5G+物聯網=？

張元

當前，物聯網已經在蓬勃發展。隨著5G技術變得更普及，康寧公司負責無線解決方案和產品線管理的副總裁Michelle Engarto說：“由于5G可用的頻譜增加，5G增加了總體帶寬，并允許聯接大量的物聯網設備?！?/p>

電信運營商Verizon Business負責無線、物聯網和合作伙伴關系的副總裁Steve Szabo表示，5G的幾個特點有助于徹底改變眾多行業和網絡連接。一個特點是超高吞吐量。Szabo說：“我們在供應商處的試驗中看到，峰值速度高達4 Gbps，這可以讓你大致領略5G的功能，5G速度有望達到10Gbps?！绷硪粋€特點是用于數據收集的高傳感器密度，這將使工廠車間實現數字化，并提高可見性和生產力，無需復雜的布線或傳統技術。

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和發出警報等。采用毫米波技術的5G可以處理數百萬個聯網傳感器，實際上能夠管理每平方公里多達100萬個的聯網設備?！?G還能夠通過多接入邊緣計算（MEC）實現超低延遲，這可將工作負載的處理轉移到邊緣端。

5G如何幫助物聯網

5G對物聯網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：快得多的數據吞吐量、支持大規模的機器類通信（數量眾多的機器或設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，這項技術的超可靠性來自它能夠提供規定的服務質量或實時通信，而不是WiFi等基于以太網技術的最大傳輸數據。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。

如果應用系統不需要高數據速率或低于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未來支持窄帶物聯網（NB-IoT）聯接的能力，理論上設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量較少的設備。Menezes說：“部署監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，實現超高清晰度8K實時視頻流，對設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都是5G有望為物聯網帶來機遇的行業。

而5G不是所有物聯網網絡的最佳選擇。Menezes表示，企業組織將繼續使用各種連接方式，包括WiFi、藍牙、Zigbee和4G-NB-IoT。他說：“企業需要衡量自己實施的系統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。”

5G如何與其他選擇相匹配

Engarto表示，如今的物聯網設備大多通過有線技術進行聯接。這包括屏蔽雙絞線局域網和同軸電纜。她說：“在一些有限的地區，WiFi可能有一些用途，5G使企業可以部署數量多得多的傳感器，不需要電纜和每條電纜所需的導管?！?/p>

不過研究公司和國際數據公司（IDC）的物聯網和移動網絡基礎設施高級研究分析師Patrick Filkins表示，新的無線技術“將是眾多旨在滿足物聯網全面需求的網絡解決方案之一。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將是物聯網‘瑞士軍刀式解決方案，完全借助單一平臺即可實現，但一些企業可能不需要5G的全部功能。在許多情況下，比如低功耗廣域網（LPWAN），也可以通過LoRaWAN等替代方案實現連接?！?/p>

Filkins表示，WiFi-6和WiFi-HaLoW也將在密集短距離物聯網使用場景中發揮作用，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，因為它融入了實現近乎零的數據包丟失的新技術。這些技術包括波束形成、網絡快速故障切換（冗余基礎設施和拓撲結構）、無線數據包重傳和軟件定義網絡。

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：“能不能保證服務級別是個未知數，但在中短距離幾乎肯定可以保證?！贝送?，大多數WiFi系統部署在未經許可的頻段上。隨著更多的數據包共享信道，干擾的可能性會變得更大。

Menezes說：“根據網絡性能需求的實施來做出決定。因此，如果端點或應用系統不需要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模、從而使端點或網絡服務頗具競爭力的情況下，使用基本商品化的連接技術（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品組織副總裁Shree Dandekar表示，在家庭使用等情況下，對物聯網而言WiFi通常比蜂窩技術更有意義（惠而浦提供聯網廚房和洗衣設備等物聯網服務）。

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

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：“這種環境可能對WiFi來說是挑戰，因為設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，在這么大的空間內表現更穩定。”（該公司正在俄亥俄州一家洗衣機工廠的一些自動駕駛汽車上測試5G）

網絡切片以提升性能

電信運營商表示，隨著5G日趨成熟，網絡會變得越來越先進，這將為物聯網帶來更多的可能性。

AT&T Business的5G卓越中心主任Jason Inskeep說：“隨著網絡不斷發展，可以借助軟件定義網絡（SDN）改進邊緣結構的建模，帶寬會繼續改善。5G將帶來的另一個備受期待的功能是網絡切片，”從而允許在無線接入網絡（RAN）上使用專用的資源塊。這樣一來，蜂窩網絡開始讓人覺得如同多協議標簽交換（MPLS）網絡，為實現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。5G可以在蜂窩網絡的每個切片保持一定的性能閾值，這是過去有線網絡上才具有的特性。

這些汽車和無人機在收集需要快速處理的大量數據，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，加上網絡切片為數據提供了各自的‘通道，這將有助于數據在短得多的時間內返回到設備。

5G網絡切片與物聯網交匯時，“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：“一個網絡切片可以專用于LPWAN物聯網項目，另一個切片可以連接需要超低延遲的端點。借助5G，理論上可以創建單一的平臺，就能夠支持傳統上需要覆蓋有線鏈路和無線鏈路才能支持的物聯網使用場景。有了5G，你可以使用無線技術從單一平臺支持大多數此類使用場景?！?/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網價值的組織應該很有吸引力。

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，這個數字會急劇增加，因此終端的密度可能隨之增加。如果出現這一幕，生態系統會變得更智能化”，物聯網的功能也隨之增加。

Szabo說：“說到物聯網，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務運營，支持今天不存在的使用場景。比如說，5G網絡每平方英里有望支持200多萬個聯網傳感器，協同使用3D虛擬現實可以幫助工程師、設計師和營銷團隊在幾乎零延遲的情況下比較新產品的設計?！?/p>

Szabo表示，Verizon正與合作伙伴和開發商合作，拓展其 5G生態系統。2020年7月，宣布了簡化和加速端到端物聯網環境的計劃。計劃的一部分是將這家運營商的5G/LTE網絡、ThingSpace物聯網平臺（允許其他公司在Verizon網絡上設計、測試和連接物聯網設備）和關鍵資產傳感器設備（監控光、溫度和壓力等條件）與微軟的Azure云整合起來，使物聯網開發者能夠快速高效地創建新的應用程序。

5G的未來版本包括與高級NBIoT、超低延遲和網絡切片有關的許多規范，它們適用于多種多樣的物聯網使用場景。Menezes說：“將5G視為主要或互補資源的組織在為規劃的物聯網使用場景、應用或者為實施的現有物聯網系統提升所需的性能制定路線圖時，需要與基于先進5G版本的服務和基礎設施的商業可用性相匹配。”

5G可以促進物聯網更廣泛的使用

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

大規模的機器對機器通信與5G即將整合NB-IoT功能相結合，有望進一步促進物聯網的部署。如今智慧城市面臨的問題是，4GLTE之類的其他移動無線技術或WiFi等的局域網無線帶來了較差的可擴展性。Menezes說：“以后版本的5G能夠在覆蓋范圍內支持數量多得多的設備。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的出現將大大加快廣泛采用傳感器的進程，以推動諸多行業的數字化轉型。大規模物聯網可以支持最多達12倍的傳感器密度，NB-IoT之類的技術會日趨完善。利用這些技術收集數據，加上數字孿生等基于云的功能，可實現近實時的模擬、評估、預測和補救。

Filkins說：“物聯網其實是將技術能力與改善業務運作相連接的一種實踐，沒有人僅僅為了使用一種新技術而部署物聯網項目。在某些行業，5G將成為推動工業自動化的主要角色，可使室內和室外環境實現無縫連接?！?/p>