林 豐 林 暢 蔡國瑋

( 1.福建信息職業(yè)技術學院，福建 福州 350003;2.福建省電子學會，福建 福州 350003;3.福建飛虎無人機公司，福建 福州 350004)

1 窄帶物聯網的發(fā)展趨勢及其應用

1.1 窄帶物聯網技術特點

窄帶物聯網(NB-IOT)具有低功耗、低成本、連接巨量等優(yōu)點，支持設備在廣域網的蜂窩數據中連接，在遠程抄表、智能停車、智能路燈、環(huán)境監(jiān)測、智慧農業(yè)、智慧交通、智慧醫(yī)療、健康養(yǎng)老、智慧城市等領域具有廣泛的應用場景。

窄帶物聯網可為物與人、物與物之間的通信帶來良好的體驗，可承擔行業(yè)物聯網的相關應用，針對行業(yè)需求實施定制化服務。它具有以下特點：一是低功耗，其終端模塊的有效待機時間可達10年；二是低模塊成本，單個接連模塊成本低于25元；三是具有支撐大量連接的能力，支持低延時敏感度、低設備成本和優(yōu)化的網絡架構；四是覆蓋廣，在同樣頻段下，覆蓋面積可擴大100倍。

1.2 窄帶物聯網的市場潛力

窄帶物聯網的市場包括芯片、模塊、系統、平臺等一系列應用市場，技術、應用和市場正在迅速發(fā)展，并不斷成熟，逐步應用在國民經濟各領域，其應用體系和產業(yè)體系已進入關鍵及成熟階段。

在國民經濟和社會發(fā)展中，窄帶物聯網可應用于如下領域。

一是促進產業(yè)升級和轉型。在采集和數據傳輸的載體方面，窄帶物聯網起重要作用，它應用于制造業(yè)，有利于促進經營管理、研究開發(fā)、生產制造、客戶服務、物資采購及運輸物流等方面充分開發(fā)應用數據的能力，并提升現代化智能管理和市場應用。

二是帶動和形成一系列新興產業(yè)，尤其是推動現代信息技術產業(yè)進一步發(fā)展。

三是應用于社會發(fā)展的不同領域，進一步推進城市治理及民生服務效率的提高，優(yōu)化城市運行治理的感知形態(tài)，提升并豐富現代城市治理的科學手段，增進民生服務在空間及時間方面的便捷性。

2 5G發(fā)展趨勢及其產業(yè)

2.1 5G技術

5G(即第五代移動通信技術)具有低時延、超高速、大連接等功能，5G的應用正不斷促進和提升物聯網、云計算、大數據、人工智能、區(qū)塊鏈、智能制造及工業(yè)互聯網等相關行業(yè)和產業(yè)的技術水平，促進電子元器件、芯片、終端、整機、系統和平臺等行業(yè)和產業(yè)的應用。

2.2 5G產業(yè)體系

5G產業(yè)體系包括網絡建設、基礎設施、產品設備、計算數據分析和處理等方面，以形成行業(yè)應用。

網絡建設和基礎設施方面的應用主要有無線射頻、基站天線、通信模塊、基帶芯片、光纖光纜、通信網路設備、小基站及射頻模塊等。

產品設備應用主要有穿戴設備、手機、工業(yè)設備、智能汽車等。

在計算數據分析和處理方面，可開展人工智能關鍵技術、大數據分析和處理、云計算與邊緣計算的挖掘、提升和運用，發(fā)揮5G在基礎通信分析能力、大數據運用和優(yōu)化分析的優(yōu)勢。

5G應用包含行業(yè)應用和通用應用等，行業(yè)應用包括5G在智慧環(huán)保、智慧旅游、智慧金融、智慧農業(yè)、智慧交通、醫(yī)療健康、城市管理、工業(yè)互聯網等行業(yè)的應用；通用應用包括高清視頻、無線機器人云端VR/AR、智慧無人機和無人汽車等。

3 窄帶物聯網與5G的應用

3.1 窄帶物聯網的應用

窄帶物聯網技術正不斷促進物聯網在公共安全、工業(yè)互聯、市政、民生等領域的應用，形成新的產業(yè)體系和商用規(guī)模。一些基于窄帶物聯網技術的規(guī)模企業(yè)不斷研發(fā)新產品，投入行業(yè)應用，如星網銳捷公司成立了窄帶物聯網研發(fā)團隊，三鑫隆公司推廣應用了數百萬個窄帶物聯網智能井蓋，漁家傲公司開展了窄帶物聯網水質監(jiān)測傳感設備應用，星海通信公司致力于智慧煙感研發(fā)與應用，瑞芯微公司研發(fā)超低功率的窄帶物聯網芯片，匯川公司推動了窄帶物聯網技術在人員管理、資產追蹤等領域的應用等。

以福州市為例，福州市人民政府與華為技術公司簽署了NB-IOT技術及應用項目合作協議，政企合作推進NB-IOT商業(yè)化部署和實驗建設，以水務物聯網應用為樣板，推進窄帶物聯網的規(guī)模應用，通過示范應用帶動市場推廣，拓展NB-IOT技術應用于智慧城市，對于城市供水損漏治理項目，通過窄帶物聯網技術及應用，過去基于GPRS由一個基站只能同時負載數百個水表聯網采集和數據傳輸，采用窄帶物聯網后，現在一個基站可同時負載5萬個水表聯網采集和數據傳輸。

3.2 5G的應用

在政府、企業(yè)、行業(yè)和產業(yè)的推動下，5G融合應用正從試點示范向規(guī)模應用發(fā)展。

在金融領域，通信技術與金融業(yè)務深度融合。5G金融終端、5G服務機器人等金融應用產品不斷推出，對金融行業(yè)的服務提出新的要求，5G技術應用于智能客服、智能理賠、動態(tài)風控及動產融資等場景，促進了金融服務和行業(yè)應用的進一步創(chuàng)新。

在智慧醫(yī)療領域，應用5G技術促使醫(yī)療機構間的網絡互聯及數據信息共享更加快捷。原來無線網的信息傳送斷續(xù)、覆蓋能力有限和信息安全有限等問題得到有效解決，基于5G技術的AI輔助診斷和治療、基于5G技術的實時影像數據傳輸及基于5G技術的遠程會診和評估等醫(yī)療業(yè)務融合應用場景不斷涌現。

在工業(yè)互聯網領域，基于5G技術的現場輔助裝配、機器視覺檢測、無人巡檢安防、智能理貨物流、精準遠程操控等典型應用不斷成熟，并正在推廣。

在智慧交通領域，5G技術與車聯網的融合應用促使智能化、無人化及新能源汽車的示范應用不斷推進和完善。

在高清視頻應用領域，5G技術的行業(yè)應用不斷規(guī)模化推進，基于5G的4K/8K視頻技術正成為遠程醫(yī)療、安防監(jiān)控、廣播電視、賽事及演唱會等應用場所的視頻播放和傳輸標準。

4 產業(yè)科技創(chuàng)新存在的問題

4.1 窄帶物聯網產業(yè)發(fā)展存在的問題

①產業(yè)基礎需進一步充實，產業(yè)鏈不夠完善，芯片模組的成熟度和基礎網絡的覆蓋度等因素影響窄帶物聯網的規(guī)模應用和發(fā)展，缺少一定數量的龍頭企業(yè)。

②行業(yè)管理部門和企業(yè)對窄帶物聯網的發(fā)展模式及應用內涵的認識需要進一步提升。

③窄帶物聯網領域科研人才和技術應用人才資源相對短缺。

④窄帶物聯網應用潛力有待進一步釋放，行業(yè)應用需進一步激發(fā)。

4.2 5G創(chuàng)新應用存在的問題

5G技術和行業(yè)應用基礎需進一步加強?，F行網絡要適應各行業(yè)多樣化的需求，迫切要求5G網絡加快建設，并擴大覆蓋范圍。在5G產業(yè)鏈中，中高頻電子器件、射頻芯片及核心計算芯片等通信核心芯片和器件存在技術短板，需要提升相應的工業(yè)基礎。

5G創(chuàng)新應用的技術標準需制定和完善。5G須與大數據、云計算、人工智能、物聯網等技術協同，開放、虛擬及云化等5G創(chuàng)新技術的導入可能構成安全威脅。此外，智能駕駛算法、工業(yè)互聯應用、超高清視頻、AR/VR、8K編解碼技術等5G融合創(chuàng)新應用的發(fā)展，相關標準有待完善[4]。

4.3 窄帶物聯網與5G融合應用存在的問題

窄帶物聯網與5G的融合應用及其創(chuàng)新需要電信運營商、設備商、業(yè)務開發(fā)商、行業(yè)客戶、第三方開發(fā)等多個主體參與，需要在深入理解窄帶物聯網技術、5G技術、大帶寬業(yè)務和行業(yè)發(fā)展瓶頸的基礎上，共同探索解決方案，打破傳統產業(yè)固有模式，形成新的商業(yè)模式，尤其在遠程醫(yī)療、自動駕駛、工業(yè)控制等融合應用場景和領域，存在業(yè)務主體責任劃分不明、政府監(jiān)管政策空白等問題，導致融合技術應用進展緩慢。

5 對策建議

為了進一步激發(fā)行業(yè)市場活力，針對NB-IOT與5G融合應用及其產業(yè)科技創(chuàng)新所存在的問題，探索具備市場空間及商業(yè)價值的NB-IOT與5G融合應用，提出如下對策建議。

5.1 加強基礎設施建設，完善發(fā)展基礎

①加快完善窄帶物聯網和5G網絡建設，促進農村和城市網絡的協調發(fā)展，進一步滿足機房、基站、通信管線等設施建設。

②智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧停車、智能抄表、環(huán)境監(jiān)控、健康養(yǎng)老、智慧農業(yè)、智慧城市等場景應用需要全域網絡基礎設施的支撐，并重點統籌規(guī)劃核心網、平臺、基站和終端等[5]。

③核心網規(guī)劃需按照標準實施，通過升級改造及完善建設，并充分滿足NB-IOT和5G業(yè)務接入及融合應用。

④平臺規(guī)劃需符合新型商業(yè)模式的要求，運營商可全局性滿足業(yè)務發(fā)展狀況和網絡連接行為。

⑤基站規(guī)劃可充分利用現有網站點和設備資源，共天饋、共射頻、共站點、共通用接口、共主控、共傳輸、共維護和運行，實現快速部署。

⑥終端規(guī)劃包含對芯片、模組和終端的規(guī)劃，可按照業(yè)務屬性和應用要求進行入網測試，確定適用范圍。

5.2 完善支撐服務，建造公共服務平臺

建造包括產業(yè)數據中心、云服務平臺、實驗室和產業(yè)聯盟的窄帶物聯網與5G產業(yè)融合應用公共服務平臺體系，發(fā)展大數據應用服務，采用先進的信息安全保障機制，面向行業(yè)提供高效節(jié)能、安全環(huán)保的服務，融合政府、行業(yè)、企業(yè)及產業(yè)的大數據資源，在兩化融合、智慧城市建設和管理等領域形成數據共享和開放機制。

5.3 拓展應用領域，建設智慧新城

5.3.1 推動數據共享和感知設備建設

加強基于窄帶物聯網與5G融合應用的感知設施規(guī)劃和建設，建立城市一體化物聯網接入數據資源平臺，構建感知設備的集中管理、接入和數據共享，通過結合通信網絡和市政基礎設施，完善智能終端和復合傳感感知設備節(jié)點的建設，通過融合數據開放，推進數據資源開放，同時進一步深化政府數據和社會數據的融合應用。

5.3.2 建設新型智慧城市

在生態(tài)宜居、精準治理和惠民服務等方面，推動窄帶物聯網與5G融合的集成應用，形成典型應用案例并加以推廣應用，探索形成具有一定經濟效益的商業(yè)應用模式，助力建設新型智慧城市。

5.3.3 推進相關領域的應用示范

以新型智慧城市建設為導向，科學、有序地推進NB-IOT與5G融合應用及其產業(yè)科技創(chuàng)新在相關領域的應用示范，具體建議如下。

①智慧治安。融合應用NB-IOT和5G技術，進一步提高數據傳輸及其監(jiān)控，應用智能報警、人臉識別和實時追蹤，完善智慧治安和平安城市的建設；針對汽車、電動車的防盜監(jiān)控，開展智能資產追查應用；融合運用NB-IOT、5G和北斗定位等技術，在生產、儲存、銷售、運輸、使用和銷毀等環(huán)節(jié)對易爆品及?；穼嵤┚珳时O(jiān)控和管理。

②智慧消防。融合應用NB-IOT和5G技術，建立智能煙感報警系統，重點針對學校、養(yǎng)老院和人群密集場所布設報警及消防設備,運用低時延、超高速、大連接的優(yōu)勢，聯網至智慧消防監(jiān)控中心，達到及時發(fā)現火情的目的,動態(tài)監(jiān)測消防設備的運行狀態(tài)，提升消防維護管理和應急能力。

③智慧環(huán)保。采用NB-IOT和5G融合應用技術，建設布局合理、規(guī)范統一的智慧環(huán)保監(jiān)測網絡，深化相關環(huán)保監(jiān)測設備的規(guī)模應用,提高水質、城市噪音和空氣質量的監(jiān)測能力，有效應用于建筑工地環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)污染監(jiān)測和核廢料追蹤等環(huán)保應用場所。

④智慧食品藥品監(jiān)督。通過采集溫度、濕度等信息,融合應用NB-IOT和5G技術，實時動態(tài)反饋、控制和調整，智能監(jiān)控食藥品倉庫,保障食藥品安全。

⑤智慧節(jié)能。通過氣、熱、水、電等智能計量表在城市城區(qū)的規(guī)劃和應用,融合應用NB-IOT和5G技術，實施用電能耗分析、能耗數據實時監(jiān)測和精細化管理,建立用電設備保障體系，提升智慧節(jié)能能力，有效降低能耗，貢獻于碳中和、碳達峰及綠色發(fā)展。

⑥智慧交通。針對共享單車、智能停車和交通服務等需求，融合NB-IOT和5G應用技術，實施橋梁監(jiān)測、智能路網養(yǎng)護及圍欄監(jiān)測等應用,有效監(jiān)測交通設施的運行狀態(tài)，實現智慧管理和維護。

⑦智慧市政管理。通過融合NB-IOT和5G應用技術，在智慧垃圾箱的應用方面，通過實時監(jiān)測垃圾箱空載、滿載、開閉等狀態(tài),可對垃圾回收路線進行優(yōu)化,有效提升環(huán)衛(wèi)人員及車輛的工作效率；在智慧井蓋的應用方面,通過遠程實時監(jiān)控丟失、缺損、移位和非法打開等狀態(tài),達到實時報警，并有效提高自動巡檢能力，同時，通過建立市政管理數字化平臺，可及時監(jiān)測房產物業(yè)、水務、電力和熱力等不同行業(yè)所屬井蓋的狀況；在智慧管網應用方面,通過構建地下管網管理系統,實時監(jiān)測熱力、燃氣、供水、電力、排水、通訊等管線的化學和物理信息,及時了解地下管線的運行狀態(tài),為應急處置、規(guī)劃建設和決策管理提供有益的信息和技術支撐。

5.4 推動規(guī)模應用，促進服務創(chuàng)新

5.4.1 推動NB-IOT與5G融合在典型服務業(yè)的規(guī)模應用

針對健康養(yǎng)老服務業(yè)，充分運用養(yǎng)老智能監(jiān)護設備、家庭服務機器人、便攜式健康監(jiān)測設備、可穿戴設備和自助式健康檢測設備等健康養(yǎng)老智能設備，有效提升服務的智能、精細及便利化水平。

針對現代物流服務業(yè)，重點在物流集中區(qū)域，推動物流業(yè)務管理、行為決策、信息感知、作業(yè)控制和運營服務等方面的應用創(chuàng)新，形成應用模式。

5.4.2 以應用創(chuàng)新促進服務創(chuàng)新

進一步提高融合應用創(chuàng)新能力和企業(yè)數字化水平，需要充分發(fā)揮政府引導行為，健全和優(yōu)化市場環(huán)境，有效實施配套政策與行業(yè)監(jiān)管體系，明晰職責，克服行業(yè)發(fā)展應用的瓶頸，政府在頂層規(guī)劃層面給予典型企業(yè)專項經費扶持，解決數據應用、產生、處理、互聯和業(yè)務集成的關鍵性技術問題，可成立溝通協調機制與業(yè)務合作平臺，以加快5G技術融合應用創(chuàng)新進程，建立應用規(guī)范，依靠市場驅動，培育造就一批對接產業(yè)需求和供給的行業(yè)應用解決方案集成商。

6 結論

本文對窄帶物聯網與5G特點、趨勢及產業(yè)應用進行分析，針對產業(yè)科技創(chuàng)新存在的問題，提出了窄帶物聯網與5G融合應用及其產業(yè)科技創(chuàng)新的對策建議，包括加強基礎設施建設、完善支撐服務、建造公共服務平臺、拓展應用領域、促進服務創(chuàng)新等，通過在智慧治安、智慧消防、智慧環(huán)保、智慧食品藥品監(jiān)督、智慧節(jié)能、智慧交通和智慧市政管理等方面開展應用示范，推動行業(yè)規(guī)模應用，對于促進經濟高質量發(fā)展具有現實意義。