2022(第七屆)世界物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)在京舉行。中國(guó)工程院院士鄔賀銓出席并作《5G賦能IoT》主題報(bào)告。鄔賀銓表示，5G推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展為大帶寬物聯(lián)網(wǎng)和大連接物聯(lián)網(wǎng)等，而且拓展了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。 鄔賀銓從物聯(lián)網(wǎng)的基本概念入手，深入淺出地介紹了5G上行物聯(lián)網(wǎng)、5G大連接物聯(lián)網(wǎng)、中速低時(shí)延物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)、物鏈網(wǎng)、智聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和5G基站融合通感物聯(lián)網(wǎng)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和應(yīng)用。 ? 中國(guó)工程院院士鄔賀銓作《5G賦能IoT》主題報(bào)告，介紹5G賦能物聯(lián)網(wǎng)的九個(gè)方面。 ? ?

中國(guó)蜂窩IoT年增53%

物聯(lián)網(wǎng)分為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)包括NBIoT、4G的Cat1、5GIoT；非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)有藍(lán)牙、Zigbee、WiFi、LoRa。二者帶寬、覆蓋距離、對(duì)應(yīng)的傳感器，以及連接規(guī)模、采用的協(xié)議，頻率是否授權(quán)，網(wǎng)絡(luò)的主體，是否直接跟公網(wǎng)連接都有區(qū)別。應(yīng)用領(lǐng)域，非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)一般是短距離;蜂窩物聯(lián)網(wǎng)一般是廣域網(wǎng)。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)，2025年可以達(dá)到271億，比2020年增加了158億臺(tái)，相當(dāng)于年增33%。根據(jù)中國(guó)國(guó)內(nèi)咨詢(xún)公司的報(bào)告，到2021年底，全球非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)大概是115億，現(xiàn)在非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的三倍，但是增速以蜂窩物聯(lián)網(wǎng)為主。而在非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)里，中國(guó)占到全球的37.5%。 全球非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的2017-2022年增速約為6%， 中國(guó)的非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的增速達(dá)到32.5%，比全球的增速還是要高的多。全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的年增速大概是14%，中國(guó)2017-2022年增53%。中國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)占全球30%，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)占全球75%。去年9月，中國(guó)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)，超過(guò)了手機(jī)用戶的連接數(shù)，開(kāi)始了物超人的時(shí)代，預(yù)測(cè)到2030年，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)要超過(guò)100億，目前只有18億，還有很大的增長(zhǎng)空間，而且蜂窩物聯(lián)網(wǎng)從傳統(tǒng)的2G、3G擴(kuò)展到4G、5G，尤其是5G會(huì)加快蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。 ?

5G拓展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用是四個(gè)方面，公共服務(wù)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧零售、智慧家居，四類(lèi)應(yīng)用比分別占我國(guó)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的26%、20%、13%和10%。鄔賀銓表示，將來(lái)通過(guò)5G上云，我們可以直接利用人工智能，可以使物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展為智聯(lián)網(wǎng)AIoT。 5G推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展為大帶寬物聯(lián)網(wǎng)和大連接物聯(lián)網(wǎng)等，而且拓展了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過(guò)這么多年發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)體系。從千億級(jí)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，到百億級(jí)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)，到10億級(jí)的中低速物聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)在包括了寬帶的物聯(lián)網(wǎng)。 鄔賀銓詳細(xì)介紹了5G賦能物聯(lián)網(wǎng)的九個(gè)方面。這九個(gè)方面分別為：5G上行物聯(lián)網(wǎng)、5G大連接物聯(lián)網(wǎng)、中速低時(shí)延物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)、物鏈網(wǎng)、智聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G基站融合通感物聯(lián)網(wǎng)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)等。 ?

大上行物聯(lián)網(wǎng)

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(shí)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(duì)于需要大上行的大量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如何增加回傳帶寬，鄔賀銓表示，可以通過(guò)上行載波聚合CA，例如在3.5GHz基礎(chǔ)上增開(kāi)低頻通道作上行，讓高+低頻段同時(shí)承載流量；上下行解耦SUL，在上行無(wú)覆蓋的地方增開(kāi)低頻補(bǔ)充上行，高頻段傳5G下行；超級(jí)上行，將TDD和FDD協(xié)同、高低頻互補(bǔ)、時(shí)域和頻域聚合，帶寬提升20%。 大上行物聯(lián)網(wǎng)的好處，鄔賀銓舉例稱(chēng)，可以用激光掃描一個(gè)物體，一個(gè)生產(chǎn)的工件或物件，不論這一物體多復(fù)雜，通過(guò)激光可以將整個(gè)三維參數(shù)取出來(lái)，通過(guò)5G以千兆的帶寬送到云端，把這些數(shù)據(jù)合成一個(gè)三維模型，可以發(fā)現(xiàn)有沒(méi)有偏差，實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)的質(zhì)量檢測(cè)。

大連接物聯(lián)網(wǎng)

5G的大連接物聯(lián)網(wǎng)，可以做到每平方公里100萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)連接，盡管每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)連接可能只有160個(gè)比特/秒。5G大連接物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于共享單車(chē)、AGV、環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。在5G新增空口帶寬切片功能，將100MHz載波分割可同時(shí)支持大連接窄帶物聯(lián)網(wǎng)，還可與eMBB和URLLC同頻組網(wǎng)。 另外，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，還可以接入5G的IAB（接入回傳一體化）技術(shù)，采用同頻和空口資源同時(shí)提供接入和回傳能力，支持D2D應(yīng)用，以云端大腦通過(guò)5G的低時(shí)延來(lái)管理大量機(jī)器人、AGV和無(wú)人機(jī)等，實(shí)現(xiàn)低成本的協(xié)同作業(yè)。 鄔賀銓表示，通過(guò)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(wú)人機(jī)、物料小車(chē)，作為一個(gè)小機(jī)器人，它的大腦放在云端，可以遙控它進(jìn)行集中的控制作業(yè)。 ?

中速低時(shí)延物聯(lián)網(wǎng)

中速低時(shí)延物聯(lián)網(wǎng)，稱(chēng)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(shí)延5~10ms。鄔賀銓表示，中速低時(shí)延物聯(lián)網(wǎng)介于大連接和窄帶物聯(lián)網(wǎng)之間，填補(bǔ)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用其中一個(gè)領(lǐng)域。雖然速率降下來(lái)了，但是同樣要求終端和基站得到相應(yīng)簡(jiǎn)化，通過(guò)技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化性能成本。 成本預(yù)計(jì)可比5G模組降低60~70%，可支持工業(yè)傳感器、監(jiān)控?cái)z像頭、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備等聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。例如，工人戴上5GAR眼鏡，拿起產(chǎn)品，通過(guò)目測(cè)，馬上將測(cè)出來(lái)的照片視頻送到云端，就可以進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)了。 ?

5G無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)

除了以上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以外，快消品、物流包裹、產(chǎn)品外包裝、倉(cāng)庫(kù)貨物盤(pán)點(diǎn)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?xiàng)l件和成本限制不具備小型電池供電，無(wú)法使用NB-IoT。而如果應(yīng)用RFID，需要讀寫(xiě)器來(lái)讀寫(xiě)和供電，讀寫(xiě)器會(huì)產(chǎn)生收發(fā)自干擾，傳輸距離很短，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量小，無(wú)NFC難與手機(jī)互動(dòng)，而且無(wú)法用在倉(cāng)儲(chǔ)等密集空間中，5G無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。 5G無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)由基站信號(hào)賦能，但由于5G每一個(gè)賦形波束朝著一個(gè)狹小的方向并且持續(xù)移動(dòng)，極難準(zhǔn)確采集5G波束的能量，所以，可用羅特曼透鏡同時(shí)采集與匯聚多波束能量，并利用高響應(yīng)度金屬—半導(dǎo)體—金屬M(fèi)SM二極管，提升能量轉(zhuǎn)換效率。 同時(shí)，它的數(shù)據(jù)是靠天線的阻抗匹配的改變，通過(guò)反射來(lái)提供數(shù)據(jù)。傳輸距離可以到200米。同時(shí)，5G標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)中通過(guò)精簡(jiǎn)射頻、DSP、協(xié)議棧、同步性、覆蓋性增強(qiáng)技術(shù)、新的干擾管理技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本廣覆蓋及規(guī)模化。 ?

5G物鏈網(wǎng)

5G物鏈網(wǎng)、智聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都詮釋了從萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)的趨勢(shì)。5G物鏈網(wǎng)相對(duì)于一般的物聯(lián)網(wǎng)增加了物鏈網(wǎng)的P2P的能力，也增加了物聯(lián)網(wǎng)的支撐能力，可以支撐跟區(qū)塊鏈有關(guān)的應(yīng)用。通過(guò)區(qū)塊鏈從上網(wǎng)到上云到上鏈，從物聯(lián)網(wǎng)到智聯(lián)網(wǎng)到信聯(lián)網(wǎng)，從萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)到萬(wàn)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(jí)IoT網(wǎng)關(guān)使之能發(fā)現(xiàn)并禁止被劫持的IoT終端訪問(wèn)目標(biāo)服務(wù)器，而多個(gè)IoT網(wǎng)關(guān)本身的安全性通過(guò)區(qū)塊鏈連接起來(lái)保證。 鄔賀銓以車(chē)聯(lián)網(wǎng)為例稱(chēng)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的車(chē)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(gòu)中的單點(diǎn)故障以及數(shù)據(jù)被控制的問(wèn)題，通過(guò)智能合約，解決路側(cè)單元跟汽車(chē)之間的安全訪問(wèn)，依托區(qū)塊鏈技術(shù)，多維來(lái)源的數(shù)據(jù)和保密性能得到保障。 ?

5G智連網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)還可以跟云計(jì)算、人工智能結(jié)合。在5G智聯(lián)網(wǎng)方面，鄔賀銓院士表示，過(guò)去，物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆朴?jì)算和人工智能，但因?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)帶寬不足、時(shí)延較大，導(dǎo)致人工智能決策不能第一時(shí)間反饋到物聯(lián)網(wǎng)層面去執(zhí)行。 而5G的高帶寬、低時(shí)延打通了數(shù)據(jù)從采集到?jīng)Q策的全過(guò)程，將物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算和人工智能無(wú)縫融合。同時(shí)，人工智能芯片與操作系統(tǒng)可以直接嵌入5G物聯(lián)網(wǎng)模塊形成智聯(lián)網(wǎng)的終端。 以家庭的掃地機(jī)為例，如果掃地機(jī)能夠語(yǔ)音控制，把語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言理解和自然語(yǔ)言生成集成，就可以實(shí)現(xiàn)智聯(lián)網(wǎng)的的掃地機(jī)。很多IoT終端是視頻的，通過(guò)邊緣計(jì)算，連到云端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的預(yù)處理，減輕了物聯(lián)網(wǎng)終端對(duì)視頻處理的計(jì)算能力的高要求。 ?

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也是物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)里，5G的物聯(lián)網(wǎng)模塊，可以跟5G的CPE，或者5G的無(wú)線路由器結(jié)合，并且把它轉(zhuǎn)成WiFi或者轉(zhuǎn)成工業(yè)以太網(wǎng)，連接PLC，再控制生產(chǎn)裝備。 鄔賀銓介紹了5G技術(shù)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端的應(yīng)用。5G的工業(yè)模組實(shí)際上是5G物聯(lián)網(wǎng)的模組，也是5G客戶前端設(shè)備，它介于基站和5G控制終端之間，起到各種連接設(shè)備以及移動(dòng)路由器的功能。有了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端，不管是企業(yè)自建的5G系統(tǒng)，還是租用運(yùn)營(yíng)商的系統(tǒng)，利用5G的核心網(wǎng)控制面跟用戶面分離的特性，用戶面可以下沉到企業(yè)網(wǎng)里，而且用戶面具能識(shí)別業(yè)務(wù)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(wǎng)終端，是可以集成計(jì)算和PLC能力，并且5G可以通過(guò)修改用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)，指定某一組物聯(lián)網(wǎng)終端，組成一個(gè)5G的局域網(wǎng)，可以提供本地的第二層包的轉(zhuǎn)發(fā)，相對(duì)WiFi而言，有更好的覆蓋和業(yè)務(wù)隔離。 ?

5G基站融合通感物聯(lián)網(wǎng)

鄔賀銓對(duì)5G基站融合通感物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了說(shuō)明。他表示，現(xiàn)在5G基站也可以發(fā)展成為一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的終端，基站本身就有天線，原來(lái)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(gè)天線鐵塔上，這是一種模式。未來(lái)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(guò)感知來(lái)提升通信的能力，更精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)波速的定位和追蹤。也通過(guò)通信，來(lái)幫助感知增強(qiáng)它的定位精度、分辨率等等。 通感融合，需要一些技術(shù)上的措施，采用一體化的空口和硬件設(shè)計(jì)、站間的智能協(xié)同、輕量化靈活的感知架構(gòu)，結(jié)合高頻波束與多天線原理，使基站能起到一個(gè)“雷達(dá)”的功能。目前已經(jīng)可以做到感知距離突破800米，通信感知融合基站相比雷達(dá)在探測(cè)距離、分辨率、測(cè)角精度等方面，性能提升了3-5倍，像車(chē)聯(lián)網(wǎng)、機(jī)場(chǎng)、無(wú)人機(jī)及低空安防監(jiān)測(cè)、高鐵的周邊檢測(cè)、危化品的運(yùn)輸監(jiān)測(cè)這些領(lǐng)域，都存在通信跟感知的雙重需求。 ?

車(chē)聯(lián)網(wǎng)

5G技術(shù)賦能的物聯(lián)網(wǎng)具有云網(wǎng)邊端融合的特點(diǎn)，圍繞5G+邊緣云平臺(tái)可以聚合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品與應(yīng)用，解決傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品類(lèi)型多難以規(guī)模化的問(wèn)題。 車(chē)聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)本身就是一個(gè)大型的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)汽車(chē)有十多個(gè)CPU，幾百G的存儲(chǔ)器，兩百多個(gè)傳感器，里邊的軟件系統(tǒng)也很復(fù)雜，5G的低時(shí)延、高帶寬，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)到車(chē)、車(chē)到人、車(chē)到路邊、車(chē)到停車(chē)場(chǎng)、車(chē)到紅綠燈的通信。與現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)相比，5G更適合車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛要求時(shí)延不超過(guò)5毫秒，可靠性達(dá)到99.999% 。 鄔賀銓表示，安全方面，5G技術(shù)通過(guò)和區(qū)塊鏈結(jié)合，在一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)基本構(gòu)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(gòu)中的單點(diǎn)故障以及數(shù)據(jù)被控制的問(wèn)題，通過(guò)智能合約，解決路側(cè)單元跟汽車(chē)之間的安全訪問(wèn)，依托區(qū)塊鏈技術(shù)，多維來(lái)源的數(shù)據(jù)和保密性能得到保障，以保證安全駕駛。 同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)借助5G的高帶寬、低時(shí)延傳到云計(jì)算，打通了數(shù)據(jù)，從采集到?jīng)Q策的全過(guò)程，將物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算、人工智能的無(wú)縫融合，讓汽車(chē)形成了智聯(lián)網(wǎng)的終端。 在報(bào)告最后，鄔賀銓表示，物聯(lián)網(wǎng)本身是一個(gè)新的應(yīng)用，它當(dāng)然會(huì)集成很多互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，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(wǎng)首先是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)這個(gè)能使得我們實(shí)體經(jīng)濟(jì)更好的融入到數(shù)字經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境里發(fā)展。

編輯：黃飛

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