導語 | 如(rú)果說(shuō)5G∑÷β∑以前是(shì)互聯網時(shí)代，是(shì)把人≥™₽(rén)作(zuò)為(wèi)連接和(hé)服務₩∞對(duì)象;那(nà)麽5G之後就(jiù)是(shì)物(★$←wù)聯網世界，5G将進一(yī)步實現(xiàn)物(wù)與物(w₹↔ù)、物(wù)與人(rén)更加多(duō)元化(huà≠♣)的(de)連接，也(yě)就(jiù)是(s€☆hì)萬物(wù)智聯。我們都(dōu)知(zhī)道(dào)5G賦λ×¥予物(wù)聯網低(dī)延遲、高(gāo)速率、多(duō§₹×♦)終端的(de)交互能(néng)力，那(nà→♦≠')麽這(zhè)些(xiē)能(néng)力背後有(yǒu)哪些∏₩(xiē)技(jì)術(shù)支撐呢(ne)?♥₹本文(wén)由騰訊雲5G技(jì)術(shù)專家(jiā)工(gōng÷'±​)程師(shī)闫淵在Techo TVP開(kāi≠∑↓←)發者峰會(huì)“「物(wù)」所不(b'♣ù)在，「聯」動未來(lái)——從(cóng$ )萬物(wù)互聯到(dào)萬物(wù)智聯✔‍&✘”上(shàng)的(de)演講《5G中的(de)物(wù)δ≥∑ 聯網技(jì)術(shù)與未來(lái)演進方向》整理(lǐ)而成，向÷∞大(dà)家(jiā)分(fēn)享他(tā)的(de)見♣•(jiàn)解。

　　現(xiàn)在物(wù)聯網正處在大(dà)爆發的"¥(de)前期，從(cóng)物(wù)聯網底層通(tōng)信技(jì)術¥ → (shù)來(lái)說(shuō)，“連接”是(shì)剛需，雖然它不(bùε ♠©)是(shì)價值鏈最高(gāo)的(de)，∞γ但(dàn)“連接”是(shì)必需的(de)基礎設施。♣&

　　從(cóng)通(tōng)信技(jì)術(shù)<π≤≠的(de)演進來(lái)說(shuō)，特§≥别是(shì)在5G時(shí)代，物(wù)聯和(hé)人(rén)π♠™☆聯已經并重發展了(le)，5G網絡針對(duì™‌∏€)物(wù)聯的(de)需求，做(zuò≤÷‌♦)了(le)很(hěn)多(duō)優化(huà)，如( ₹‌rú)uRLLC、mMTC中應用(yòng'♠∞α)的(de)技(jì)術(shù)，大(dàβγ)部分(fēn)都(dōu)是(shì)為(wè​‍ i)物(wù)聯需求而設計(jì)的(de)，某種程度上(shàng)，5G≥β★可(kě)以說(shuō)是(shì)為(wèi)物(wù)聯而誕®ε§生(shēng)的(de)一(yī)張網絡。

　　一(yī)、國(guó)家(jiā)®Ω政策引領5G賦能(néng)物(wù)聯網發展

　　從(cóng)公開(kāi)數(shù)據看(₹δ>kàn)，截止2021年(nián)6月(↑♦♦•yuè)末，蜂窩物(wù)聯網已經達到(dào)了(le)12.94億，上λ× (shàng)半年(nián)新增1.58億，"λ同比增長(cháng)16%，主要(yào)分(fēn)布在智能(néng)÷↑↑制(zhì)造、智慧交通(tōng)、公共交通(tōng)等領域。

　　今年(nián)，工(gōng)信部等多(du​↓♣&ō)部門(mén)一(yī)起印發了(le)兩個(gè)非常重要(yào)♣>的(de)文(wén)件(jiàn)：第一(yī)個(gè)是(shì)《 ✔↑物(wù)聯網新型基礎設施三年(nián)行(xíng)動計(jì)劃(20★≠∞≤21-2023年(nián))》，提出到(dào)2023年(nián)物(w>Ω§"ù)聯網連接數(shù)突破20億。第二個ε☆γ™(gè)是(shì)《5G應用(yòng)“揚帆” ₹¥>行(xíng)動計(jì)劃(2021-202≥σ3年(nián))》，明(míng)确提出到(dào)2↓φ•023年(nián)5G物(wù)聯網終端用(π∞yòng)戶數(shù)年(nián)增長(c ‌háng)率超200%。綜上(shàng)λσ所述，可(kě)以看(kàn)到(dào)，5G将驅動物(wù)聯網成為(w​ ®§èi)新一(yī)輪科(kē)技(jì)與産業(yè)®±≤₹變革的(de)核心動力。

　　二、5G蜂窩物(wù)聯網的(de)四種部署場(♥¶‍chǎng)景

　　(一(yī))5G廣域大(dà)網

　　5G廣域大(dà)網适合智能(néng)穿戴、安★ε♣£防監控、移動支付、智能(néng)家(jiā)居、視(shì)&÷頻(pín)直播等領域，其連接數(shù)量∞ 最大(dà)，與4G相(xiàng)比，5G引入‍↑了(le)切片技(jì)術(shù)，将帶來(lái​✘)更好(hǎo)的(de)物(wù)聯體(≠±↕Ωtǐ)驗。

　　(二)5G園區(qū)專網

　　5G和(hé)邊緣計(jì)算(suàn≥∏≤>)的(de)結合，以降低(dī)時(shí)延、卸載帶寬和(hé)保證敏感 γ∑數(shù)據的(de)安全性，将是(shì)5G園↓‌£σ區(qū)專網的(de)主要(yào)應用(yòng)場(chǎn$αg)景，如(rú)部署與港口、工(gōng)廠(chǎng)≠♠₽φ、學校(xiào)等。部署模式可(kě)以主要≤↕(yào)分(fēn)為(wèi)三種：物(wù)理(lǐ)模式、混γ€€合模式和(hé)虛拟模式。

　　(三)專用(yòng)頻(pín)率廣域大(dà)網

　　5G之前，電(diàn)力、鐵(tiě)路(lù)、政務等，是¥λ(shì)基于專用(yòng)頻(pín)率部署廣域大↑☆♠(dà)網比較常見(jiàn)的(de)場(chǎng™→<)景。随著(zhe)自(zì)動駕駛/遠(yuǎn)程駕駛的(de)興∑←起，特别是(shì)在開(kāi)放(fàng)道(dào)路(lù)區↓®(qū)域，基于專用(yòng)頻(pín)率部 β"Ω署的(de)5G-V2X車(chē)聯網将是(shì)其最重要(yào)€♥的(de)應用(yòng)場(chǎng)景之一(yī)。

　　(四)專用(yòng)頻(pín)率園區(qū)專網

　　企業(yè)申請(qǐng)專用(yòng)頻(pín)率，自(zì)建5♥☆™₽G園區(qū)專網，類似自(zì)建企業(yè)WiFi，主要(yào)≠×目的(de)之一(yī)是(shì)為(wèi)了(le)實現(xi★↔àn)對(duì)網絡的(de)完全自(zì)主可(kě)控和(hé)針對(•βduì)性定制(zhì)優化(huà)。目前，在德國(guó€∏♦)、日(rì)本等國(guó)家(jiā)也(yě)出現(xiàn↕≈λ)了(le)此類模式，特别是(shì)在工("÷₹εgōng)業(yè)領域，這(zhè)也( ↓÷₩yě)将是(shì)5G物(wù)聯的(de)未↑δ♣來(lái)可(kě)能(néng)的(₩★≈>de)發展趨勢之一(yī)。

　　三、5G蜂窩物(wù)聯網技(jì)術(shù)類型及≤£發展趨勢

　　工(gōng)信部在發布的(de)《關于深入推進×★移動物(wù)聯網全面發展的(de)通(tγ₹‍πōng)知(zhī)》中明(míng)确指出>'≥，要(yào)推動2G/3G物(wù)聯網業(yè¥α)務遷移轉網，建立NB-IoT、4G和(hé)5G協同發展的(de)移動物(w↕∑ù)聯網綜合生(shēng)态體(tǐ)系。

　　那(nà)麽，4G/5G主流的(de)蜂←↕÷&窩物(wù)聯網技(jì)術(shù)有(yǒ↕&u)哪些(xiē)呢(ne)?主要(yào)分(fēn)為(wèi)兩大(d&≠à)類，如(rú)下(xià)圖所示：左邊一✘£↕ (yī)類是(shì)4G物(wù)聯技(jì)術(shù)，包含Ω±≤€4G Cat4、Cat1和(hé)eMTC等。右邊σ₩↔→一(yī)類是(shì)5G物(wù)聯技(jì)術(shù)，包括5λ•$GNR、5G RedCap和(hé)NB​←✘★-IoT。

　　六種不(bù)同的(de)技(jì)術( →shù)全面覆蓋了(le)從(cóng)低(dī'Ω&¥)速、中速、高(gāo)速到(dào)超高(gā<¶o)速的(de)各種應用(yòng)場(chǎ↔₹ng)景。其中，NB-IoT對(duì)應100K速率級¥‌别的(de)低(dī)速業(yè)務，如(rú)表計(jì)類↕♣₩、共享單車(chē)等業(yè)務。Cat-1、eMTC等對(duì)應₽→ε100K到(dào)10M的(de)中速業(yè)務，且對(duì)成本比‌‌©β較敏感，如(rú)智能(néng)穿戴、智能(néng)家(ji€π→₩ā)居等。Cat-4和(hé)RedCap主要(yබ✔o)負責10M到(dào)100M的(de)的(de)高(gāo)速業 ÷→(yè)務，如(rú)安防監控等，且成本低(dī)于NR。最高(g↑π☆ āo)端的(de)場(chǎng)景則由5G NR來(lái₽←)承擔。

　　(一(yī))設計(jì)理(lǐ)念從(cóng) ✔✔3/4G時(shí)代的(de)業(yèδ∏♣∞)務适配網絡轉變為(wèi)網絡适配業(yè)務

　　以前4G設計(jì)的(de)主要(yào λ)指導思想之一(yī)是(shì)業(yè)務适↓σ₩‌配網絡，基于一(yī)張普适性網絡，可(kě)以承×↔載多(duō)樣化(huà)的(de)業(yè)務£ ©₹和(hé)應用(yòng)，當然，對(d★<♣‌uì)不(bù)同的(de)業(yè)務需求，也(yě)會(huì)引入QoS↑÷✘↔保障。但(dàn)總之，設計(jì)一(yī)÷α張統一(yī)的(de)網絡，這(zhè)種簡單和(hé)普适性讓其£​δ上(shàng)的(de)應用(yòng)變得(de)簡單和(hé)易§ 于推廣，我覺得(de)這(zhè)也(yě γ¶)是(shì)移動互聯網在4G時(shí)代能(nén✔¶g)得(de)到(dào)蓬勃發展的(de)動因之一(yī)。

　　但(dàn)4G主要(yào)是(shì)面向2C應用( σyòng)，而5G的(de)一(yī)個(gè)重要(yào)發展目的(de✘•♠₽)，就(jiù)是(shì)賦能(néng)服務2B，B端的(‍ ←'de)需求，主要(yào)也(yě)是(shì)物(wù)聯的(de)需求，σ→ €是(shì)非常多(duō)樣的(de)，如(rú)速率、時(shí)✔✔ε&延、能(néng)耗、成本等，不(bù)同的(de)場(c∑λhǎng)景，需求差異巨大(dà)，很(hěn)難有(yǒu)一(yī)個(g♥≈≤è)統一(yī)的(de)技(jì)術(shù)能(néng)滿‍✔∏足所有(yǒu)的(de)需求場(chǎng)景，因此←™§<，網絡适配業(yè)務的(de)設計(jì)÷±理(lǐ)念，在5G網絡中體(tǐ)現(x₽¶±iàn)得(de)愈發明(míng)顯：在網絡側，5G" ✔β引入了(le)切片等技(jì)術(shù)，支持給不(bù)同的(de)物λ♥λ (wù)聯應用(yòng)提供不(bù)同‌÷≥的(de)切片;在終端側，除了(le)NB-IoT、NR一(yī)低♠> (dī)一(yī)高(gāo)兩種終端外(wài)，也(yě)新引入了γ✔₹←(le)5G RedCap終端。

　　(二)推出低(dī)成本終端5G Redcap

　　5G RedCap的(de)目标場(chǎng)景是π'(shì)視(shì)頻(pín)監控、智能₹'♦✔(néng)穿戴、工(gōng)業(yè)傳感等，它有(yǒπ§¥σu)如(rú)下(xià)特點：

　　低(dī)成本，RedCap對(duì)标的(de)4G♥≥ Cat-4終端，因此，降低(dī)設計(jì)的(de)複雜(zá) ₩§ 度和(hé)尺寸，如(rú)系統帶寬是(shì)20&€ MHz，天線是(shì)1發2收;

　　低(dī)功耗，支持數(shù)天，最α₩<高(gāo)達1-2周的(de)使用(yòng)時(sh'×δí)間(jiān);

　　大(dà)容量，RedCap是(shì)駐留在5G網₽→絡上(shàng)，可(kě)以充分(fēn)發揮5GσΩ₽¶的(de)系統容量和(hé)大(dà)帶寬優勢€←↕;

　　覆蓋好(hǎo)，可(kě)以複用(yòng)5G的(←♦de)大(dà)網覆蓋。

　　最後，從(cóng)成熟度來(lái)說(shγ→uō)，預估5G RedCap可(kě)規模商用(yòng)的(<©∑de)時(shí)間(jiān)是(shì)2023年(nián)。

　　(三)5G 網絡能(néng)力(如(♣πrú)大(dà)上(shàng)行(xíng)、∏♠≥•低(dī)時(shí)延和(hé)高(gāo)可(kě)靠∞✔✔₹)将分(fēn)檔提供、按需使用(yòng)

　　5G有(yǒu)很(hěn)多(duō)優質的(§<φde)網絡能(néng)力，如(rú)大(dà)上(shàng)行(x™♥íng)、低(dī)時(shí)延和(hé)高(gāo)可(kě)γ≤πδ靠能(néng)力，但(dàn)如(rú)前所述，5G，更多(duō)的(®→de)是(shì)要(yào)網絡去(qù)适配業(y±‍★®è)務，所以，要(yào)達到(dào)最"×→✔佳性能(néng)，5G是(shì)需要(yào)面向業(yè)務進←↔行(xíng)定制(zhì)優化(huà)的(de)，很(hěn)Ω ​多(duō)網絡指标，不(bù)是(shì)開(kāi)箱即用(y​"∏ òng)的(de)，而且，很(hěn)多β♥‍(duō)指标實現(xiàn)，是(shì)要(yào)犧牲别的(de&<)指标、或付出額外(wài)的(de)代價才能(néng)達到(dào)，這 ☆(zhè)也(yě)是(shì)它比4G複雜(zá)的(de)地(dì ↕¥λ)方，換言之，在實際應用(yòng)中，5G的(d☆™'e)網絡能(néng)力将是(shì)分(fēn)檔提供Ω¥↔、按需使用(yòng)的(de)。

　　5G大(dà)上(shàng)行(xíng$✘)能(néng)力：通(tōng)過修改幀¥÷€結構，如(rú)1D3U的(de)幀結構，可​∑δ(kě)以将上(shàng)行(xíng)容量，相(xiàn☆≠g)比普通(tōng)5G公網提升3倍以上(shà♦★​ng);下(xià)一(yī)檔，則是(shì)在此©​↑∞基礎上(shàng)疊加載波聚合功能(néng)，則上(shàng)行(x★€☆γíng)峰值容量可(kě)以達到(dào)約900Mbps。進一(yī)步的>β∑φ(de)，再引入SUL功能(néng)，則峰值容↕λ量能(néng)超過1Gbps。未來(lái)，£∞ 如(rú)果引入毫米波技(jì)術(shù)，則上(shà'¶®ng)行(xíng)容量可(kě)以進一(yī)步♥™♣§提升。

　　5G低(dī)時(shí)延能(néng)力：5G移動網的(de)時(s ∑☆hí)延，是(shì)包括空(kōng)口時(shí)延和(hé)←​從(cóng)基站(zhàn)到(dào)核心網的(de)時(shí)延。β↔λ✘正常情況下(xià)，5G的(de)空(kōng)口時(shí∞δ✘)延在10-20ms之間(jiān)，端到₩≤(dào)端時(shí)延在20-30ms之間(jiān)。降低(dī)π÷空(kōng)口時(shí)延，有(yǒ★ε₽™u)預調度、自(zì)包含子(zǐ)幀等技(jì)≠ ‍術(shù)，但(dàn)代價是(shì)耗電(diàn)更大(d♠♥∏à)、損失一(yī)定容量等;降低(dī)基站(zhàn)到(d≈$₹ào)核心網的(de)時(shí)延，主要(yào)是∏ ​(shì)引入邊緣計(jì)算(suàn)等技(jì)術(shù>↕β)。因此，5G的(de)時(shí)延指标也(yě)可(kě)以分(f∞←€♥ēn)為(wèi)多(duō)檔：如(rú)<5ms、5-10ms、10∞≤-20ms等。

　　5G高(gāo)可(kě)靠能(nén‍"g)力：可(kě)靠性可(kě)以分(fēn)為(wèi)三層€σ：應用(yòng)層自(zì)身(shēn)的(de)可(kě)靠性、5G↔≈©網絡的(de)可(kě)靠性和(hé)基礎資源的(de)可(kě€∑¶)靠性。例如(rú)，上(shàng)層應用(yòng)層≤λ≈的(de)可(kě)靠性，在遊戲中，有(yǒu)蜂窩和(héλ¥↓←)WiFi雙發選收的(de)技(jì)術(shù);下(xià)♣π層基礎資源層的(de)可(kě)靠性，主©‌要(yào)是(shì)硬件(jiàn)的(≠‌ πde)冗餘備份。而5G網絡的(de)可(kě)靠¥×性，又(yòu)可(kě)以分(fēn)為(wèi)低(dī)時(shí)延下↓±§"(xià)的(de)可(kě)靠性和(hé)無時(shí)延要(yào)求$σδ 下(xià)的(de)可(kě)靠性，不(bù)同的(de)需求，技(↕  ×jì)術(shù)不(bù)同，所花(huā)代價也(yě)不(bù>₹₽>)同。

　　(四)R16/R17其他(tā)物(wù)聯能(nén¥‍g)力優化(huà)

　　在5G R16/R17标準，3GPP針對(du≠€₩ì)物(wù)聯需求，對(duì)不(bù)同的(de)業(yè)務場( ★★☆chǎng)景需求，和(hé)相(xiàng)關‍≥☆♠的(de)網絡能(néng)力，進一(yī)步提升和(hé)優化(<∑εhuà)。

　　例如(rú)，在業(yè)務場(chǎng)景方面，針對(du∑₩→ì)專網場(chǎng)景(5G NPN>≤≥€)、非地(dì)面網絡場(chǎng)景(5G NTN)、5β±G V2X場(chǎng)景、工(gōng)業(yè​>≥σ)IIoT場(chǎng)景等進行(xíng)了(le)優化(huà)₽™≈≈;在網絡能(néng)力方面，針對(duì)5G固移融合、終γ​端功耗、廣播/多(duō)播、5G定位、小(xiǎo)包'φ♠傳輸增強等能(néng)力進行(xíng)了(le)優化(huà)。

　　四、5G的(de)物(wù)聯網應用(yòng)趨勢  Ω

　　5G會(huì)給物(wù)聯應用(yòng)未來(↑γ  lái)帶來(lái)哪些(xiē)方面的(de)變化(huεεà)?我覺得(de)會(huì)有(yǒu)以下(xià)四∞✘方面的(de)趨勢：

　　(一(yī))一(yī)網代替多(duō)™≈網

　　5G是(shì)一(yī)張泛在的(de)廣域網，但(dàn)通​★< (tōng)過引入邊緣計(jì)算(suàn)、D2D等新技(jì)術(s∑₽☆hù)，5G也(yě)能(néng)同時(shí)适于局域和(hé)終端♣£短(duǎn)距直連通(tōng)信的(d₹‍$&e)場(chǎng)景，暢想未來(lái≈✘​≤)的(de)一(yī)個(gè)場(chǎng)景(當然時(shí)間(ji↔¶ ān)也(yě)可(kě)能(néng)比較遙遠(yuǎn))，可(™→kě)能(néng)就(jiù)隻需要(yào)一(yīβ♥‌&)張統一(yī)的(de)5G網絡，結合IPv6，能(néng)滿足φα☆多(duō)樣化(huà)的(de)物(wù)聯需求，應用(y≈₹✘òng)設計(jì)、網絡運維等也(yě)都(dōu)能(néng)變得¶β(de)更加簡單。

　　(二)雲化(huà)代替離(lí)散

　　5G的(de)大(dà)帶寬、低(dγ♣¶✘ī)時(shí)延等特性，結合邊緣計(jì)算(s®‍φγuàn)等技(jì)術(shù)，很(hěn)多(duō)終端都(↔$dōu)有(yǒu)變成薄終端的(de)‍→↓ 趨勢，如(rú)雲手機(jī)、雲電(diàn)腦(₽φ‌‍nǎo)等，離(lí)散的(de)終端算(suàn)力✘₩π将向邊緣節點或雲節點集中，也(yě)将帶來(lái)全新的(de)♣ ¥Ω設計(jì)架構和(hé)應用(yòng)體(tǐ)驗。

　　(三)無人(rén)代替有(yǒu)人∏↑(rén)

　　未來(lái)無人(rén)化(huà)的(de)廣泛應用(yòn$ ≥ g)，将由5G和(hé)AI的(de)結合驅動 ™σ成為(wèi)現(xiàn)實。5G将給AI帶來(lái∞$←♥)泛在連接和(hé)海(hǎi)量數(shù)據，而₩±♠AI，則讓這(zhè)些(xiē)數(shù)據和(hé)連接高(gāo)效利β'↓用(yòng)起來(lái)。如(rú)高(≤≈←gāo)通(tōng)所指出的(de)，“我們正邁入一(yī)個(g←♦è)由AI和(hé)5G驅動的(de)智能(néng)雲連接的(de)時(shφ€í)代。萬物(wù)都(dōu)将被連接到(dào)雲端，以可(kě←≥✘≥)靠的(de)方式實現(xiàn)互聯。”

　　(四)遠(yuǎn)程代替現(xiàn)場(chǎng)

　　在可(kě)預計(jì)的(de)很(hěn)長(chá®σng)一(yī)段時(shí)間(jiān)，無人(rén)化(huà)和(h$Ωé)遠(yuǎn)程化(huà)一(yī)定會(huì)并行(xíng)發≠×≥<展。遠(yuǎn)程化(huà)，實現(→ α←xiàn)人(rén)與物(wù)在物(wù)理(lǐ)空(kōng)間(j↑☆iān)上(shàng)的(de)解耦，将激發很(hěn)↔≠多(duō)全新的(de)應用(yòng)，如(rú× ↑)遠(yuǎn)程駕駛等。之前，由于網絡的(de)限制(zhì)，遠(y ₩↕uǎn)程化(huà)并未真正普及開(kāi)來(lái)。5G✘γ§的(de)大(dà)帶寬和(hé)低(dī)時(shí)延等特性，将使得(de₩λα)遠(yuǎn)程化(huà)在垂直行(xíng)業(yè)的(de)數(s★↔φφhù)字化(huà)轉型中得(de)到(dào)越來(lái)越多(duō← )的(de)應用(yòng)。歡迎聯系無錫小(xiǎo)禾呈科(kē)技(jì)-物(wù)聯網開(≥₽≥‌kāi)發專家(jiā)。