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

中國蜂窩IoT年增53%

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

5G拓展蜂窩物聯網的應用

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

大上行物聯網

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協同、高低頻互補、時域和頻域聚合，帶寬提升20%。 大上行物聯網的好處，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取出來，通過5G以千兆的帶寬送到云端，把這些數據合成一個三維模型，可以發現有沒有偏差，實現機器視覺的質量檢測。

大連接物聯網

5G的大連接物聯網，可以做到每平方公里100萬個物聯網連接，盡管每個物聯網連接可能只有160個比特/秒。5G大連接物聯網主要應用于共享單車、AGV、環境監測等應用。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網，還可與eMBB和URLLC同頻組網。 另外，對于物聯網而言，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，實現低成本的協同作業。 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。 ?

中速低時延物聯網

中速低時延物聯網，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，中速低時延物聯網介于大連接和窄帶物聯網之間，填補了物聯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%，可支持工業傳感器、監控攝像頭、可穿戴設備、醫療監控設備等聯網應用。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無源物聯網

除了以上的物聯網應用以外，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，讀寫器會產生收發自干擾，傳輸距離很短，存儲數據量小，無NFC難與手機互動，而且無法用在倉儲等密集空間中，5G無源物聯網應運而生。 5G無源物聯網由基站信號賦能，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，它的數據是靠天線的阻抗匹配的改變，通過反射來提供數據。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、協議棧、同步性、覆蓋性增強技術、新的干擾管理技術等來實現低成本廣覆蓋及規模化。 ?

5G物鏈網

5G物鏈網、智聯網、車聯網以及工業互聯網都詮釋了從萬物互聯到萬物智聯的趨勢。5G物鏈網相對于一般的物聯網增加了物鏈網的P2P的能力，也增加了物聯網的支撐能力，可以支撐跟區塊鏈有關的應用。通過區塊鏈從上網到上云到上鏈，從物聯網到智聯網到信聯網，從萬物互聯到萬物智聯到萬物信聯。 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網關使之能發現并禁止被劫持的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塊鏈連接起來保證。 鄔賀銓以車聯網為例稱，車聯網的車輛需要收集和共享數據，以保證安全駕駛。區塊鏈可以避免集中式的管理架構中的單點故障以及數據被控制的問題，通過智能合約，解決路側單元跟汽車之間的安全訪問，依托區塊鏈技術，多維來源的數據和保密性能得到保障。 ?

5G智連網

物聯網還可以跟云計算、人工智能結合。在5G智聯網方面，鄔賀銓院士表示，過去，物聯網采集數據通過通信網絡傳輸到云計算和人工智能，但因為通信網絡帶寬不足、時延較大，導致人工智能決策不能第一時間反饋到物聯網層面去執行。 而5G的高帶寬、低時延打通了數據從采集到決策的全過程，將物聯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可以直接嵌入5G物聯網模塊形成智聯網的終端。 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，就可以實現智聯網的的掃地機。很多IoT終端是視頻的，通過邊緣計算，連到云端，可以實現對視頻的預處理，減輕了物聯網終端對視頻處理的計算能力的高要求。 ?

工業物聯網

工業物聯網也是物聯網的典型應用，在工業物聯網里，5G的物聯網模塊，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技術在工業物聯網終端的應用。5G的工業模組實際上是5G物聯網的模組，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。有了工業物聯網終端，不管是企業自建的5G系統，還是租用運營商的系統，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網里，而且用戶面具能識別業務流的走向，確保企業的數據安全。 5G的工業物聯網終端，是可以集成計算和PLC能力，并且5G可以通過修改用戶的數據庫，指定某一組物聯網終端，組成一個5G的局域網，可以提供本地的第二層包的轉發，相對WiFi而言，有更好的覆蓋和業務隔離。 ?

5G基站融合通感物聯網

鄔賀銓對5G基站融合通感物聯網進行了說明。他表示，現在5G基站也可以發展成為一個物聯網的終端，基站本身就有天線，原來是管通信的，現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、天線系統軟硬件，通過感知來提升通信的能力，更精準的實現波速的定位和追蹤。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，像車聯網、機場、無人機及低空安防監測、高鐵的周邊檢測、危化品的運輸監測這些領域，都存在通信跟感知的雙重需求。 ?

車聯網

5G技術賦能的物聯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網產品與應用，解決傳統物聯網產品類型多難以規模化的問題。 車聯網、汽車本身就是一個大型的物聯網節點，一個汽車有十多個CPU，幾百G的存儲器，兩百多個傳感器，里邊的軟件系統也很復雜，5G的低時延、高帶寬，可以實現車到車、車到人、車到路邊、車到停車場、車到紅綠燈的通信。與現有無線技術相比，5G更適合車聯網應用。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技術通過和區塊鏈結合，在一個物聯網基本構成上增加了區塊鏈的一些功能，區塊鏈可以避免集中式的管理架構中的單點故障以及數據被控制的問題，通過智能合約，解決路側單元跟汽車之間的安全訪問，依托區塊鏈技術，多維來源的數據和保密性能得到保障，以保證安全駕駛。 同時，物聯網借助5G的高帶寬、低時延傳到云計算，打通了數據，從采集到決策的全過程，將物聯網和云計算、人工智能的無縫融合，讓汽車形成了智聯網的終端。 在報告最后，鄔賀銓表示，物聯網本身是一個新的應用，它當然會集成很多互聯網的技術，但是它有它的特殊性，所以有很多特殊的要求。所謂工業互聯網首先是工業物聯網，通過這個能使得我們實體經濟更好的融入到數字經濟的大環境里發展。

編輯：黃飛

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