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从车联网到工业4.0 智慧应用关键──5G 通讯的低延迟与可靠度

日期:2017-06-12    来源:网络

国际充换电网

2017
06/12
13:44
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关键词: 5G 车联网 智能车

  智能车,或是更进阶的无人驾驶车,一直都是近几年资通讯大展的亮点。汉诺威电子展早在 2008 年就新增了汽车电子展区,包含 Benz 与 BMW 同时也在该年展出了未来信息概念车,首次将传统汽车业结合信息通讯技术。
 
  智能车,或是更进阶的无人驾驶车,一直都是近几年资通讯大展的亮点。汉诺威电子展(Cebit)早在 2008 年就新增了汽车电子展区,包含 Benz 与 BMW 同时也在该年展出了未来信息(IT)概念车,首次将传统汽车业结合信息通讯技术。现在的信息通讯大展已不再只限传统信息通讯业者如 Apple 或 Google 参展,更多的是汽车业者加入。而在大厂动向方面,高通并购了恩智浦(NXP)、英特尔最近并购了 Mobileye,都是看中未来汽车电子的潜力。
 
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  电动、智能车载及工业 4.0,成下个明星产业
 
  推升智能车的另一个潮流就是电动车的出现,由特斯拉在近几年带动的插电电动车风潮席卷了全球,其诉诸的节能减碳,绿能运输更是人类产业未来必走的路。近期减缓气候变迁与支持低碳经济是全球一致的目标。
 
  除了汽车应用外,另外一个未来产业亮点为工业 4.0。带入先进的感测、联网等智能技术进入传统工厂内,期待提高效率与质量。目前德国与日本都将工业 4.0 视为下一代发展制造工业的目标。在工业 4.0 预定目标中,透过机器对机器(Machine to Machine,M2M)的控制,智能工厂能实时(Real-time)自行管理生产链、物流与操作程序,互相整合的系统在机器、资产、操作程序与物料之间建立起互动的桥梁,智能机器与装置可利用校正程序,避免意料外的失误,让无效率的停机时间成为过去。
 
  而要发展智能汽车或是工业 4.0,共同特性都是透过资通讯技术让反应自动化,能否实时处理事件是非常重要的关键因素,其中智能汽车或是未来的自驾车,更是牵涉到人们生命安全,对于可靠性与处理突发状况的能力更是极端要求,在此之下,现行的 LTE-A 或是 LTE-A Pro(4G)处理此类需求恐力有未逮,故信息通讯业者期待透过制定 5G 中全新一代的通讯标准 IMT-2020,把人类的梦想进一步化为可能。
 
  车用通讯需求两大特性
 
  3GPP 已经在今年发表了俗称第五代移动通讯标准 IMT-2020 准备时程,将使用于 Release-15、Release-16 以及后续相关 5G 标准规格中。第一个 Release-15 版本将于 2018 年 9 月完成,主要为了满足较急迫的商业需求,尤其是在 2020 年东京奥运时商转;而第二个版本将于 2020 年 3 月完成,称为 Release-16,将满足 IMT-2020 提出的目标和所有可辨识的用例与需求。同时 3GPP 也公布了代表 5G 的识别图案(logo)。
 
 
  IMT-2020 确立了三大应用领域,分别是加强移动宽带(enhanced Mobile BroadBand,eMBB),大规模机器通讯(massive Machine Type Communication,mMTC)以及高可靠低延迟通讯(Ultra Reliable Low Latency Communication,URLLC)。现有4G(LTE-A)延续 3G 早已有的移动宽带技术,如目前 iPhone 7 具备三个聚波载合(Carrier Aggregation,CA)并且在 3GPP Release-13 定义了专为机器通讯的规格,例如物联网的 Cat-M 或是 NB-IoT,只有 URLLC 为传统 3/4G 所没有的新兴应用领域,广义而言,其也属于机器通讯的一种,只是相较于现行 4G 的规格,其应用于汽车或是工业使用等关键领域,与传统现行物联网专注于超低成本与超低功耗完全不同,可说为 5G 规格中相当重要的亮点。
 
  针对上面的车用或是工业用的需求,IMT-2020 的 URLLC 规格将处理满足最低 1ms(毫秒),其低延迟(Low-Latency)特性就是为了缩短通讯联机的时间,让智能汽车或智能工厂能有更充裕的处理由传感器所传来的信息。根据统计,目前 4G 系统在通讯延迟时间上都远超过此数值,台湾电信系统在最糟的情况需要 4X ms,而美国电信系统因为幅员广大,甚至有 2XX ms 的纪录。现行被采用为车载通讯(Dedicated Short Range Communication,DSRC)间技术之一的 IEEE 802.11p,虽然为 WiFi 架构的一种,但其主要修改要点就是缩短 WiFi 之高延迟特性,降低通讯传递的时间。
 
  除了缩短处理时间之外,汽车业攸关人命安全,本田汽车创办人本田宗一郎(Soichiro Honda)曾说:“交通工具与人命相关,从业员工需要有强烈的责任感,不负责任的人可以去卖文具用品或是布匹之类的,这些东西如果有缺陷的话,换个货就可以解决;但我们公司的产品如果有瑕疵,后果会相当严重。”故在 URLLC 规格上面,可靠性(Reliability)与可处理突发状况都是不可或缺的规格,确保收到与处理讯息的装置错误率都必须尽可能降低。
 
  会妨碍讯息传输可靠性的原因常见有三:讯息遗失、讯息错误或讯息传输太晚到达。前两者需要更多容错设计,而确保讯息在时限内抵达则需要重新设计电信系统架构。在 5G URLLC 设定可靠性目标中,可靠度如以机率表示,累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)需要达到 99.9999% 以上,才足以达到车用安全标准。
 
  
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