5G賦能物聯(lián)網升級：應用場景不斷拓寬

（易歡）2020年，全球物聯(lián)網的連接數首次超過非物聯(lián)網的連接數，IoT在實現“物超非”后又進行了一次提速發(fā)展。今年，工信部發(fā)布的《2022年一季度通信業(yè)經濟運行情況》顯示，物聯(lián)網連接數超過人連接數的“物超人”時代即將到來，物聯(lián)網駛向快車道。

“2G、3G時代，物聯(lián)網是NB-loT窄帶物聯(lián)網，只有20/250kbps的數據率，4G時代是中速IoT，是上5/下10Mbps的數據率，到了5G時代，物聯(lián)網發(fā)展為大帶寬物聯(lián)網、大連接物聯(lián)網、中速低時延物聯(lián)網、無源物聯(lián)網等，數據率、連接數都有了大幅提升?！?中國工程院院士鄔賀銓日前在摯物大會上表示。

據鄔賀銓介紹，所謂大帶寬物聯(lián)網，5G在Sub6GHz頻段單載波帶寬為100MHz，下行峰值Gbps。但5G上行峰值因TDD主流時隙配比為7D3U在100MHz/3.5GHz僅 350Mbps。而工業(yè)上的應用需要大上行，可以通過上行載波聚合CA（高+低頻段同時承載）、上下行解耦SUL（增開低頻補充上行）、超級上行（TDD和FDD協(xié)同、高低頻互補、時頻域聚合，帶寬提升20%，時延降低30%）。

而5G大連接物聯(lián)網主要應用于共享單車、AGV、環(huán)境監(jiān)測等應用。在5G新增空口帶寬切片功能，將100MHz載波分割可同時支持大連接窄帶物聯(lián)網，還可與eMBB和URLLC同頻組網。另外，對于物聯(lián)網而言，還可以接入5G的IAB（接入回傳一體化）技術----采用同頻和空口資源同時提供接入和回傳能力，支持D2D應用，以云端大腦通過5G的低時延來管理大量機器人、AGV和無人機等，實現低成本的協(xié)同作業(yè)。

5G中速物聯(lián)網又稱為5G輕型新空口（NR-Light）和5G RedCap，在10~20MHz帶寬中提供上下行速率50/100Mbps，時延5~10ms，成本預計可比5G模組降低60~70%，可支持工業(yè)傳感器、監(jiān)控攝像頭、可穿戴設備、醫(yī)療監(jiān)控設備等聯(lián)網應用。

除了剛剛的物聯(lián)網應用以外，還會面臨快消品、物流包裹、產品外包裝、倉庫貨物盤點和智能水表等海量物理終端每年有千億件之多，但由于本身條件和成本限制不具備小型電池供電，無法使用NB-IoT。此外，RFID也有一些缺陷，由于RFID能量及發(fā)射和接收信號均來自專用讀寫器，導致發(fā)收自干擾，傳輸距離短，存儲數據量小，無NFC難與手機互動，而且無法用在擁有非常密集終端的場景中，這時5G無源物聯(lián)網應運而生。

鄔賀銓表示，5G無源物聯(lián)網由基站信號賦能，但由于5G每一個賦形波束朝著一個狹小的方向并且持續(xù)移動，極難準確采集5G波束的能量，所以，可用羅特曼透鏡同時采集與匯聚多波束能量，并利用高響應度金屬—半導體—金屬MSM二極管，提升能量轉換效率。同時，5G標準化演進中通過精簡射頻、DSP、協(xié)議棧、同步性、覆蓋性增強技術、新的干擾管理技術等來實現低成本廣覆蓋及規(guī)模化。

除此之外，5G與WiFI＋loT等技術的結合可以擴展更多行業(yè)和領域。例如，遙控塔吊作業(yè)，青島港/天津港就是不錯的案例，在岸橋/軌道吊設置30路攝像頭（數據率30Mbps）經WiFi匯合到5GCPE，約千兆傳送到控制中心，作業(yè)效率提升近20%，單箱能耗下降20%，減少人工60%以上，綜合運營成本下降10%。5G智慧煤礦方面，以新元煤礦與中國移動以及華為的合作為例，在礦山綜采面240m巷道布放30~40個4K攝像頭，經WiFi匯合以千兆傳到5G CPE，遙控井下采掘機等。

再進一步，物聯(lián)網還可以跟云計算、人工智能結合。在5G智聯(lián)網方面，鄔賀銓院士介紹道，過去，物聯(lián)網采集數據通過通信網絡傳輸到云計算和人工智能，但因為通信網絡帶寬不足、時延較大，導致人工智能決策不能第一時間反饋到物聯(lián)網層面去執(zhí)行，而5G的高帶寬、低時延打通了數據從采集到決策的全過程，將物聯(lián)網與云計算和人工智能無縫融合。同時，人工智能芯片與操作系統(tǒng)可以直接嵌入5G物聯(lián)網模塊構成AIoT終端。

此外，鄔賀銓對5G物鏈網也進行了說明?！?G物鏈網相對于一般的物聯(lián)網增加了物鏈網的P2P的能力，也增加了物聯(lián)網的支撐能力，可以支撐跟區(qū)塊鏈有關的應用。通過區(qū)塊鏈從上網到上云到上鏈，從物聯(lián)網到智聯(lián)網到信聯(lián)網，從萬物互聯(lián)到萬物智聯(lián)到萬物信聯(lián)?！崩?，家庭攝像頭、智能路燈等IoT終端容易被劫持并成為DDoS的跳板，需要升級IoT網關使之能發(fā)現并禁止被劫持的IoT終端訪問目標服務器，而多個IoT網關本身的安全性通過區(qū)塊鏈連接起來保證。

在5G AIoT終端方面，5G工業(yè)模組含5G IoT模組/ 客戶前端設備（CPE），對來自基站的5G信號中繼接力，復用所連接的設備，提供算力支持并起到智能移動路由設備功能，可開放第三方編程。5G工業(yè)網關在5G工業(yè)模組基礎上，增加PLC等工控設備功能，還可加入邊緣計算、智聯(lián)網、區(qū)塊鏈、 IPv6、TSN等功能，推動IT與生產技術（OT）的融合，實現企業(yè)網扁平化、智能化。

“IPv6也可以很好的幫助5G物聯(lián)網。5G+IPv6可獲得IPv6多歸屬功能：可為終端的一個PDU會話分配多個IPv6前綴；為移動邊緣計算提供基于源地址 的不同QoS業(yè)務分流應用；為5G切換提供先建后斷的業(yè)務連續(xù)性。此外，在5G物聯(lián)網上還會廣泛應用邊緣計算。未來，移動基站通感融合將支撐物聯(lián)網發(fā)展?！?/p>

在鄔賀銓看來，5G物聯(lián)網不僅是物聯(lián)網的一種連接方式，而且5G內生的一些特點賦能了物聯(lián)網升級。

具體而言，一是5G開拓了物聯(lián)網向移動、寬帶、大連接、低時延應用的新領域。二是5G缺省采用IPv6和內置的網絡安全能力以及與MEC（邊緣計算）的結合，提供對時延、可靠性敏感的物聯(lián)網應用的支持。三是5G+IPv6+MEC將加固物聯(lián)網的安全，助力解決IoT終端對網絡安全防御能力薄弱的問題。四是5G物聯(lián)網具有云網邊端融合的特點，圍繞5G+邊緣云平臺可聚合物聯(lián)網產品與應用，可解決傳統(tǒng)物聯(lián)網產品類型多難以規(guī)?；约拔锫?lián)網企業(yè)小而散難成集群的問題。

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