2022(第七屆)世界物聯(lián)網大會在京舉行。中國工程院院士鄔賀銓出席并作《5G賦能IoT》主題報告。鄔賀銓表示，5G推動物聯(lián)網發(fā)展為大帶寬物聯(lián)網和大連接物聯(lián)網等，而且拓展了物聯(lián)網的應用。 鄔賀銓從物聯(lián)網的基本概念入手，深入淺出地介紹了5G上行物聯(lián)網、5G大連接物聯(lián)網、中速低時延物聯(lián)網、無源物聯(lián)網、物鏈網、智聯(lián)網、工業(yè)物聯(lián)網和5G基站融合通感物聯(lián)網和車聯(lián)網等技術和應用。 ? 中國工程院院士鄔賀銓作《5G賦能IoT》主題報告，介紹5G賦能物聯(lián)網的九個方面。 ? ?

中國蜂窩IoT年增53%

物聯(lián)網分為蜂窩物聯(lián)網和非蜂窩物聯(lián)網，蜂窩物聯(lián)網包括NBIoT、4G的Cat1、5GIoT；非蜂窩物聯(lián)網有藍牙、Zigbee、WiFi、LoRa。二者帶寬、覆蓋距離、對應的傳感器，以及連接規(guī)模、采用的協(xié)議，頻率是否授權，網絡的主體，是否直接跟公網連接都有區(qū)別。應用領域，非蜂窩物聯(lián)網一般是短距離;蜂窩物聯(lián)網一般是廣域網。 根據(jù)統(tǒng)計，全球物聯(lián)網設備聯(lián)網數(shù)，2025年可以達到271億，比2020年增加了158億臺，相當于年增33%。根據(jù)中國國內咨詢公司的報告，到2021年底，全球非蜂窩物聯(lián)網連接數(shù)大概是115億，現(xiàn)在非蜂窩物聯(lián)網的連接數(shù)是蜂窩物聯(lián)網的三倍，但是增速以蜂窩物聯(lián)網為主。而在非蜂窩物聯(lián)網的無線物聯(lián)網連接數(shù)里，中國占到全球的37.5%。 全球非蜂窩物聯(lián)網的2017-2022年增速約為6%， 中國的非蜂窩物聯(lián)網的增速達到32.5%，比全球的增速還是要高的多。全球蜂窩物聯(lián)網的年增速大概是14%，中國2017-2022年增53%。中國的物聯(lián)網占全球30%，蜂窩物聯(lián)網占全球75%。去年9月，中國的蜂窩物聯(lián)網的連接數(shù)，超過了手機用戶的連接數(shù)，開始了物超人的時代，預測到2030年，蜂窩物聯(lián)網的連接數(shù)要超過100億，目前只有18億，還有很大的增長空間，而且蜂窩物聯(lián)網從傳統(tǒng)的2G、3G擴展到4G、5G，尤其是5G會加快蜂窩物聯(lián)網的發(fā)展。 ?

5G拓展蜂窩物聯(lián)網的應用

蜂窩物聯(lián)網主要應用是四個方面，公共服務、車聯(lián)網、智慧零售、智慧家居，四類應用比分別占我國蜂窩物聯(lián)網應用的26%、20%、13%和10%。鄔賀銓表示，將來通過5G上云，我們可以直接利用人工智能，可以使物聯(lián)網發(fā)展為智聯(lián)網AIoT。 5G推動物聯(lián)網發(fā)展為大帶寬物聯(lián)網和大連接物聯(lián)網等，而且拓展了物聯(lián)網的應用。物聯(lián)網經過這么多年發(fā)展，已經形成了一個體系。從千億級的無源物聯(lián)網，到百億級的窄帶物聯(lián)網，到10億級的中低速物聯(lián)網，現(xiàn)在包括了寬帶的物聯(lián)網。 鄔賀銓詳細介紹了5G賦能物聯(lián)網的九個方面。這九個方面分別為：5G上行物聯(lián)網、5G大連接物聯(lián)網、中速低時延物聯(lián)網、無源物聯(lián)網、物鏈網、智聯(lián)網、工業(yè)物聯(lián)網、5G基站融合通感物聯(lián)網和車聯(lián)網等。 ?

大上行物聯(lián)網

鄔賀銓表示，5G面向公眾通信，下行的帶寬多， 5G上行峰值因TDD主流時隙配比為8D2U和7D3U，在100MHz/3.5GHz僅350Mbps，這樣就限制了回傳的帶寬。 對于需要大上行的大量物聯(lián)網應用，如何增加回傳帶寬，鄔賀銓表示，可以通過上行載波聚合CA，例如在3.5GHz基礎上增開低頻通道作上行，讓高+低頻段同時承載流量；上下行解耦SUL，在上行無覆蓋的地方增開低頻補充上行，高頻段傳5G下行；超級上行，將TDD和FDD協(xié)同、高低頻互補、時域和頻域聚合，帶寬提升20%。 大上行物聯(lián)網的好處，鄔賀銓舉例稱，可以用激光掃描一個物體，一個生產的工件或物件，不論這一物體多復雜，通過激光可以將整個三維參數(shù)取出來，通過5G以千兆的帶寬送到云端，把這些數(shù)據(jù)合成一個三維模型，可以發(fā)現(xiàn)有沒有偏差，實現(xiàn)機器視覺的質量檢測。

大連接物聯(lián)網

5G的大連接物聯(lián)網，可以做到每平方公里100萬個物聯(lián)網連接，盡管每個物聯(lián)網連接可能只有160個比特/秒。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(xiàn)低成本的協(xié)同作業(yè)。 鄔賀銓表示，通過大連接，終端與終端間的通信，以及云端的通信，我們可以做到把無人機、物料小車，作為一個小機器人，它的大腦放在云端，可以遙控它進行集中的控制作業(yè)。 ?

中速低時延物聯(lián)網

中速低時延物聯(lián)網，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。鄔賀銓表示，中速低時延物聯(lián)網介于大連接和窄帶物聯(lián)網之間，填補了物聯(lián)網應用其中一個領域。雖然速率降下來了，但是同樣要求終端和基站得到相應簡化，通過技術，可以大大簡化性能成本。 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。例如，工人戴上5GAR眼鏡，拿起產品，通過目測，馬上將測出來的照片視頻送到云端，就可以進行質量檢測了。 ?

5G無源物聯(lián)網

除了以上的物聯(lián)網應用以外，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。而如果應用RFID，需要讀寫器來讀寫和供電，讀寫器會產生收發(fā)自干擾，傳輸距離很短，存儲數(shù)據(jù)量小，無NFC難與手機互動，而且無法用在倉儲等密集空間中，5G無源物聯(lián)網應運而生。 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，它的數(shù)據(jù)是靠天線的阻抗匹配的改變，通過反射來提供數(shù)據(jù)。傳輸距離可以到200米。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(xiàn)低成本廣覆蓋及規(guī)?；??

5G物鏈網

5G物鏈網、智聯(lián)網、車聯(lián)網以及工業(yè)互聯(lián)網都詮釋了從萬物互聯(lián)到萬物智聯(lián)的趨勢。5G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)。 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(fā)現(xiàn)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。 鄔賀銓以車聯(lián)網為例稱，車聯(lián)網的車輛需要收集和共享數(shù)據(jù)，以保證安全駕駛。區(qū)塊鏈可以避免集中式的管理架構中的單點故障以及數(shù)據(jù)被控制的問題，通過智能合約，解決路側單元跟汽車之間的安全訪問，依托區(qū)塊鏈技術，多維來源的數(shù)據(jù)和保密性能得到保障。 ?

5G智連網

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，鄔賀銓院士表示，過去，物聯(lián)網采集數(shù)據(jù)通過通信網絡傳輸?shù)皆朴嬎愫腿斯ぶ悄埽驗橥ㄐ啪W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(shù)據(jù)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)網模塊形成智聯(lián)網的終端。 以家庭的掃地機為例，如果掃地機能夠語音控制，把語音識別、自然語言理解和自然語言生成集成，就可以實現(xiàn)智聯(lián)網的的掃地機。很多IoT終端是視頻的，通過邊緣計算，連到云端，可以實現(xiàn)對視頻的預處理，減輕了物聯(lián)網終端對視頻處理的計算能力的高要求。 ?

工業(yè)物聯(lián)網

工業(yè)物聯(lián)網也是物聯(lián)網的典型應用，在工業(yè)物聯(lián)網里，5G的物聯(lián)網模塊，可以跟5G的CPE，或者5G的無線路由器結合，并且把它轉成WiFi或者轉成工業(yè)以太網，連接PLC，再控制生產裝備。 鄔賀銓介紹了5G技術在工業(yè)物聯(lián)網終端的應用。5G的工業(yè)模組實際上是5G物聯(lián)網的模組，也是5G客戶前端設備，它介于基站和5G控制終端之間，起到各種連接設備以及移動路由器的功能。有了工業(yè)物聯(lián)網終端，不管是企業(yè)自建的5G系統(tǒng)，還是租用運營商的系統(tǒng)，利用5G的核心網控制面跟用戶面分離的特性，用戶面可以下沉到企業(yè)網里，而且用戶面具能識別業(yè)務流的走向，確保企業(yè)的數(shù)據(jù)安全。 5G的工業(yè)物聯(lián)網終端，是可以集成計算和PLC能力，并且5G可以通過修改用戶的數(shù)據(jù)庫，指定某一組物聯(lián)網終端，組成一個5G的局域網，可以提供本地的第二層包的轉發(fā)，相對WiFi而言，有更好的覆蓋和業(yè)務隔離。 ?

5G基站融合通感物聯(lián)網

鄔賀銓對5G基站融合通感物聯(lián)網進行了說明。他表示，現(xiàn)在5G基站也可以發(fā)展成為一個物聯(lián)網的終端，基站本身就有天線，原來是管通信的，現(xiàn)在可以把天線再增加一些能力，感知能力。感知能力在初期，可能使用不同的波形、頻譜、天線和射頻前端處理器等，共存在一個天線鐵塔上，這是一種模式。未來真正的通信感知融合，希望兩者可以共用波形、頻譜、天線系統(tǒng)軟硬件，通過感知來提升通信的能力，更精準的實現(xiàn)波速的定位和追蹤。也通過通信，來幫助感知增強它的定位精度、分辨率等等。 通感融合，需要一些技術上的措施，采用一體化的空口和硬件設計、站間的智能協(xié)同、輕量化靈活的感知架構，結合高頻波束與多天線原理，使基站能起到一個“雷達”的功能。目前已經可以做到感知距離突破800米，通信感知融合基站相比雷達在探測距離、分辨率、測角精度等方面，性能提升了3-5倍，像車聯(lián)網、機場、無人機及低空安防監(jiān)測、高鐵的周邊檢測、危化品的運輸監(jiān)測這些領域，都存在通信跟感知的雙重需求。 ?

車聯(lián)網

5G技術賦能的物聯(lián)網具有云網邊端融合的特點，圍繞5G+邊緣云平臺可以聚合物聯(lián)網產品與應用，解決傳統(tǒng)物聯(lián)網產品類型多難以規(guī)?；膯栴}。 車聯(lián)網、汽車本身就是一個大型的物聯(lián)網節(jié)點，一個汽車有十多個CPU，幾百G的存儲器，兩百多個傳感器，里邊的軟件系統(tǒng)也很復雜，5G的低時延、高帶寬，可以實現(xiàn)車到車、車到人、車到路邊、車到停車場、車到紅綠燈的通信。與現(xiàn)有無線技術相比，5G更適合車聯(lián)網應用。L5級別的自動駕駛要求時延不超過5毫秒，可靠性達到99.999% 。 鄔賀銓表示，安全方面，5G技術通過和區(qū)塊鏈結合，在一個物聯(lián)網基本構成上增加了區(qū)塊鏈的一些功能，區(qū)塊鏈可以避免集中式的管理架構中的單點故障以及數(shù)據(jù)被控制的問題，通過智能合約，解決路側單元跟汽車之間的安全訪問，依托區(qū)塊鏈技術，多維來源的數(shù)據(jù)和保密性能得到保障，以保證安全駕駛。 同時，物聯(lián)網借助5G的高帶寬、低時延傳到云計算，打通了數(shù)據(jù)，從采集到決策的全過程，將物聯(lián)網和云計算、人工智能的無縫融合，讓汽車形成了智聯(lián)網的終端。 在報告最后，鄔賀銓表示，物聯(lián)網本身是一個新的應用，它當然會集成很多互聯(lián)網的技術，但是它有它的特殊性，所以有很多特殊的要求。所謂工業(yè)互聯(lián)網首先是工業(yè)物聯(lián)網，通過這個能使得我們實體經濟更好的融入到數(shù)字經濟的大環(huán)境里發(fā)展。

編輯：黃飛

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