2021/08/20天才小釣手
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5G專題探討: 智慧城市對人類生活帶來的改變
臺灣是一個城市化相當完善的國家，不管在飲食、生活、就業、娛樂的人類社會行為中，城市一直都是人們首選的第一目標。根據聯合國預測，到2050年，居住在都市區的人口百分比將接近70％。隨著人口增長以及迅速都市化的趨勢，智慧化管理城市是全球迫切的需求。要處理城市內這麼龐大的資源和運作，只有實現自動化和萬物互聯的情境，才具有成本效益，這也是智慧城市的基本概念。
建置智慧城市的第一步是將感測器sensor放置於任何地方收集數據，包含街道、建築物、公共設備，接下來將這些感測器產生的大量數據進行傳送、分析和應用回饋給基礎設施，進行對應的運作調整。實際應用包括垃圾、交通和停車管理、公共運輸車隊管理、空氣和水質監測的環境感測器。
圖 1 智慧城市概念圖
上述前言中可以感受其實要達到智慧城市的條件就需要一個可以支持這麼多感測器連接的網路，而5G所提倡的mMTC(巨量機器型態通訊)就是最完美的網路特性。因此，許多傳統的伺服器廠商就積極地推出結合mMTC與MEC(邊緣運算)的5G伺服器，藉此打造巨量物聯網網路需要的基礎設施。而滿足mMTC特性的方法是利用網路切片技術達到多樣化服務需求，在設計上採用可忍受延遲與利用低寬頻發送數據，有效傳輸與接收小量數據資料。目前mMTC所支援的連線密度可達到每平方公里100萬個節點(設備)，該數據是現今4G LTE數量上限的10倍。
圖 2 4G LTE對比5G的mMTC運用場景
接下來會介紹以下兩種主要使用到的技術與方式:
MEC(邊緣運算): 由於mMTC需要匯集和分析所有感應器產生的大量資料，以此掌握和控制所處的環境。邊緣運算使這些巨量數據傳輸和分析可以在網路邊緣進行，降低網路回傳，減少了基礎架構和營運成本。使用MEC在網路邊緣處理這些設備產生的數據，進而減少整個網路的頻寬和能耗，並且不需要通過雲端伺服器。
圖 3 5G網路拓撲
網路切片(Network Slicing): 可在相同實體網路架構提供不同的虛擬化和獨立網絡，滿足多樣化的服務要求，例如在4K影像傳輸應用提供高頻寬品質服務、物聯網通訊應用提供低頻寬多通道連結服務等，核心理念在於藉由傳輸情境設置不同的網路服務提供，確保使用者獲得最佳的網路服務品質。在此基礎所依據的是網路虛擬化的實現，每個服務都可以有單獨的網路架構、核心網路和RAN，透過設定讓某一個網路切片提供低安全性、低頻寬服務（mMTC），而另一個網路切片提供高安全性、高可靠性的服務（URLLC）。
圖 4 網路切片示意圖
透過以上的說明希望讓各位讀者可以對於智慧城市與5G的關聯性有所概念，進而可以在相關產業鏈上具備一定的掌握度，未來可以多關注相關的科技議題並且在使用新興科技的服務時能夠知道原理，共同參與科技社會進度的進程。
