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　　導(dǎo)語(yǔ) | 如果說(shuō)5G以前是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，是把人作為連接和服務(wù)對(duì)象;那么5G之后就是物聯(lián)網(wǎng)世界，5G將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)物與物、物與人更加多元化的連接，也就是萬(wàn)物智聯(lián)。我們都知道5G賦予物聯(lián)網(wǎng)低延遲、高速率、多終端的交互能力，那么這些能力背后有哪些技術(shù)支撐呢?本文由騰訊云5G技術(shù)專家工程師閆淵在Techo TVP開(kāi)發(fā)者峰會(huì)“「物」所不在，「聯(lián)」動(dòng)未來(lái)——從萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)”上的演講《5G中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與未來(lái)演進(jìn)方向》整理而成，向大家分享他的見(jiàn)解。

　　現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)正處在大爆發(fā)的前期，從物聯(lián)網(wǎng)底層通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，“連接”是剛需，雖然它不是價(jià)值鏈最高的，但“連接”是必需的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　從通信技術(shù)的演進(jìn)來(lái)說(shuō)，特別是在5G時(shí)代，物聯(lián)和人聯(lián)已經(jīng)并重發(fā)展了，5G網(wǎng)絡(luò)針對(duì)物聯(lián)的需求，做了很多優(yōu)化，如uRLLC、mMTC中應(yīng)用的技術(shù)，大部分都是為物聯(lián)需求而設(shè)計(jì)的，某種程度上，5G可以說(shuō)是為物聯(lián)而誕生的一張網(wǎng)絡(luò)。

　　一、國(guó)家政策引領(lǐng)5G賦能物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

　　從公開(kāi)數(shù)據(jù)看，截止2021年6月末，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)達(dá)到了12.94億，上半年新增1.58億，同比增長(zhǎng)16%，主要分布在智能制造、智慧交通、公共交通等領(lǐng)域。

　　今年，工信部等多部門(mén)一起印發(fā)了兩個(gè)非常重要的文件：第一個(gè)是《物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施三年行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》，提出到2023年物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)突破20億。第二個(gè)是《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》，明確提出到2023年5G物聯(lián)網(wǎng)終端用戶數(shù)年增長(zhǎng)率超200%。綜上所述，可以看到，5G將驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)成為新一輪科技與產(chǎn)業(yè)變革的核心動(dòng)力。

　　二、5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的四種部署場(chǎng)景

　　(一)5G廣域大網(wǎng)

　　5G廣域大網(wǎng)適合智能穿戴、安防監(jiān)控、移動(dòng)支付、智能家居、視頻直播等領(lǐng)域，其連接數(shù)量最大，與4G相比，5G引入了切片技術(shù)，將帶來(lái)更好的物聯(lián)體驗(yàn)。

　　(二)5G園區(qū)專網(wǎng)

　　5G和邊緣計(jì)算的結(jié)合，以降低時(shí)延、卸載帶寬和保證敏感數(shù)據(jù)的安全性，將是5G園區(qū)專網(wǎng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景，如部署與港口、工廠、學(xué)校等。部署模式可以主要分為三種：物理模式、混合模式和虛擬模式。

　　(三)專用頻率廣域大網(wǎng)

　　5G之前，電力、鐵路、政務(wù)等，是基于專用頻率部署廣域大網(wǎng)比較常見(jiàn)的場(chǎng)景。隨著自動(dòng)駕駛/遠(yuǎn)程駕駛的興起，特別是在開(kāi)放道路區(qū)域，基于專用頻率部署的5G-V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)將是其最重要的應(yīng)用場(chǎng)景之一。

　　(四)專用頻率園區(qū)專網(wǎng)

　　企業(yè)申請(qǐng)專用頻率，自建5G園區(qū)專網(wǎng)，類似自建企業(yè)WiFi，主要目的之一是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的完全自主可控和針對(duì)性定制優(yōu)化。目前，在德國(guó)、日本等國(guó)家也出現(xiàn)了此類模式，特別是在工業(yè)領(lǐng)域，這也將是5G物聯(lián)的未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)之一。

　　三、5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)類型及發(fā)展趨勢(shì)

　　工信部在發(fā)布的《關(guān)于深入推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》中明確指出，要推動(dòng)2G/3G物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)，建立NB-IoT、4G和5G協(xié)同發(fā)展的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)綜合生態(tài)體系。

　　那么，4G/5G主流的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有哪些呢?主要分為兩大類，如下圖所示：左邊一類是4G物聯(lián)技術(shù)，包含4G Cat4、Cat1和eMTC等。右邊一類是5G物聯(lián)技術(shù)，包括5GNR、5G RedCap和NB-IoT。

　　六種不同的技術(shù)全面覆蓋了從低速、中速、高速到超高速的各種應(yīng)用場(chǎng)景。其中，NB-IoT對(duì)應(yīng)100K速率級(jí)別的低速業(yè)務(wù)，如表計(jì)類、共享單車(chē)等業(yè)務(wù)。Cat-1、eMTC等對(duì)應(yīng)100K到10M的中速業(yè)務(wù)，且對(duì)成本比較敏感，如智能穿戴、智能家居等。Cat-4和RedCap主要負(fù)責(zé)10M到100M的的高速業(yè)務(wù)，如安防監(jiān)控等，且成本低于NR。最高端的場(chǎng)景則由5G NR來(lái)承擔(dān)。

　　(一)設(shè)計(jì)理念從3/4G時(shí)代的業(yè)務(wù)適配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)適配業(yè)務(wù)

　　以前4G設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)思想之一是業(yè)務(wù)適配網(wǎng)絡(luò)，基于一張普適性網(wǎng)絡(luò)，可以承載多樣化的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，當(dāng)然，對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求，也會(huì)引入QoS保障。但總之，設(shè)計(jì)一張統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，這種簡(jiǎn)單和普適性讓其上的應(yīng)用變得簡(jiǎn)單和易于推廣，我覺(jué)得這也是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)在4G時(shí)代能得到蓬勃發(fā)展的動(dòng)因之一。

　　但4G主要是面向2C應(yīng)用，而5G的一個(gè)重要發(fā)展目的，就是賦能服務(wù)2B，B端的需求，主要也是物聯(lián)的需求，是非常多樣的，如速率、時(shí)延、能耗、成本等，不同的場(chǎng)景，需求差異巨大，很難有一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)能滿足所有的需求場(chǎng)景，因此，網(wǎng)絡(luò)適配業(yè)務(wù)的設(shè)計(jì)理念，在5G網(wǎng)絡(luò)中體現(xiàn)得愈發(fā)明顯：在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，5G引入了切片等技術(shù)，支持給不同的物聯(lián)應(yīng)用提供不同的切片;在終端側(cè)，除了NB-IoT、NR一低一高兩種終端外，也新引入了5G RedCap終端。

　　(二)推出低成本終端5G Redcap

　　5G RedCap的目標(biāo)場(chǎng)景是視頻監(jiān)控、智能穿戴、工業(yè)傳感等，它有如下特點(diǎn)：

　　低成本，RedCap對(duì)標(biāo)的4G Cat-4終端，因此，降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和尺寸，如系統(tǒng)帶寬是20MHz，天線是1發(fā)2收;

　　低功耗，支持?jǐn)?shù)天，最高達(dá)1-2周的使用時(shí)間;

　　大容量，RedCap是駐留在5G網(wǎng)絡(luò)上，可以充分發(fā)揮5G的系統(tǒng)容量和大帶寬優(yōu)勢(shì);

　　覆蓋好，可以復(fù)用5G的大網(wǎng)覆蓋。

　　最后，從成熟度來(lái)說(shuō)，預(yù)估5G RedCap可規(guī)模商用的時(shí)間是2023年。

　　(三)5G 網(wǎng)絡(luò)能力(如大上行、低時(shí)延和高可靠)將分檔提供、按需使用

　　5G有很多優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)能力，如大上行、低時(shí)延和高可靠能力，但如前所述，5G，更多的是要網(wǎng)絡(luò)去適配業(yè)務(wù)，所以，要達(dá)到最佳性能，5G是需要面向業(yè)務(wù)進(jìn)行定制優(yōu)化的，很多網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，不是開(kāi)箱即用的，而且，很多指標(biāo)實(shí)現(xiàn)，是要犧牲別的指標(biāo)、或付出額外的代價(jià)才能達(dá)到，這也是它比4G復(fù)雜的地方，換言之，在實(shí)際應(yīng)用中，5G的網(wǎng)絡(luò)能力將是分檔提供、按需使用的。

　　5G大上行能力：通過(guò)修改幀結(jié)構(gòu)，如1D3U的幀結(jié)構(gòu)，可以將上行容量，相比普通5G公網(wǎng)提升3倍以上;下一檔，則是在此基礎(chǔ)上疊加載波聚合功能，則上行峰值容量可以達(dá)到約900Mbps。進(jìn)一步的，再引入SUL功能，則峰值容量能超過(guò)1Gbps。未來(lái)，如果引入毫米波技術(shù)，則上行容量可以進(jìn)一步提升。

　　5G低時(shí)延能力：5G移動(dòng)網(wǎng)的時(shí)延，是包括空口時(shí)延和從基站到核心網(wǎng)的時(shí)延。正常情況下，5G的空口時(shí)延在10-20ms之間，端到端時(shí)延在20-30ms之間。降低空口時(shí)延，有預(yù)調(diào)度、自包含子幀等技術(shù)，但代價(jià)是耗電更大、損失一定容量等;降低基站到核心網(wǎng)的時(shí)延，主要是引入邊緣計(jì)算等技術(shù)。因此，5G的時(shí)延指標(biāo)也可以分為多檔：如<5ms、5-10ms、10-20ms等。

　　5G高可靠能力：可靠性可以分為三層：應(yīng)用層自身的可靠性、5G網(wǎng)絡(luò)的可靠性和基礎(chǔ)資源的可靠性。例如，上層應(yīng)用層的可靠性，在游戲中，有蜂窩和WiFi雙發(fā)選收的技術(shù);下層基礎(chǔ)資源層的可靠性，主要是硬件的冗余備份。而5G網(wǎng)絡(luò)的可靠性，又可以分為低時(shí)延下的可靠性和無(wú)時(shí)延要求下的可靠性，不同的需求，技術(shù)不同，所花代價(jià)也不同。

　　(四)R16/R17其他物聯(lián)能力優(yōu)化

　　在5G R16/R17標(biāo)準(zhǔn)，3GPP針對(duì)物聯(lián)需求，對(duì)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求，和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)能力，進(jìn)一步提升和優(yōu)化。

　　例如，在業(yè)務(wù)場(chǎng)景方面，針對(duì)專網(wǎng)場(chǎng)景(5G NPN)、非地面網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景(5G NTN)、5G V2X場(chǎng)景、工業(yè)IIoT場(chǎng)景等進(jìn)行了優(yōu)化;在網(wǎng)絡(luò)能力方面，針對(duì)5G固移融合、終端功耗、廣播/多播、5G定位、小包傳輸增強(qiáng)等能力進(jìn)行了優(yōu)化。

　　四、5G的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用趨勢(shì)

　　5G會(huì)給物聯(lián)應(yīng)用未來(lái)帶來(lái)哪些方面的變化?我覺(jué)得會(huì)有以下四方面的趨勢(shì)：

　　(一)一網(wǎng)代替多網(wǎng)

　　5G是一張泛在的廣域網(wǎng)，但通過(guò)引入邊緣計(jì)算、D2D等新技術(shù)，5G也能同時(shí)適于局域和終端短距直連通信的場(chǎng)景，暢想未來(lái)的一個(gè)場(chǎng)景(當(dāng)然時(shí)間也可能比較遙遠(yuǎn))，可能就只需要一張統(tǒng)一的5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合IPv6，能滿足多樣化的物聯(lián)需求，應(yīng)用設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等也都能變得更加簡(jiǎn)單。

　　(二)云化代替離散

　　5G的大帶寬、低時(shí)延等特性，結(jié)合邊緣計(jì)算等技術(shù)，很多終端都有變成薄終端的趨勢(shì)，如云手機(jī)、云電腦等，離散的終端算力將向邊緣節(jié)點(diǎn)或云節(jié)點(diǎn)集中，也將帶來(lái)全新的設(shè)計(jì)架構(gòu)和應(yīng)用體驗(yàn)。

　　(三)無(wú)人代替有人

　　未來(lái)無(wú)人化的廣泛應(yīng)用，將由5G和AI的結(jié)合驅(qū)動(dòng)成為現(xiàn)實(shí)。5G將給AI帶來(lái)泛在連接和海量數(shù)據(jù)，而AI，則讓這些數(shù)據(jù)和連接高效利用起來(lái)。如高通所指出的，“我們正邁入一個(gè)由AI和5G驅(qū)動(dòng)的智能云連接的時(shí)代。萬(wàn)物都將被連接到云端，以可靠的方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)?！?/p>

　　(四)遠(yuǎn)程代替現(xiàn)場(chǎng)

　　在可預(yù)計(jì)的很長(zhǎng)一段時(shí)間，無(wú)人化和遠(yuǎn)程化一定會(huì)并行發(fā)展。遠(yuǎn)程化，實(shí)現(xiàn)人與物在物理空間上的解耦，將激發(fā)很多全新的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程駕駛等。之前，由于網(wǎng)絡(luò)的限制，遠(yuǎn)程化并未真正普及開(kāi)來(lái)。5G的大帶寬和低時(shí)延等特性，將使得遠(yuǎn)程化在垂直行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。歡迎聯(lián)系無(wú)錫小禾呈科技-物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)專家。