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減低行動網路控制信號技術大量且多樣化的IoT設備,以低負荷就能連接行動網路的通信技術

將loT設備控制信號數減少到1/10

因應萬物皆可連結網路的「IoT(Internet of Things;物聯網)」服務已正式揭開序幕。除了既有行動電話之外,包括汽車、智慧電表、家電產品、穿戴式裝置、工廠的產業設備等,由於各種設備和感測器(=loT設備)都能連結網路,在創造新事業和解決社會課題方面備受期待。

預估在2020年,全球連接網際網路的IoT設備數量將超過500億台,平均每人為6.8台※1。然而,IoT設備數量驟增後,會在行動網路和IoT設備之間產生大量的控制信號※2,屆時恐有降低行動網路可靠性的疑慮。

NEC率先洞察到不久即將發生的此類問題,於是便儘速投入於以“物物相連的世界”為焦點的通信技術研發,進而世界首次成功開發出可將行動網路和loT設備之間的控制信號數減少至約1/10*3的「減低行動網路控制信號技術」。

推測通信間隔和同時傳呼區域,以優化網路

我們所用的行動網路,其前提是人在攜帶行動電話移動的同時,可隨時撥打電話、進行資料通信。因此,依據行動電話通信與移動的情況,在行動網路和行動電話之間,統一交換控制信號。另一方面,loT設備則是像智慧電表一樣,透過定期且自動傳送使用電量,同時也會像汽車一樣,持續以高速在廣闊區域移動等情況,與既有行動電話不同,擁有獨特的運作方式。如此一來,預計將在IoT設備產生不必要的控制信號,而產生比既有行動電話更多的控制信號。於是,NEC研究小組便正視到,若放任此問題不顧的話,loT的進展將面臨停滯不前的問題。

本次開發的通信技術,是讓以往統一執行的行動網路和終端(行動電話、loT設備等)間的交換控制信號,配合各自終端通信和移動特性後加以優化。藉此,除了能夠大幅減少控制信號數量,並透過有效率的將大量且多樣化的loT設備連接於行動網路,來減輕網路負荷,實現高可靠性的行動網路。

傳送時,減少控制信號的架構

終端從待機狀態轉移到啟動狀態以傳送資料時,首先要傳送控制信號,再連接行動網路。一旦完成目的資料通信之後,接著經過一定時間後,會從行動網路產生切斷處理。因此會依終端的通信頻繁度,頻繁重複連接→切斷→連接……這就是行動網路會擴大控制信號的原因。

倘若,繼續沿用現行行動網路所採用的通信技術,那麼一旦loT設備驟增,就會因大量產生控制信號,而引發「通信中斷」或「無法連結」的問題。

本次所開發的通信技術就是針對這個問題,推測每個IoT設備在行動網路上的通信間隔,並透過動態調整切斷處理的時機,便可大幅減少不必要的控制信號。

接收時,減少控制信號的架構

在待機狀態下接收終端資料時,如同智慧電表和家電產品一樣,對於隨時處於靜止或只能低速移動的loT設備而言,現行行動網路所採用的通信技術,是對廣範圍的基地台進行同時傳呼。當正式啟動因應IoT服務後,這也會成為擴大控制信號的極大原因,而有降低行動網路可靠性的疑慮。

在本次所開發的通信技術中,也針對這個問題,推測各loT設備在行動網路上的移動範圍,同時也鎖定動態變更執行同時傳呼的基地台區域,而得以大幅減少不必要的控制信號。

早一步預知loT時代的課題,著手解決課題

本次帶領研究小組的雲端系統研究所主任研究員山野悟先生,說明如下:「隨著loT的進展,研究小組率先洞察將面臨的行動網路課題,因而朝著技術研發、標準化、智慧財產化三位一體的方向展開研究活動。本次之所以能順利推動研發,主要是因為具備以巨量規格規定行動網路相關的廣泛知識;且在目前尚未有人關注這個問題的時間點上,著手研發的前瞻性。」


身為研究小組中心成員的雲端系統研究所主任研究員岩井孝法先生,也說明本技術的可能性:「這項技術可說是透過現行LTE架構,將擴大的控制信號降至極限之手法。在新一代行動通信規格的5G網路,也將透過我們所開發的減低行動網路控制信號技術,來實現更有效率的架構。」

關鍵是不需在終端上進行加工,3GPP國際標準規格也予以採用

在標準化活動中,因應通信業界加速全球化的趨勢,NEC致力於行動核心網路和基地台之間的通信介面及建立通信協定機制規格。具體而言,已領先其他企業,向行動網路的國際標準組織「3GPP(第三代合作夥伴計畫)」提出減少控制信號相關方式的提案。

NEC的方式是,不需對終端進行任何加工便可減少控制信號,而且對已在使用中的既有終端,也同樣具有減低控制信號的效果。


此方式已受到規定最新規格4GLTE-Advanced擴充功能之「3GPP Release 12」標準規格的肯定和採用。在IoT時代,率先考量到網路負荷問題而致力解決的前瞻性,藉由行動核心網路和基地台合作以減少控制信號的效果,以及技術導入的簡易性等,都同樣獲得好評。

透過本技術,針對運用行動網路的多樣化IoT服務,可望提升全球各地的研發速度。(日文版原文發表日期:2015年7月)

※1:  Seed Planning, Inc.公佈的預測數値。

※2:  行動電話或loT設備等終端在進行通信時,用於管理在行動網路和終端之間進行交換的終端通信連接狀態和位置等控制專用信號。

※3:   藉由既有技術與控制信號數做比較(本公司評估)


本次開發的部分技術中包含2012年(修正預算)日本總務省委託研究之「『物聯網』時代之通信規格的開發與驗證」研究成果。

研究者簡介

岩井 孝法 NEC 雲端系統研究所主任研究員

大學主修電學與電子工學。進入NEC後,從事Wi-Fi、IPv6、行動網路技術研發等,負責整體網路技術。他表示:「視野變得更廣闊,為了找出課題和研擬解決技術而活。」週末和假日時,經常與同事一起玩德國桌遊「卡坦島(Catan)」,原因是喜歡桌遊對手之間的策略運用與戰略性思考。

山野 悟 NEC 雲端系統研究所主任研究員

大學主修電學及通信工學。進入NEC後,從事IP網路和光纖網路研發。之後,負責主導研發感測器網路、Wi-Fi、行動網路等無線網路。為了維持健康,假日勵行慢跑運動,並透過智慧型手機APP,每天記錄行走路線、距離、步數。此外,也用可因應Wi-Fi的體重計,蒐集每天生活數據以做好健康管理。

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