5G赋能物联网升级：应用场景不断拓宽

2020年，全球物联网的连接数首次超过非物联网的连接数，IoT在实现“物超非”后又进行了一次提速发展。今年，工信部发布的《2022年一季度通信业经济运行情况》显示，物联网连接数超过人连接数的“物超人”时代即将到来，物联网驶向快车道。

　　“2G、3G时代，物联网是NB-loT窄带物联网，只有20/250kbps的数据率，4G时代是中速IoT，是上5/下10Mbps的数据率，到了5G时代，物联网发展为大带宽物联网、大连接物联网、中速低时延物联网、无源物联网等，数据率、连接数都有了大幅提升。” 中国工程院院士邬贺铨日前在挚物大会上表示。

　　据邬贺铨介绍，所谓大带宽物联网，5G在Sub6GHz频段单载波带宽为100MHz，下行峰值Gbps。但5G上行峰值因TDD主流时隙配比为7D3U在100MHz/3.5GHz仅 350Mbps。而工业上的应用需要大上行，可以通过上行载波聚合CA（高+低频段同时承载）、上下行解耦SUL（增开低频补充上行）、超级上行（TDD和FDD协同、高低频互补、时频域聚合，带宽提升20%，时延降低30%）。

　　而5G大连接物联网主要应用于共享单车、AGV、环境监测等应用。在5G新增空口带宽切片功能，将100MHz载波分割可同时支持大连接窄带物联网，还可与eMBB和URLLC同频组网。另外，对于物联网而言，还可以接入5G的IAB（接入回传一体化）技术----采用同频和空口资源同时提供接入和回传能力，支持D2D应用，以云端大脑通过5G的低时延来管理大量机器人、AGV和无人机等，实现低成本的协同作业。

　　5G中速物联网又称为5G轻型新空口（NR-Light）和5G RedCap，在10~20MHz带宽中提供上下行速率50/100Mbps，时延5~10ms，成本预计可比5G模组降低60~70%，可支持工业传感器、监控摄像头、可穿戴设备、医疗监控设备等联网应用。

　　除了刚刚的物联网应用以外，还会面临快消品、物流包裹、产品外包装、仓库货物盘点和智能水表等海量物理终端每年有千亿件之多，但由于本身条件和成本限制不具备小型电池供电，无法使用NB-IoT。此外，RFID也有一些缺陷，由于RFID能量及发射和接收信号均来自专用读写器，导致发收自干扰，传输距离短，存储数据量小，无NFC难与手机互动，而且无法用在拥有非常密集终端的场景中，这时5G无源物联网应运而生。

　　邬贺铨表示，5G无源物联网由基站信号赋能，但由于5G每一个赋形波束朝着一个狭小的方向并且持续移动，极难准确采集5G波束的能量，所以，可用罗特曼透镜同时采集与汇聚多波束能量，并利用高响应度金属—半导体—金属MSM二极管，提升能量转换效率。同时，5G标准化演进中通过精简射频、DSP、协议栈、同步性、覆盖性增强技术、新的干扰管理技术等来实现低成本广覆盖及规模化。

　　除此之外，5G与WiFI＋loT等技术的结合可以扩展更多行业和领域。例如，遥控塔吊作业，青岛港/天津港就是不错的案例，在岸桥/轨道吊设置30路摄像头（数据率30Mbps）经WiFi汇合到5GCPE，约千兆传送到控制中心，作业效率提升近20%，单箱能耗下降20%，减少人工60%以上，综合运营成本下降10%。5G智慧煤矿方面，以新元煤矿与中国移动以及华为的合作为例，在矿山综采面240m巷道布放30~40个4K摄像头，经WiFi汇合以千兆传到5G CPE，遥控井下采掘机等。

　　再进一步，物联网还可以跟云计算、人工智能结合。在5G智联网方面，邬贺铨院士介绍道，过去，物联网采集数据通过通信网络传输到云计算和人工智能，但因为通信网络带宽不足、时延较大，导致人工智能决策不能第一时间反馈到物联网层面去执行，而5G的高带宽、低时延打通了数据从采集到决策的全过程，将物联网与云计算和人工智能无缝融合。同时，人工智能芯片与操作系统可以直接嵌入5G物联网模块构成AIoT终端。

　　此外，邬贺铨对5G物链网也进行了说明。“5G物链网相对于一般的物联网增加了物链网的P2P的能力，也增加了物联网的支撑能力，可以支撑跟区块链有关的应用。通过区块链从上网到上云到上链，从物联网到智联网到信联网，从万物互联到万物智联到万物信联。”例如，家庭摄像头、智能路灯等IoT终端容易被劫持并成为DDoS的跳板，需要升级IoT网关使之能发现并禁止被劫持的IoT终端访问目标服务器，而多个IoT网关本身的安全性通过区块链连接起来保证。

　　在5G AIoT终端方面，5G工业模组含5G IoT模组/ 客户前端设备（CPE），对来自基站的5G信号中继接力，复用所连接的设备，提供算力支持并起到智能移动路由设备功能，可开放第三方编程。5G工业网关在5G工业模组基础上，增加PLC等工控设备功能，还可加入边缘计算、智联网、区块链、 IPv6、TSN等功能，推动IT与生产技术（OT）的融合，实现企业网扁平化、智能化。

　　“IPv6也可以很好的帮助5G物联网。5G+IPv6可获得IPv6多归属功能：可为终端的一个PDU会话分配多个IPv6前缀；为移动边缘计算提供基于源地址 的不同QoS业务分流应用；为5G切换提供先建后断的业务连续性。此外，在5G物联网上还会广泛应用边缘计算。未来，移动基站通感融合将支撑物联网发展。”

　　在邬贺铨看来，5G物联网不仅是物联网的一种连接方式，而且5G内生的一些特点赋能了物联网升级。

　　具体而言，一是5G开拓了物联网向移动、宽带、大连接、低时延应用的新领域。二是5G缺省采用IPv6和内置的网络安全能力以及与MEC（边缘计算）的结合，提供对时延、可靠性敏感的物联网应用的支持。三是5G+IPv6+MEC将加固物联网的安全，助力解决IoT终端对网络安全防御能力薄弱的问题。四是5G物联网具有云网边端融合的特点，围绕5G+边缘云平台可聚合物联网产品与应用，可解决传统物联网产品类型多难以规模化以及物联网企业小而散难成集群的问题。

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