5G 時代的萬物互聯 | 帶你讀《5G時代的承載網》之七

第 2 章 5G 的行業應用

| 2.1　物聯網的概念與應用 |

| 2.2　5G 時代的萬物互聯 |

2.2.1　萬物互聯與無線技術

5G 作為新一代移動通信，與之前幾代移動通信最大的差別就是，5G 不僅 是解決人與人之間的通信，它将帶來萬物互聯的概念。萬物互聯（IoE）定義為 将人、流程、資料和事物結合一起使得網絡連接配接變得更加相關，更有價值。萬物互聯将資訊轉化為行動，給國家、企業和個人創造新的功能，并帶來更加豐 富的體驗和前所未有的經濟發展機遇。在 5G 時代，物聯網将向萬物互聯的方 向發展。

而實作這一切的基礎，是無線網的發展。基于蜂窩的窄帶物聯網（NB-IoT， Narrow Band Internet of Things）成為萬物網際網路絡的一個重要分支。NBIoT 建構于蜂窩網絡上，隻消耗大約 180kHz 的帶寬，可直接部署于 GSM 網絡、 UMTS 網絡或 LTE 網絡上，以降低部署成本，實作平滑更新。

NB-IoT 聚焦于低功耗、廣覆寫（LPWA）物聯網（IoT）市場，是一種 可在全球範圍内廣泛應用的新興技術，具有覆寫廣、連接配接多、速率低、成本低、 功耗低、架構優等特點。NB-IoT 使用許可頻段，可采取帶内、保護帶或獨立 載波 3 種部署方式，與現有網絡共存。

2.2.2　R14、R15 定義的 5G 與物聯網

2018 年，華為釋出了全球首個基于 3GPP R14 協定的 NB-IoT 商用版本 eRAN 13.1。與以前的版本相比，eRAN 13.1 可提供 7 倍使用者速率、2 倍小區 容量、2 倍小區覆寫、定位服務四大性能，探索全面替代 GPRS 物聯網的應用 之路。

自從 NB-IoT 協定當機以來，NB-IoT 以其特有的大容量、低功耗、深度 覆寫等特點，迅速占據低功耗、廣覆寫的物聯網市場。截至 2018 年 5 月，全 球共部署了 45 張 NB-IoT 商用網絡，建設了超過 50 萬個基站。無線抄表、車 聯網、智能井蓋、無線煙感、智能門鎖等 40 個用例已在批量部署中，現在已經 有超過數萬個 NB-IoT 連接配接廣泛應用于城市管理及個人生活的方方面面。

現在，NB-IoT 已經被 3GPP 和 GSMA 認可為 5G 時代的物聯網技術，将 在低功耗、廣覆寫的物聯網市場中長期演進。然而，随着物聯網市場的不斷發展， NB-IoT 的第一代 R13 協定已經不能滿足不斷豐富的物聯網應用對 NB-IoT 性 能的需求，比如資産 / 寵物跟蹤需要低功耗的定位功能來降低裝置成本和充電 的頻度。此外，由于 GPRS 的頻譜效率較低，需要有能夠支撐高通信速率的物 聯網技術來替代 GPRS，以加速 GSM 頻譜的重耕。

在 R14 協定中，3GPP 定義了 NB-IoT 性能增強特性，華為 eRAN 13.1 是全球首個基于 R14 協定的商用版本。

第一，7 倍使用者速率：上行峰值速率達 157kbit/s，下行單使用者峰值速率達 102kbit/s，在單使用者速率上具備全面替代 GPRS 應用的能力。

第二，2 倍小區容量：單個小區最大使用者數可到 8 萬以上，接近 R13 協定小區容量的 2 倍，為連接配接萬物提供容量上的有力支撐。

第三，2 倍小區覆寫：上行信道估計增強技術，增強小區的深度覆寫能力， 降低營運商投資建網的成本。

第四，不依賴 GPS 的位置定位：終端無須內建 GPS 子產品，定位精度可低 至 50m，耗電量和定位時延僅為 GPS 方案的一半，能更好地服務于資産跟蹤、 物流運輸、寵物跟蹤等應用場景。

未來幾年，逐漸建構全業務能力已經成為全球營運商的共識，物聯網将成 為營運商深耕垂直行業的最佳實踐。基于 R14 的 NB-IoT 商用版本的釋出，在 使用者速率、小區容量、小區覆寫等方面提升了 NB-IoT 網絡的性能，通過定位 服務擴充 NB-IoT 的應用範圍。

我們相信在裝置商的技術推動下，通過 NB-IoT 開放實驗室和産業聯盟， 進行深入的生态建設和商業探索，裝置商會與營運商一起開啟物聯網規模商用 的黃金時代。

2.2.3　5G 相對 4G 對物聯網的革新發展

物聯網的發展要具備兩個關鍵性條件：一是要有完整的标準和網絡體系， 必須有網絡覆寫支援物的互聯與移動，4G 網絡全面覆寫後，推出的 NB-IoT、 eMTC 等物聯網技術才能在其基礎上形成真正支撐市場需求的全覆寫網絡，滿 足物聯網的高可靠、低速率、低功耗等需求；二是安全性，移動通信網絡對安 全性有很高的要求，不僅要有 QoS 的保障機制，還要有行業安全機制的要求來 保障其安全性，物的互聯才能有可靠的安全保障，物聯網才能具備大規模發展 的條件，而此前的一些技術尚不具備這種安全性保障條件。

移動通信網絡與物聯網融合的優勢在于移動通信網絡有多大，物聯網覆寫 就有多大，不需要客戶單獨建網，這為物聯網的應用提供了非常大的便利，而 且大幅度降低了建網的成本。随着 4G 演進中的 NB-loT、eMTC 的成熟，物 聯網的發展開始起步。

未來物聯網的需求不斷增長，現有的 4G 網絡難以支援未來萬物互聯的兩 個最重要的核心需求：海量的連接配接和 1ms 左右的時延。但未來 5G 網絡由于其 低延遲時間、廣域覆寫、超密集組網、海量連結等技術特點将可滿足物聯網的需求。 5G 網絡相比于 4G 網絡對物聯網的提升将是質的飛躍。

1．突破網絡瓶頸限制

5G 網絡建成後，速率将會是 4G 網絡的 100 倍，這意味着以手機、平闆電腦為代表的移動終端，資訊擷取的标準品質會有質的提高。從智能家居的角度來看，資訊擷取會從 4G 網絡的控制信号轉變為多元資訊，為雲計算、大資料 等新興技術與物聯網的融合奠定基礎，進而邁向智能化時代，與 4G 相比，5G 的時延大幅下降，這意味着工業控制、遠端醫療等一些對時延有要求的物聯網 應用将有可能實作。

2．覆寫面擴大,實作萬物互聯

5G 網絡采用的高頻段傳輸技術、多天線傳輸技術、裝置間直接通信技術， 在增強了傳統蜂窩資料網絡模型的同時，也增加了終端與終端之間的通信手段， 在改善傳統網絡結構的基礎上增大了網絡的覆寫面和頻段的使用率，大大減小 了終端通信子產品的體積，且融入了智能互動的技術保障。植入性能的提高為更 多終端入網提供了條件，真正意義上實作了萬物互聯，更能夠為 5G 網絡的人 性化、個性化創新提供思路，比如低功耗、低輻射、低噪聲，都是 5G 網絡進 步的關鍵因素。

3．驅動創新思維

由于網絡瓶頸的突破，許多在 4G 網絡無法實作的功能将得以實作，會為新 技術的研發帶來更高的平台，如智能導航駕駛、人工智能、虛拟現實等高科技 研發和應用，都必将得到突破性進展。這就會引發大量關于 5G 網絡、物聯網 的技術創新思維，衆多的新興技術應用會不斷湧現，将物聯網的作用發揮到極 緻，更好地服務社會。從長遠來看，5G 網絡也不是網絡發展的終結，而是更高 的起點，随着 5G 網絡和物聯網的深度融合與革新，下一代網絡也将快速被實作， 而物聯網的更新版和創新技術都将指日可待。

2.2.4　5G 時代的應用場景