5G+Wi-Fi 6 =更具智慧化的城市

作者 : Mark Montierth,恩智浦半導體(NXP)無線連接產品事業部總經理

隨著大都會基礎設施開始移轉到新一代蜂巢式行動通訊和Wi-Fi,這兩種技術將有能夠同時運作的新機會。結果是能讓智慧城市將能夠防患未然和自動化,使得都市地區更聰明、更有效率和更安全。

在每一座智慧城市的運作中心,做為無線基礎設施之一部份的蜂巢式(cellular)行動通訊網路與Wi-Fi網路協同合作,為重要的資訊和服務提供即時接取;無論是公共安全、緊急應變、交通控制、電力公司電網、廢棄物管理或人與人之間的互動,使用蜂巢式網路和Wi-Fi的行動和固定裝置,都是此間風景。

現在,隨著大都會基礎設施開始移轉到新一代蜂巢式行動通訊和Wi-Fi,這兩種技術將有能夠同時運作的新機會。結果是能讓智慧城市將能夠防患未然和自動化,使得都市地區更聰明、更有效率和更安全。

預期前景

現在是升級蜂巢式和Wi-Fi技術的好時機,原因有很多,首先連結網路的人和裝置數量較以往更多,這樣的趨勢只會越來越明顯;影片佔據我們存取資料中的一大部分,即使上網裝置較以往更多、一次能傳送的資料量也更多,我們對效能的要求仍不容妥協。此外,有些應用──特別是在運輸、醫療照護和製造方面──的運作需要達到即時或近乎即時的速度。

擁有大規模MIMO與mmWave支援的第五代蜂巢式行動通訊技術,即所謂的5G,旨在支援更高的動態速度和行動網路的容量。我們已見證在全球特定城市中進行的有限佈署,但全面性的5G轉移仍需要時間。構成5G的許多消費性或工業用的特定技術各處於不同的佈署階段,並在未來幾年加速成長。

同時,隨著5G基礎設施變得越來越普遍,第六代Wi-Fi──即802.11ax,或簡稱Wi-Fi 6──將能提供更快的速度、更低的延遲,並提高共享其無限基礎設施的裝置密度。Wi-Fi 6晶片組已上市,OEM正加快腳步採用此新規格。市場研究ABI Research預測,在2024年以前,70%的智慧型手機,還有9,300萬台桌上型電腦和可攜式電腦都將支援Wi-Fi 6。

5G+ Wi-Fi 6的威力

5G和Wi-Fi 6 都保證能帶來更優異的性能,但各有特色。每一個基地台可支援大量使用者的5G,非常適合戶外應用;類似的,能以大幅降低成本的方式支援高頻寬和高使用者密度的Wi-Fi 6則非常適合室內應用,例如體育場、會議中心、購物中心、校園和其他大眾聚集地。

但這並不是說在為新智慧城市應用選擇無線技術時只能二選一,在許多情況下,這兩種技術可結合使用,發揮強大的綜合效能以支援固定式和行動式使用案例。

安全性與成本

在某些案例中,蜂巢式行動網路和Wi-Fi可滿足的需求很類似,使用者不容易區分出哪一種技術更適合。在這些案例中,可以從安全性和成本需求考量來協助決策。舉例來說,蜂巢式行動網路可避免未授權的連結,因為SIM卡是識別使用者的唯一方法,並能讓服務供應商控制用戶經授權才能使用的功能、頻寬、網路和性能;這項特性在打造訴求線上安全性的差異化服務時極其有價值。

另一方面,Wi-Fi通常是更符合成本效益的解決方案,因為不需要透過網路營運商,而能大幅降低單一節點成本。Wi-Fi 6也能與前幾代Wi-Fi完全向後相容,進而降低升級成本,並為使用者支援更多費率移轉。當某些大規模企業決定只採用Wi-Fi建立自己的私有行動網路,能使用隨插即用的Wi-Fi路由器,無需支付行動通訊服務月租費;這會是一種大幅佈署和營運成本以實現新應用與能力的具吸引力方案。

實現全新應用

朝5G和Wi-Fi 6的轉移,也能在過去的蜂巢式行動通訊網路與Wi-Fi的協同合作基礎上,實現新的使用案例。例如,行動通訊服務業者能夠透過新的Wi-Fi 6接入點來分擔5G網路的流量;這種方式與他們利用當前Wi-Fi技術分擔4G和LTE服務流量的方式非常類似。

在公用辦公處所、公寓建築和私人住宅中,升級至Wi-Fi 6能為無線安保全系統新增動作偵測功能,或提供4k/8k等更高解析度的視訊體驗;在這兩種使用案例中,5G網路負責連結雲端,以及提供高畫質視訊串流。

在交通運輸應用中,5G和Wi-Fi 6可以彼此合作,改善交通工具上的資訊娛樂系統,或是支援密集佈署時的軟體和韌體更新,並簡化進階遙測資訊(包含視訊)的收集。

在大型賽事讓更多球迷連結Wi-Fi

在公共場所,像是購物中心、校園和展演空間,人們則能依據所在地點與需求,在5G和Wi-Fi 6之間任意切換。現今的智慧型手機已具備此功能,但新一代技術能實現一次讓更多裝置存取更多資料。

代表性的應用範例是美式足球賽。根據美國國家美式足球聯盟(NFL)的報告,在邁阿密舉行的第54屆超級盃賽事(Super Bowl LIV)期間,足球場內創下了傳送26.42TBytes數據量的新高紀錄,6萬2,000人次觀眾有超過70%曾連結場內的Wi-Fi網路,每一台行動裝置的平均數據使用量為 595.6 MB──這個案例使用的還是舊有Wi-Fi技術。

明年將於洛杉磯SoFi Stadium舉行的超級盃足球賽,將支援更高等級的網路連結體驗──目前仍在興建的體育場正在安裝Wi-Fi 6接入點,預期數量將超過2,500 個,可提供四倍以上的頻寬,讓高達10萬名觀眾同時用手機連結Wi-Fi。

支援車用通訊與個人化訊息

智慧車輛也將利用5G和Wi-Fi 6改善它們與交通基礎設施之間的通訊,並能夠讓車輛在行進間與其他車輛有效溝通。如今的車輛配備了上百個感測器,而且能管理饋入車輛的多個資料流。在支援即時互動方面,5G和Wi-Fi 6可能讓傳輸量提升十倍。配備5G和Wi-Fi 6技術的即時交通監控系統可使用人工智慧演算法,執行進階的視訊分析、回應當前情況,控制交通標誌、燈號與車道開放,以最佳化交通流量並將延遲降到最低。

除了高速道路上的應用,即時反應和連接更多裝置的能力,讓5G和Wi-Fi也能為行人徒步區和自行車道帶來交通改善。例如能感應行人、視情況自動開關的路燈,對於即將發生的路況或行人穿越馬路,感測器也能傳送即時警報。還有用來監控預設地理邊界內活動的地理圍欄(Geofencing)技術,可在人們經過特定區域時提供個人化訊息,告知即將舉行的活動或是鄰近商店、食品店正在打折。

隱身城市幕後的智慧應用

在城市基礎設施中,5G和Wi-Fi 6能夠為關鍵服務帶來強化功能,例如電力公司電網和廢棄物管理,或是根據天氣驟變、公眾集會等即時事件更精準管理水與能源的使用。

隨著5G和WiFi 6的覆蓋範圍逐漸擴大,物聯網(IoT)會越來越普及、影響力也更強;例如以太陽能供電的廢棄物容器能感測存量,在需要收取時即時通知相關人員,提高反應能力和效率,同時降低營運系統所需的廢棄物收集卡車數量。

這能讓城市本身更乾淨、更安靜,自動化程度也更高。安裝在路燈上的空氣濾淨器可在污染達到某個特定程度時自動開啟,在通常較吵雜的地點如遊樂園、露天咖啡座、夜店,也可配備降低噪音的技術,在吵雜程度達到一定的水準時自動開啟。

全面性的覆蓋

當5G和Wi-Fi 6技術到位,幾乎城市實體基礎設施的每個一個點都可連結高速無線網路。網路容量提升,意味著能佈署更多能夠監控情況和提供即時資訊以供資料分析的IoT裝置,而增強的寬頻將改善安全性並提供更優質的體驗。

5G和Wi-Fi 6是完全互補的技術,在智慧城市持續演進的過程中各司其職,特別是在網路邊緣對無線互動的支援。將以各種形式發揮作用的新一代無線技術,將實現能激發新想法、創造新商機,以及改善日常生活品質的基礎設施──以我們已經討論過、甚至是從來沒有想過的方式。

責編:Judith Cheng

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2002年5月號

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