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工業物聯網大規模應用 用頻需求海量增長
作者: 西安三澤電子有限公司 發布日期:2016-01-06

工業4.0在全球范圍內刮起產業變革浪潮,使得強工業物聯網實現大規模應用成為可能。同時,工業物聯網大量應用必將導致對頻譜資源需求的急劇增加,由于頻譜資源的有限和用頻技術發展的局限性,頻譜資源短缺問題就顯得十分嚴重。

當前,全球工業正處于新一輪科技革命與產業變革的關鍵時期,德國提出的“工業4.0”概念得到了業界的廣泛關注,各工業強國紛紛推出類似的“再工業化”和“制造業回歸”戰略。在今年我國政府工作報告中,國務院總理李克強提出“中國制造2025”戰略,被稱為中國版的“工業4.0”。“工業4.0”強調物聯網、服務性互聯網和商業信息技術間越來越緊密的聯系,最終傳統工業生產控制系統將逐漸演進成兼具智能化和網絡化功能的信息物理系統,工業物聯網的大規模應用將成為可能。但與此同時,這種大規模應用的工業物聯網必將對頻譜資源產生強烈的需求,如何滿足用頻需求,已經成為“工業4.0”時代必須面對的主要問題。


新時代用頻現三大趨勢

“工業4.0”時代是具有智能化、網絡化功能的工業物聯網建設高速發展的時代。一方面,龐大的工業物聯網通過Things to Things(物到物)的通信方式,使人、機器和系統三者之間實現智能化、交互式的無縫連接,改變傳統工業生產控制方式下被動獲取少量信息的信息收集方式,實現了自動、準確和及時地收集生產參數,數據傳輸量大增;另一方面,龐大的工業物聯網涵蓋了大量的無線傳輸終端,上萬億的無線傳輸終端間傳輸的信息不僅僅是自身的信息,還有大量中繼轉發其他相鄰無線終端發送的信息,這樣就導致數據傳輸量急劇增加。因此,在“工業4.0”時代,頻譜需求絕不是如今已分配的移動通信和無線接入頻率所能承載的,必將向大量寬帶方向快速發展。

同時,隨著“工業4.0”時代的到來,工業物聯網將被廣泛應用于大范圍的供應鏈管理、生產過程工藝優化、設備監控管理以及能耗控制等各個環節,覆蓋范圍從局部性的小規模部署向國家或區域性的大規模應用轉變,構成全新的廣域網絡,形成了真正的物物互聯。隨著網絡規模逐漸擴大,用頻場景也從物物間的短距離、局域性和小規模通信,向網絡間的長距離、區域性和大規模通信模式轉變。

此外,用頻環境也從特定簡單向多樣復雜方向轉化。在“工業4.0”時代,由于采用無線方式傳輸數據的設備量激增,電磁干擾的隱患加劇,用頻環境異常復雜。在生產制造過程中,用于數據感知的傳感器節點遍布工業生產的各個環節,生產制造環境不但充滿強電磁干擾、金屬介質和多障礙等多元干擾元素,而且還動態存在“人、物料、設備、生產過程、產品”等眾多參與生產的元素,這種復雜的電磁環境嚴重影響傳感器獲得感知數據的準確性。在數據傳輸時,由于工業生產環境的特殊性,使得工業物聯網中的傳感器節點傳輸數據不但存在更多大型器械、金屬管道等對無線信號反射、散射造成的多徑效應,而且還將受到馬達、器械等運轉時產生的電磁噪聲對無線通信的干擾,導致數據傳輸的實時性、可靠性和準確性受到嚴重影響。


頻譜使用面臨嚴峻挑戰

“工業4.0”時代,物聯網廣泛應用在制造業領域,大量應用必將導致對頻譜資源需求的急劇增加,由于頻譜資源的有限和用頻技術發展的局限性,頻譜資源短缺問題就顯得十分嚴重。在“工業4.0”時代,新型傳感器技術、二維碼、NFC和射頻識別(RFID)技術等大量無線通信新技術將得到長足發展,各種新型無線應用不斷涌現,通過海量應用的無線智能終端,實現實體物理世界與虛擬網絡世界間的相互融合,實現資源、信息、物品和人之間的互聯互通,無線通信成為萬物互聯的主要通信模式,用頻需求顯著增長。據IDC分析家預測,2020年全球聯網的“物體”裝機總量將達2120億個,其中將有301億個為“物”聯網。另據我國研究機構預測,由于無線通信量激增,2020年我國4G的頻譜需求是1560MHz~1980MHz,頻率缺口將達到1035MHz~1455MHz,物聯網頻譜需求為1248MHz~1584MHz,缺口與4G相當。

同時,隨著“工業4.0”時代的到來,各種新型無線電設備不斷涌現,屆時全球在工業生產領域將有上萬億個不同種類的機器和設備通過無線通信技術連接,在這些設備中每個具有無線電發射功能的設備就是一個臺站,如何管理海量的臺站設備將成為無線電臺站管理工作需要面對的主要問題。此外,在工業生產領域短距離、微功率的各種無線新技術和新應用急劇增加,使得電磁環境異常復雜,帶來大量新的干擾問題。這些無疑會給無線電管理工作帶來巨大的挑戰。

為了解決干擾問題、滿足用頻需求,我國亟須健全無線電管理法律法規制度。到今年,我國現行的《中華人民共和國無線電管理條例》已經頒布實施20多年。隨著時代的發展,其逐漸暴露出諸多不適應性。而《無線電管理收費規定》、《無線電管理處罰規定》等在形式上僅屬于規范性文件,無法從法律層面保障物聯網設備的用頻環境要求,這與無線電管理對國家戰略資源管理的重要性嚴重不符。由于缺乏法律層級的依據,無線電管理工作者在查處干擾事件時,對于干擾問題的處罰存在執行難問題,不利于有效打擊用頻干擾破壞行為。

四管齊下解決用頻之憂

注重頂層設計,統籌協調頻譜資源。在推動“工業4.0”發展的進程中,相關頂層設計文件中應突出保障用頻需求的重要性,明確保證用頻需求。建議政府相關部門通過科學規劃,運用多種手段,合理配置頻譜資源,加強對部分頻段的調整,做到統籌協調,切實推進頻譜資源在工業生產領域的高效集約利用,保障我國在“工業4.0”時代的用頻需求。特別是重點做好“寬帶中國”、物聯網、下一代通信網絡等新興產業的用頻規劃和保障工作,促進產業快速發展。

創新管理方式,保障產業發展需要。在無線電頻譜資源管理方面,改進工作思路,積極探索頻譜資源市場化、精細化管理方式,研究通過拍賣招標、交易等市場化手段配置部分商用化程度較高的頻段,促進頻率高效集約使用。在無線電臺站設備管理方面,針對臺站設備日益小型化、集成化和規模化等新特點,將管理方式從注重事前審批向事中事后監管轉變,營造良好政策環境,促進產業發展。在電波秩序管理方面,要研究探索新形勢下的無線電監測手段,增強對新型干擾的監測查找能力

加強技術研究,提高監管能力。面對新形勢下無線電管理的新要求,豐富無線電監測手段,采用先進的無線電監測技術,適時加快新設備替代落后設備的步伐,提升無線電監管能力。加強無線電管理信息化建設工作,積極應用無線電管理信息系統一體化平臺,提高頻譜管理效率,為無線電相關技術的應用提供良好的頻率使用環境。鼓勵、引導設備生產廠商與高校、研究院所聯合開展無線電監測、檢測、信息化等技術設施產品的開發研制,促進無線電管理技術設施的接口開放,提升設備之間的互操作能力。

完善法治建設,適應新管理新要求。針對“工業4.0”發展過程中,用頻技術、標準和臺站管理方面可能出現的新情況和新問題,做好相關法規規章、技術標準的清理和修訂工作,以規范行政執法行為、行政裁量權和頻譜交易行為等為重點,建立、健全完善配套的頻譜管理法律法規體系,適應無線電管理環境變化的新要求,有效維護空中電波秩序,為“工業4.0”時代創造良好電磁環境。

來源: 中國信息產業網


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