第五代移动通信（5G）带来了更多的用户场景，这些场景往往对用户体验质量有着更高的要求，即更大的信息容量，更高的数据速率，更低的延迟以及更灵活、可扩展的网络。物联网（IoT）就是5G概念的用例之一，它是智慧地球的基础架构，但地面网络的局限性阻碍了物联网设备和服务的部署。此前的观念中，提到对地基网络的补充，人们第一反应为“天基网络”。事实上，在万物互联层面，意大利有学者提出了更进一步的解决方案，即卫星、无人机与5G地面网的集成。

图1：远程物联网商业解决方案架构（图标来自Noun项目网站）

物联网是指无线连接的大量设备和传感器之间的数据交换，而不会受到人为干扰。它可以用于各种领域，例如智能计量、智能建筑和环境监控。全球已安装的物联网连接设备数量已从2015年的154.1亿增长到2018年的231.4亿，并在2025年有望达到754.4亿。

在讨论卫星、无人机与5G地面网的集成方式之前，首先需要明确的是远程物联网的架构模式。如图1所示，物联网设备通过作用于数据链路和直接封装物联网应用程序数据的物理层的技术，将其数据传输到品牌定义（例：LoRa、SigFox或Ingenu）的网关。所有涉及的协议都是经过严格品牌定义的，每个网关都是协议转换器，将私有IoT应用程序封装到Internet协议栈中，以传送到物联网云。其中品牌定义的服务器会将应用程序层从IoT应用程序转换为对于终端用户适合的Internet应用程序协议（例如HTTP）。

图2：物联网设备-无人机-卫星和5G架构

无人机、卫星与5G地面网络之间的集成（以支持IoT用例为目的）可以应用于多种场景，并带来多种益处，这取决于“非地面对象”的作用。如图2所示，在没有其他通信基础设施的情况下，为了通过IoT设备收集和转发生成的数据，无人机和卫星可用于5G应用场景。无人机可以帮助扩展商业物联网网络的覆盖范围，例如作为移动访问点，其位置和移动路径就可以得到正确的设置和动态调整。

当然，这类复杂的集成技术也无可避免的面临着许多挑战。譬如在路由技术方面，5G-UE包含5G通信的用户端点，即5G CN无法看到链接到无人机的多个IoT设备。必须在无人机上实施适当的机制，以允许它们正确分配发往IoT设备的数据（命令、请求等）；在移交技术方面，无人机是通过遵循预定的路径来更改其位置，但若卫星是非对地静止卫星，它们的信号并不总是覆盖固定区域，这就意味着IoT设备无法始终链接到同一无人机，并且无人机也无法恒定链接卫星，在这些不同种类的切换事件期间，需要适当的切换机制来管理正在进行的通信；在长期存储技术方面，由于无人机和卫星之间，或卫星与卫星网关间链路的不可预测故障，无人机可能会暂时与5G CN断开连接，这将带来通信的衰减甚至中断。

因此，对于这类物联网集成的设想，还存在许多有待解决的问题，或许通过数学分析和数值模拟，这项研究将会取得下一步进展。

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