NB-IOT與5G融合應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新的對策研究*

林 豐 林 暢 蔡國瑋

( 1.福建信息職業(yè)技術(shù)學院，福建 福州 350003;2.福建省電子學會，福建 福州 350003;3.福建飛虎無人機公司，福建 福州 350004)

1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢及其應(yīng)用

1.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點

窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IOT)具有低功耗、低成本、連接巨量等優(yōu)點，支持設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)中連接，在遠程抄表、智能停車、智能路燈、環(huán)境監(jiān)測、智慧農(nóng)業(yè)、智慧交通、智慧醫(yī)療、健康養(yǎng)老、智慧城市等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用場景。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)可為物與人、物與物之間的通信帶來良好的體驗，可承擔行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)應(yīng)用，針對行業(yè)需求實施定制化服務(wù)。它具有以下特點：一是低功耗，其終端模塊的有效待機時間可達10年；二是低模塊成本，單個接連模塊成本低于25元；三是具有支撐大量連接的能力，支持低延時敏感度、低設(shè)備成本和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；四是覆蓋廣，在同樣頻段下，覆蓋面積可擴大100倍。

1.2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的市場潛力

窄帶物聯(lián)網(wǎng)的市場包括芯片、模塊、系統(tǒng)、平臺等一系列應(yīng)用市場，技術(shù)、應(yīng)用和市場正在迅速發(fā)展，并不斷成熟，逐步應(yīng)用在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，其應(yīng)用體系和產(chǎn)業(yè)體系已進入關(guān)鍵及成熟階段。

在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中，窄帶物聯(lián)網(wǎng)可應(yīng)用于如下領(lǐng)域。

一是促進產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型。在采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體方面，窄帶物聯(lián)網(wǎng)起重要作用，它應(yīng)用于制造業(yè)，有利于促進經(jīng)營管理、研究開發(fā)、生產(chǎn)制造、客戶服務(wù)、物資采購及運輸物流等方面充分開發(fā)應(yīng)用數(shù)據(jù)的能力，并提升現(xiàn)代化智能管理和市場應(yīng)用。

二是帶動和形成一系列新興產(chǎn)業(yè)，尤其是推動現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展。

三是應(yīng)用于社會發(fā)展的不同領(lǐng)域，進一步推進城市治理及民生服務(wù)效率的提高，優(yōu)化城市運行治理的感知形態(tài)，提升并豐富現(xiàn)代城市治理的科學手段，增進民生服務(wù)在空間及時間方面的便捷性。

2 5G發(fā)展趨勢及其產(chǎn)業(yè)

2.1 5G技術(shù)

5G(即第五代移動通信技術(shù))具有低時延、超高速、大連接等功能，5G的應(yīng)用正不斷促進和提升物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、智能制造及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，促進電子元器件、芯片、終端、整機、系統(tǒng)和平臺等行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。

2.2 5G產(chǎn)業(yè)體系

5G產(chǎn)業(yè)體系包括網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)品設(shè)備、計算數(shù)據(jù)分析和處理等方面，以形成行業(yè)應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施方面的應(yīng)用主要有無線射頻、基站天線、通信模塊、基帶芯片、光纖光纜、通信網(wǎng)路設(shè)備、小基站及射頻模塊等。

產(chǎn)品設(shè)備應(yīng)用主要有穿戴設(shè)備、手機、工業(yè)設(shè)備、智能汽車等。

在計算數(shù)據(jù)分析和處理方面，可開展人工智能關(guān)鍵技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和處理、云計算與邊緣計算的挖掘、提升和運用，發(fā)揮5G在基礎(chǔ)通信分析能力、大數(shù)據(jù)運用和優(yōu)化分析的優(yōu)勢。

5G應(yīng)用包含行業(yè)應(yīng)用和通用應(yīng)用等，行業(yè)應(yīng)用包括5G在智慧環(huán)保、智慧旅游、智慧金融、智慧農(nóng)業(yè)、智慧交通、醫(yī)療健康、城市管理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的應(yīng)用；通用應(yīng)用包括高清視頻、無線機器人云端VR/AR、智慧無人機和無人汽車等。

3 窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G的應(yīng)用

3.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正不斷促進物聯(lián)網(wǎng)在公共安全、工業(yè)互聯(lián)、市政、民生等領(lǐng)域的應(yīng)用，形成新的產(chǎn)業(yè)體系和商用規(guī)模。一些基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的規(guī)模企業(yè)不斷研發(fā)新產(chǎn)品，投入行業(yè)應(yīng)用，如星網(wǎng)銳捷公司成立了窄帶物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)團隊，三鑫隆公司推廣應(yīng)用了數(shù)百萬個窄帶物聯(lián)網(wǎng)智能井蓋，漁家傲公司開展了窄帶物聯(lián)網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測傳感設(shè)備應(yīng)用，星海通信公司致力于智慧煙感研發(fā)與應(yīng)用，瑞芯微公司研發(fā)超低功率的窄帶物聯(lián)網(wǎng)芯片，匯川公司推動了窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人員管理、資產(chǎn)追蹤等領(lǐng)域的應(yīng)用等。

以福州市為例，福州市人民政府與華為技術(shù)公司簽署了NB-IOT技術(shù)及應(yīng)用項目合作協(xié)議，政企合作推進NB-IOT商業(yè)化部署和實驗建設(shè)，以水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為樣板，推進窄帶物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用，通過示范應(yīng)用帶動市場推廣，拓展NB-IOT技術(shù)應(yīng)用于智慧城市，對于城市供水損漏治理項目，通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用，過去基于GPRS由一個基站只能同時負載數(shù)百個水表聯(lián)網(wǎng)采集和數(shù)據(jù)傳輸，采用窄帶物聯(lián)網(wǎng)后，現(xiàn)在一個基站可同時負載5萬個水表聯(lián)網(wǎng)采集和數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 5G的應(yīng)用

在政府、企業(yè)、行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的推動下，5G融合應(yīng)用正從試點示范向規(guī)模應(yīng)用發(fā)展。

在金融領(lǐng)域，通信技術(shù)與金融業(yè)務(wù)深度融合。5G金融終端、5G服務(wù)機器人等金融應(yīng)用產(chǎn)品不斷推出，對金融行業(yè)的服務(wù)提出新的要求，5G技術(shù)應(yīng)用于智能客服、智能理賠、動態(tài)風控及動產(chǎn)融資等場景，促進了金融服務(wù)和行業(yè)應(yīng)用的進一步創(chuàng)新。

在智慧醫(yī)療領(lǐng)域，應(yīng)用5G技術(shù)促使醫(yī)療機構(gòu)間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及數(shù)據(jù)信息共享更加快捷。原來無線網(wǎng)的信息傳送斷續(xù)、覆蓋能力有限和信息安全有限等問題得到有效解決，基于5G技術(shù)的AI輔助診斷和治療、基于5G技術(shù)的實時影像數(shù)據(jù)傳輸及基于5G技術(shù)的遠程會診和評估等醫(yī)療業(yè)務(wù)融合應(yīng)用場景不斷涌現(xiàn)。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，基于5G技術(shù)的現(xiàn)場輔助裝配、機器視覺檢測、無人巡檢安防、智能理貨物流、精準遠程操控等典型應(yīng)用不斷成熟，并正在推廣。

在智慧交通領(lǐng)域，5G技術(shù)與車聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用促使智能化、無人化及新能源汽車的示范應(yīng)用不斷推進和完善。

在高清視頻應(yīng)用領(lǐng)域，5G技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用不斷規(guī)?；七M，基于5G的4K/8K視頻技術(shù)正成為遠程醫(yī)療、安防監(jiān)控、廣播電視、賽事及演唱會等應(yīng)用場所的視頻播放和傳輸標準。

4 產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新存在的問題

4.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

①產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)需進一步充實，產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，芯片模組的成熟度和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度等因素影響窄帶物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展，缺少一定數(shù)量的龍頭企業(yè)。

②行業(yè)管理部門和企業(yè)對窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式及應(yīng)用內(nèi)涵的認識需要進一步提升。

③窄帶物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域科研人才和技術(shù)應(yīng)用人才資源相對短缺。

④窄帶物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用潛力有待進一步釋放，行業(yè)應(yīng)用需進一步激發(fā)。

4.2 5G創(chuàng)新應(yīng)用存在的問題

5G技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)需進一步加強?，F(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)要適應(yīng)各行業(yè)多樣化的需求，迫切要求5G網(wǎng)絡(luò)加快建設(shè)，并擴大覆蓋范圍。在5G產(chǎn)業(yè)鏈中，中高頻電子器件、射頻芯片及核心計算芯片等通信核心芯片和器件存在技術(shù)短板，需要提升相應(yīng)的工業(yè)基礎(chǔ)。

5G創(chuàng)新應(yīng)用的技術(shù)標準需制定和完善。5G須與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)協(xié)同，開放、虛擬及云化等5G創(chuàng)新技術(shù)的導入可能構(gòu)成安全威脅。此外，智能駕駛算法、工業(yè)互聯(lián)應(yīng)用、超高清視頻、AR/VR、8K編解碼技術(shù)等5G融合創(chuàng)新應(yīng)用的發(fā)展，相關(guān)標準有待完善[4]。

4.3 窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G融合應(yīng)用存在的問題

窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G的融合應(yīng)用及其創(chuàng)新需要電信運營商、設(shè)備商、業(yè)務(wù)開發(fā)商、行業(yè)客戶、第三方開發(fā)等多個主體參與，需要在深入理解窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)、大帶寬業(yè)務(wù)和行業(yè)發(fā)展瓶頸的基礎(chǔ)上，共同探索解決方案，打破傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)固有模式，形成新的商業(yè)模式，尤其在遠程醫(yī)療、自動駕駛、工業(yè)控制等融合應(yīng)用場景和領(lǐng)域，存在業(yè)務(wù)主體責任劃分不明、政府監(jiān)管政策空白等問題，導致融合技術(shù)應(yīng)用進展緩慢。

5 對策建議

為了進一步激發(fā)行業(yè)市場活力，針對NB-IOT與5G融合應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新所存在的問題，探索具備市場空間及商業(yè)價值的NB-IOT與5G融合應(yīng)用，提出如下對策建議。

5.1 加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完善發(fā)展基礎(chǔ)

①加快完善窄帶物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，促進農(nóng)村和城市網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)發(fā)展，進一步滿足機房、基站、通信管線等設(shè)施建設(shè)。

②智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧停車、智能抄表、環(huán)境監(jiān)控、健康養(yǎng)老、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市等場景應(yīng)用需要全域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支撐，并重點統(tǒng)籌規(guī)劃核心網(wǎng)、平臺、基站和終端等[5]。

③核心網(wǎng)規(guī)劃需按照標準實施，通過升級改造及完善建設(shè)，并充分滿足NB-IOT和5G業(yè)務(wù)接入及融合應(yīng)用。

④平臺規(guī)劃需符合新型商業(yè)模式的要求，運營商可全局性滿足業(yè)務(wù)發(fā)展狀況和網(wǎng)絡(luò)連接行為。

⑤基站規(guī)劃可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)站點和設(shè)備資源，共天饋、共射頻、共站點、共通用接口、共主控、共傳輸、共維護和運行，實現(xiàn)快速部署。

⑥終端規(guī)劃包含對芯片、模組和終端的規(guī)劃，可按照業(yè)務(wù)屬性和應(yīng)用要求進行入網(wǎng)測試，確定適用范圍。

5.2 完善支撐服務(wù)，建造公共服務(wù)平臺

建造包括產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心、云服務(wù)平臺、實驗室和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G產(chǎn)業(yè)融合應(yīng)用公共服務(wù)平臺體系，發(fā)展大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)，采用先進的信息安全保障機制，面向行業(yè)提供高效節(jié)能、安全環(huán)保的服務(wù)，融合政府、行業(yè)、企業(yè)及產(chǎn)業(yè)的大數(shù)據(jù)資源，在兩化融合、智慧城市建設(shè)和管理等領(lǐng)域形成數(shù)據(jù)共享和開放機制。

5.3 拓展應(yīng)用領(lǐng)域，建設(shè)智慧新城

5.3.1 推動數(shù)據(jù)共享和感知設(shè)備建設(shè)

加強基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G融合應(yīng)用的感知設(shè)施規(guī)劃和建設(shè)，建立城市一體化物聯(lián)網(wǎng)接入數(shù)據(jù)資源平臺，構(gòu)建感知設(shè)備的集中管理、接入和數(shù)據(jù)共享，通過結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)和市政基礎(chǔ)設(shè)施，完善智能終端和復合傳感感知設(shè)備節(jié)點的建設(shè)，通過融合數(shù)據(jù)開放，推進數(shù)據(jù)資源開放，同時進一步深化政府數(shù)據(jù)和社會數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用。

5.3.2 建設(shè)新型智慧城市

在生態(tài)宜居、精準治理和惠民服務(wù)等方面，推動窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G融合的集成應(yīng)用，形成典型應(yīng)用案例并加以推廣應(yīng)用，探索形成具有一定經(jīng)濟效益的商業(yè)應(yīng)用模式，助力建設(shè)新型智慧城市。

5.3.3 推進相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用示范

以新型智慧城市建設(shè)為導向，科學、有序地推進NB-IOT與5G融合應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用示范，具體建議如下。

①智慧治安。融合應(yīng)用NB-IOT和5G技術(shù)，進一步提高數(shù)據(jù)傳輸及其監(jiān)控，應(yīng)用智能報警、人臉識別和實時追蹤，完善智慧治安和平安城市的建設(shè)；針對汽車、電動車的防盜監(jiān)控，開展智能資產(chǎn)追查應(yīng)用；融合運用NB-IOT、5G和北斗定位等技術(shù)，在生產(chǎn)、儲存、銷售、運輸、使用和銷毀等環(huán)節(jié)對易爆品及?；穼嵤┚珳时O(jiān)控和管理。

②智慧消防。融合應(yīng)用NB-IOT和5G技術(shù)，建立智能煙感報警系統(tǒng)，重點針對學校、養(yǎng)老院和人群密集場所布設(shè)報警及消防設(shè)備,運用低時延、超高速、大連接的優(yōu)勢，聯(lián)網(wǎng)至智慧消防監(jiān)控中心，達到及時發(fā)現(xiàn)火情的目的,動態(tài)監(jiān)測消防設(shè)備的運行狀態(tài)，提升消防維護管理和應(yīng)急能力。

③智慧環(huán)保。采用NB-IOT和5G融合應(yīng)用技術(shù)，建設(shè)布局合理、規(guī)范統(tǒng)一的智慧環(huán)保監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，深化相關(guān)環(huán)保監(jiān)測設(shè)備的規(guī)模應(yīng)用,提高水質(zhì)、城市噪音和空氣質(zhì)量的監(jiān)測能力，有效應(yīng)用于建筑工地環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)污染監(jiān)測和核廢料追蹤等環(huán)保應(yīng)用場所。

④智慧食品藥品監(jiān)督。通過采集溫度、濕度等信息,融合應(yīng)用NB-IOT和5G技術(shù)，實時動態(tài)反饋、控制和調(diào)整，智能監(jiān)控食藥品倉庫,保障食藥品安全。

⑤智慧節(jié)能。通過氣、熱、水、電等智能計量表在城市城區(qū)的規(guī)劃和應(yīng)用,融合應(yīng)用NB-IOT和5G技術(shù)，實施用電能耗分析、能耗數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和精細化管理,建立用電設(shè)備保障體系，提升智慧節(jié)能能力，有效降低能耗，貢獻于碳中和、碳達峰及綠色發(fā)展。

⑥智慧交通。針對共享單車、智能停車和交通服務(wù)等需求，融合NB-IOT和5G應(yīng)用技術(shù)，實施橋梁監(jiān)測、智能路網(wǎng)養(yǎng)護及圍欄監(jiān)測等應(yīng)用,有效監(jiān)測交通設(shè)施的運行狀態(tài)，實現(xiàn)智慧管理和維護。

⑦智慧市政管理。通過融合NB-IOT和5G應(yīng)用技術(shù)，在智慧垃圾箱的應(yīng)用方面，通過實時監(jiān)測垃圾箱空載、滿載、開閉等狀態(tài),可對垃圾回收路線進行優(yōu)化,有效提升環(huán)衛(wèi)人員及車輛的工作效率；在智慧井蓋的應(yīng)用方面,通過遠程實時監(jiān)控丟失、缺損、移位和非法打開等狀態(tài),達到實時報警，并有效提高自動巡檢能力，同時，通過建立市政管理數(shù)字化平臺，可及時監(jiān)測房產(chǎn)物業(yè)、水務(wù)、電力和熱力等不同行業(yè)所屬井蓋的狀況；在智慧管網(wǎng)應(yīng)用方面,通過構(gòu)建地下管網(wǎng)管理系統(tǒng),實時監(jiān)測熱力、燃氣、供水、電力、排水、通訊等管線的化學和物理信息,及時了解地下管線的運行狀態(tài),為應(yīng)急處置、規(guī)劃建設(shè)和決策管理提供有益的信息和技術(shù)支撐。

5.4 推動規(guī)模應(yīng)用，促進服務(wù)創(chuàng)新

5.4.1 推動NB-IOT與5G融合在典型服務(wù)業(yè)的規(guī)模應(yīng)用

針對健康養(yǎng)老服務(wù)業(yè)，充分運用養(yǎng)老智能監(jiān)護設(shè)備、家庭服務(wù)機器人、便攜式健康監(jiān)測設(shè)備、可穿戴設(shè)備和自助式健康檢測設(shè)備等健康養(yǎng)老智能設(shè)備，有效提升服務(wù)的智能、精細及便利化水平。

針對現(xiàn)代物流服務(wù)業(yè)，重點在物流集中區(qū)域，推動物流業(yè)務(wù)管理、行為決策、信息感知、作業(yè)控制和運營服務(wù)等方面的應(yīng)用創(chuàng)新，形成應(yīng)用模式。

5.4.2 以應(yīng)用創(chuàng)新促進服務(wù)創(chuàng)新

進一步提高融合應(yīng)用創(chuàng)新能力和企業(yè)數(shù)字化水平，需要充分發(fā)揮政府引導行為，健全和優(yōu)化市場環(huán)境，有效實施配套政策與行業(yè)監(jiān)管體系，明晰職責，克服行業(yè)發(fā)展應(yīng)用的瓶頸，政府在頂層規(guī)劃層面給予典型企業(yè)專項經(jīng)費扶持，解決數(shù)據(jù)應(yīng)用、產(chǎn)生、處理、互聯(lián)和業(yè)務(wù)集成的關(guān)鍵性技術(shù)問題，可成立溝通協(xié)調(diào)機制與業(yè)務(wù)合作平臺，以加快5G技術(shù)融合應(yīng)用創(chuàng)新進程，建立應(yīng)用規(guī)范，依靠市場驅(qū)動，培育造就一批對接產(chǎn)業(yè)需求和供給的行業(yè)應(yīng)用解決方案集成商。

6 結(jié)論

本文對窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G特點、趨勢及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用進行分析，針對產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新存在的問題，提出了窄帶物聯(lián)網(wǎng)與5G融合應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新的對策建議，包括加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、完善支撐服務(wù)、建造公共服務(wù)平臺、拓展應(yīng)用領(lǐng)域、促進服務(wù)創(chuàng)新等，通過在智慧治安、智慧消防、智慧環(huán)保、智慧食品藥品監(jiān)督、智慧節(jié)能、智慧交通和智慧市政管理等方面開展應(yīng)用示范，推動行業(yè)規(guī)模應(yīng)用，對于促進經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展具有現(xiàn)實意義。