5G賦能物聯網升級：應用場景不斷拓寬

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

　　“2G、3G時代，物聯網是NB-loT窄帶物聯網，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，物聯網發展為大帶寬物聯網、大連接物聯網、中速低時延物聯網、無源物聯網等，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大連接物聯網主要應用于共享單車、AGV、環境監測等應用。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網，還可與eMBB和URLLC同頻組網。另外，對于物聯網而言，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，實現低成本的協同作業。

　　5G中速物聯網又稱為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%，可支持工業傳感器、監控攝像頭、可穿戴設備、醫療監控設備等聯網應用。

　　除了剛剛的物聯網應用以外，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能量及發射和接收信號均來自專用讀寫器，導致發收自干擾，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無源物聯網應運而生。

　　鄔賀銓表示，5G無源物聯網由基站信號賦能，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模化。

　　除此之外，5G與WiFI＋loT等技術的結合可以擴展更多行業和領域。例如，遙控塔吊作業，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，物聯網還可以跟云計算、人工智能結合。在5G智聯網方面，鄔賀銓院士介紹道，過去，物聯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網層面去執行，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可以直接嵌入5G物聯網模塊構成AIoT終端。

　　此外，鄔賀銓對5G物鏈網也進行了說明。“5G物鏈網相對于一般的物聯網增加了物鏈網的P2P的能力，也增加了物聯網的支撐能力，可以支撐跟區塊鏈有關的應用。通過區塊鏈從上網到上云到上鏈，從物聯網到智聯網到信聯網，從萬物互聯到萬物智聯到萬物信聯。”例如，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塊鏈連接起來保證。

　　在5G AIoT終端方面，5G工業模組含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工業網關在5G工業模組基礎上，增加PLC等工控設備功能，還可加入邊緣計算、智聯網、區塊鏈、 IPv6、TSN等功能，推動IT與生產技術（OT）的融合，實現企業網扁平化、智能化。

　　“IPv6也可以很好的幫助5G物聯網。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業務分流應用；為5G切換提供先建后斷的業務連續性。此外，在5G物聯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網發展。”

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

　　具體而言，一是5G開拓了物聯網向移動、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、可靠性敏感的物聯網應用的支持。三是5G+IPv6+MEC將加固物聯網的安全，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網產品與應用，可解決傳統物聯網產品類型多難以規模化以及物聯網企業小而散難成集群的問題。

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