lian)接的(de)(de)設(she)備。
大規模連(lian)接的頂級技術(shu)
現有的(de)(de)無線(xian)技(ji)術(shu)可(ke)為(wei)大(da)多數物聯網應用(yong)提供(gong)連接(jie)(jie)，但仍存在一些不足，特(te)別是(shi)在處(chu)理大(da)量(liang)物聯網設備(bei)時。未(wei)來，聯網物聯網的(de)(de)數量(liang)預計將達到250億左右。為(wei)了解決如此大(da)量(liang)設備(bei)的(de)(de)連接(jie)(jie)問題，許多新技(ji)術(shu)正(zheng)在研究，以解決現有技(ji)術(shu)的(de)(de)問題，同(tong)時保留其良(liang)好的(de)(de)特(te)性。
基于CS物聯網連接
這種類(lei)型的(de)連接是基(ji)于壓縮感知(CS)的(de)概念，其中(zhong)信號檢測是通過利用少數(shu)(shu)設備活動來執行(xing)的(de)。與LTE和NB-IoT不同，基(ji)于CS的(de)連接使(shi)用免(mian)授權隨機訪問(wen)。這使(shi)得物聯網設備可以(yi)直接上傳有(you)效載荷數(shu)(shu)據(ju)并(bing)傳輸序言(yan)。然而，CS算法的(de)高復雜性是其挑戰之一，在處理大量設備時可能會(hui)產生(sheng)額外的(de)問(wen)題。隨著連接設備數(shu)(shu)量的(de)增加，其還需要擴展帶(dai)寬。為了解決(jue)這些問(wen)題，已經開發了像NOMA和mMIMO等先進技(ji)術。
基于NOMA物聯網連(lian)接(jie)
NOMA(非正(zheng)交多路(lu)訪問)是最有效(xiao)的無授權大規模(mo)訪問之(zhi)一，其依賴于允許相同時頻(pin)信號之(zhi)間重疊的關鍵原則。這(zhe)是通過部(bu)署(shu)功率(lv)域多路(lu)復用(PDM)，或碼域多路(lu)復用(CDM)以(yi)及連續干擾(rao)消(xiao)除(SIC)來實(shi)現的，以(yi)對每個設備執行單獨的解(jie)碼。其主要(yao)優(you)點是允許同時訪問多個設備，而無需擴展(zhan)帶(dai)寬(kuan)。然而，在(zai)實(shi)施NOMA時仍(reng)然存(cun)在(zai)一些挑戰。這(zhe)些挑戰包括抑(yi)制SIC階段的錯誤傳播和(he)優(you)化的因子圖。
簡化(hua)的(de)NOMA連(lian)接
機器學習輔助物聯網連接
最后，機器學習輔助連接，其可以處理流量控制、資源分配和無線鏈路適應方面的問題。人工智能和機器學習是(shi)目前技術領域中蓬勃(bo)發(fa)展的(de)兩個領域，對于每種類型的(de)問(wen)題都有豐富的(de)解決方案(an)。使用機器學習，可以(yi)通過建模(mo)和提供資(zi)源分配的(de)最佳方式來解決動態無線環境中存在的(de)問(wen)題。這里唯一的(de)主要挑戰是(shi)，機器學習模(mo)型的(de)更高準確度(du)與(yu)獲得如此高的(de)準確度(du)所需的(de)計算和功率(lv)之(zhi)間的(de)權衡。
基于MMIMO物聯網連接
mMIMO(大規模多輸入多輸出)是另一種新興技術，可通過處理大量增長的數據流量為5G服務。與NOMA相反，mMIMO處理空間領域的無線資源，因此允許大量的機器類型通信(MTC)設備。在MTC中，mMIMO可以有效地解決訪問沖突、減少訪問延遲、提高隨機訪問能力。到目前為止，對分布式MIMO的真正潛力進行測試的研究很少。有必要設計一個同時具有低互相關性的大通透空間。
大規模物聯網的未來標準
所(suo)有討論的新興技(ji)術看起來都非常有前途(tu)，因為都不僅可(ke)(ke)以(yi)提供大規模連接，還可(ke)(ke)以(yi)確保物聯(lian)(lian)網(wang)設備之間(jian)的可(ke)(ke)靠和(he)低延(yan)遲通信。然而，要創造一個“完(wan)美的解決(jue)方(fang)案”是非常困(kun)難的，這些(xie)新興技(ji)術在(zai)應用時也有其自(zi)身的局限性和(he)問題。還有一些(xie)技(ji)術，如衛(wei)星物聯(lian)(lian)網(wang)，可(ke)(ke)以(yi)提供大規模遠程連接，且正在(zai)研究中。
