5G+物聯(lián)網(wǎng)=？

張元

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在蓬勃發(fā)展。隨著5G技術(shù)變得更普及，康寧公司負責(zé)無線解決方案和產(chǎn)品線管理的副總裁Michelle Engarto說：“由于5G可用的頻譜增加，5G增加了總體帶寬，并允許聯(lián)接大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?！?/p>

電信運營商Verizon Business負責(zé)無線、物聯(lián)網(wǎng)和合作伙伴關(guān)系的副總裁Steve Szabo表示，5G的幾個特點有助于徹底改變眾多行業(yè)和網(wǎng)絡(luò)連接。一個特點是超高吞吐量。Szabo說：“我們在供應(yīng)商處的試驗中看到，峰值速度高達4 Gbps，這可以讓你大致領(lǐng)略5G的功能，5G速度有望達到10Gbps?！绷硪粋€特點是用于數(shù)據(jù)收集的高傳感器密度，這將使工廠車間實現(xiàn)數(shù)字化，并提高可見性和生產(chǎn)力，無需復(fù)雜的布線或傳統(tǒng)技術(shù)。

Szabo說：“高傳感器密度就是部署成千上萬個傳感器，并利用這些傳感器來跟蹤資產(chǎn)和發(fā)出警報等。采用毫米波技術(shù)的5G可以處理數(shù)百萬個聯(lián)網(wǎng)傳感器，實際上能夠管理每平方公里多達100萬個的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?！?G還能夠通過多接入邊緣計算（MEC）實現(xiàn)超低延遲，這可將工作負載的處理轉(zhuǎn)移到邊緣端。

5G如何幫助物聯(lián)網(wǎng)

5G對物聯(lián)網(wǎng)的影響究竟會有多大、何時會有影響，這在很大程度上取決于使用場景。研究公司Gartner的高級首席分析師Bill Menezes表示，5G的主要屬性包括：快得多的數(shù)據(jù)吞吐量、支持大規(guī)模的機器類通信（數(shù)量眾多的機器或設(shè)備在沒有任何人工交互或控制的情況下進行通信），以及超可靠的低延遲通信。

Menezes表示，這項技術(shù)的超可靠性來自它能夠提供規(guī)定的服務(wù)質(zhì)量或?qū)崟r通信，而不是WiFi等基于以太網(wǎng)技術(shù)的最大傳輸數(shù)據(jù)。此外，以后版本的5G理論上延遲不到1 ms，而部署的目前這一代WiFi通常延遲為20～40 ms。

如果應(yīng)用系統(tǒng)不需要高數(shù)據(jù)速率或低于10 ms的延遲就可以正常運行，實施大量的低功耗端點可能很合適。Menezes表示，這種場景將主要利用5G未來支持窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）聯(lián)接的能力，理論上設(shè)備密度每平方公里可支持多達100萬個低功耗端點。

5G還可用于部署需要大量帶寬的數(shù)量較少的設(shè)備。Menezes說：“部署監(jiān)控攝像頭的一個使用場景將更多地依賴5G的高吞吐量和低延遲能力，實現(xiàn)超高清晰度8K實時視頻流，對設(shè)備密度的要求低得多?！?/p>

Menezes表示，汽車、制造（智能工廠）、建筑以及采礦和油氣等自然資源行業(yè)都是5G有望為物聯(lián)網(wǎng)帶來機遇的行業(yè)。

而5G不是所有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的最佳選擇。Menezes表示，企業(yè)組織將繼續(xù)使用各種連接方式，包括WiFi、藍牙、Zigbee和4G-NB-IoT。他說：“企業(yè)需要衡量自己實施的系統(tǒng)將需要其他平臺在所需的部署場景中無法提供的哪些性能方面的屬性?！?/p>

5G如何與其他選擇相匹配

Engarto表示，如今的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大多通過有線技術(shù)進行聯(lián)接。這包括屏蔽雙絞線局域網(wǎng)和同軸電纜。她說：“在一些有限的地區(qū)，WiFi可能有一些用途，5G使企業(yè)可以部署數(shù)量多得多的傳感器，不需要電纜和每條電纜所需的導(dǎo)管。”

不過研究公司和國際數(shù)據(jù)公司（IDC）的物聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施高級研究分析師Patrick Filkins表示，新的無線技術(shù)“將是眾多旨在滿足物聯(lián)網(wǎng)全面需求的網(wǎng)絡(luò)解決方案之一。比如，5G可以支持需要任意延遲、可靠性和安全性的端點。雖說5G將是物聯(lián)網(wǎng)‘瑞士軍刀式解決方案，完全借助單一平臺即可實現(xiàn)，但一些企業(yè)可能不需要5G的全部功能。在許多情況下，比如低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN），也可以通過LoRaWAN等替代方案實現(xiàn)連接?！?/p>

Filkins表示，WiFi-6和WiFi-HaLoW也將在密集短距離物聯(lián)網(wǎng)使用場景中發(fā)揮作用，不過可靠性可能會下降。說到承諾零停機通信，5G是LTE的升級版，因為它融入了實現(xiàn)近乎零的數(shù)據(jù)包丟失的新技術(shù)。這些技術(shù)包括波束形成、網(wǎng)絡(luò)快速故障切換（冗余基礎(chǔ)設(shè)施和拓撲結(jié)構(gòu)）、無線數(shù)據(jù)包重傳和軟件定義網(wǎng)絡(luò)。

WiFi與5G

Filkins表示，WFi的可靠性首先受到其傳輸距離的制約。他說：“能不能保證服務(wù)級別是個未知數(shù)，但在中短距離幾乎肯定可以保證?！贝送?，大多數(shù)WiFi系統(tǒng)部署在未經(jīng)許可的頻段上。隨著更多的數(shù)據(jù)包共享信道，干擾的可能性會變得更大。

Menezes說：“根據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能需求的實施來做出決定。因此，如果端點或應(yīng)用系統(tǒng)不需要5G性能即可在所需級別運行，這將有助于決定連接方面的選擇。此外，在5G可用，但尚未達到龐大市場規(guī)模、從而使端點或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)頗具競爭力的情況下，使用基本商品化的連接技術(shù)（比如藍牙、Zigbee、RFID或WiFi）的端點可能極具成本效益?！?/p>

消費品制造商惠而浦的全球產(chǎn)品組織副總裁Shree Dandekar表示，在家庭使用等情況下，對物聯(lián)網(wǎng)而言WiFi通常比蜂窩技術(shù)更有意義（惠而浦提供聯(lián)網(wǎng)廚房和洗衣設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)）。

Dandekar說：“科技界基本上認同這一觀點，5G技術(shù)不太可能改變這種情形。就連最便宜的蜂窩技術(shù)（NB-IoT或LTE-M）也要比WiFi貴得多?！?/p>

另一方面，惠而浦的工廠是全然不同的情況。IT副總裁Michael Berendsen說：“這種環(huán)境可能對WiFi來說是挑戰(zhàn)，因為設(shè)備和機器實在太多了，大量的金屬會影響WiFi信號。我們認為5G可以提供更好的覆蓋范圍，在這么大的空間內(nèi)表現(xiàn)更穩(wěn)定?！保ㄔ摴菊诙砗ザ碇菀患蚁匆聶C工廠的一些自動駕駛汽車上測試5G）

網(wǎng)絡(luò)切片以提升性能

電信運營商表示，隨著5G日趨成熟，網(wǎng)絡(luò)會變得越來越先進，這將為物聯(lián)網(wǎng)帶來更多的可能性。

AT&T Business的5G卓越中心主任Jason Inskeep說：“隨著網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，可以借助軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）改進邊緣結(jié)構(gòu)的建模，帶寬會繼續(xù)改善。5G將帶來的另一個備受期待的功能是網(wǎng)絡(luò)切片，”從而允許在無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）上使用專用的資源塊。這樣一來，蜂窩網(wǎng)絡(luò)開始讓人覺得如同多協(xié)議標簽交換（MPLS）網(wǎng)絡(luò)，為實現(xiàn)更高的性能帶來了機會，從而促進自動駕駛汽車或‘超視距無人機操控之類的技術(shù)。5G可以在蜂窩網(wǎng)絡(luò)的每個切片保持一定的性能閾值，這是過去有線網(wǎng)絡(luò)上才具有的特性。

這些汽車和無人機在收集需要快速處理的大量數(shù)據(jù)，以便使汽車和無人機更切實可行。5G和邊緣計算全面提供了快速度和低延遲，加上網(wǎng)絡(luò)切片為數(shù)據(jù)提供了各自的‘通道，這將有助于數(shù)據(jù)在短得多的時間內(nèi)返回到設(shè)備。

5G網(wǎng)絡(luò)切片與物聯(lián)網(wǎng)交匯時，“你就會開始看到5G平臺的整體性多么有用，尤其是許多使用場景同時存在的組織中，”Filkins說：“一個網(wǎng)絡(luò)切片可以專用于LPWAN物聯(lián)網(wǎng)項目，另一個切片可以連接需要超低延遲的端點。借助5G，理論上可以創(chuàng)建單一的平臺，就能夠支持傳統(tǒng)上需要覆蓋有線鏈路和無線鏈路才能支持的物聯(lián)網(wǎng)使用場景。有了5G，你可以使用無線技術(shù)從單一平臺支持大多數(shù)此類使用場景?！?/p>

Filkins表示，從管理和運營費用的角度來看，這對于希望提升物聯(lián)網(wǎng)價值的組織應(yīng)該很有吸引力。

更高的端點密度將到來

未來改進的另一個方面是，每平方公里每個無線電路支持更多的會話。InsKeep說：“隨著我們改用5G，這個數(shù)字會急劇增加，因此終端的密度可能隨之增加。如果出現(xiàn)這一幕，生態(tài)系統(tǒng)會變得更智能化”，物聯(lián)網(wǎng)的功能也隨之增加。

Szabo說：“說到物聯(lián)網(wǎng)，我們觸及的只是5G強大功能的一小部分，5G大有潛力徹底改變業(yè)務(wù)運營，支持今天不存在的使用場景。比如說，5G網(wǎng)絡(luò)每平方英里有望支持200多萬個聯(lián)網(wǎng)傳感器，協(xié)同使用3D虛擬現(xiàn)實可以幫助工程師、設(shè)計師和營銷團隊在幾乎零延遲的情況下比較新產(chǎn)品的設(shè)計。”

Szabo表示，Verizon正與合作伙伴和開發(fā)商合作，拓展其 5G生態(tài)系統(tǒng)。2020年7月，宣布了簡化和加速端到端物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的計劃。計劃的一部分是將這家運營商的5G/LTE網(wǎng)絡(luò)、ThingSpace物聯(lián)網(wǎng)平臺（允許其他公司在Verizon網(wǎng)絡(luò)上設(shè)計、測試和連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）和關(guān)鍵資產(chǎn)傳感器設(shè)備（監(jiān)控光、溫度和壓力等條件）與微軟的Azure云整合起來，使物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者能夠快速高效地創(chuàng)建新的應(yīng)用程序。

5G的未來版本包括與高級NBIoT、超低延遲和網(wǎng)絡(luò)切片有關(guān)的許多規(guī)范，它們適用于多種多樣的物聯(lián)網(wǎng)使用場景。Menezes說：“將5G視為主要或互補資源的組織在為規(guī)劃的物聯(lián)網(wǎng)使用場景、應(yīng)用或者為實施的現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提升所需的性能制定路線圖時，需要與基于先進5G版本的服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施的商業(yè)可用性相匹配?！?/p>

5G可以促進物聯(lián)網(wǎng)更廣泛的使用

專家們表示，5G的不斷進步有助于推動物聯(lián)網(wǎng)計劃。Engarto說：“5G將促使市面上的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備呈爆炸式增長?！?G的超低延遲將為增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實等新的使用場景鋪平道路，“并為醫(yī)療保健、智能制造和教育等垂直領(lǐng)域的數(shù)字化帶來新的突破性應(yīng)用前景，5G可能是建設(shè)智慧城市的關(guān)鍵賦能因素，交通運輸、公共安全甚至零售業(yè)方面都有改進?！?/p>

大規(guī)模的機器對機器通信與5G即將整合NB-IoT功能相結(jié)合，有望進一步促進物聯(lián)網(wǎng)的部署。如今智慧城市面臨的問題是，4GLTE之類的其他移動無線技術(shù)或WiFi等的局域網(wǎng)無線帶來了較差的可擴展性。Menezes說：“以后版本的5G能夠在覆蓋范圍內(nèi)支持數(shù)量多得多的設(shè)備。而且，在中低波段頻譜中，它的傳輸距離會更遠，因此覆蓋的范圍比WiFi更大?！?/p>

Szabo表示，5G的出現(xiàn)將大大加快廣泛采用傳感器的進程，以推動諸多行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)可以支持最多達12倍的傳感器密度，NB-IoT之類的技術(shù)會日趨完善。利用這些技術(shù)收集數(shù)據(jù)，加上數(shù)字孿生等基于云的功能，可實現(xiàn)近實時的模擬、評估、預(yù)測和補救。

Filkins說：“物聯(lián)網(wǎng)其實是將技術(shù)能力與改善業(yè)務(wù)運作相連接的一種實踐，沒有人僅僅為了使用一種新技術(shù)而部署物聯(lián)網(wǎng)項目。在某些行業(yè)，5G將成為推動工業(yè)自動化的主要角色，可使室內(nèi)和室外環(huán)境實現(xiàn)無縫連接?！?/p>