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、覆蓋增強技術、新的干擾管理技術等來實現低成本廣覆蓋及規?;?。

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。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?;约拔锫摼W企業小而散難成集群的問題。(易歡)

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