張 堅

（中國電信股份有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310016）

0 引 言

無線通信網絡從根本上改變了人們傳統(tǒng)的生產生活模式，當今社會廣泛通過網絡進行生產、辦公、交易、溝通，但由于無線通信技術具有一定的開放性和移動性特征，更易受到外部條件改變和各種因素的干擾，進而可能導致網絡穩(wěn)定性和安全性下降或者失效的情況發(fā)生。當前4G時代已經逐步向5G移動時代演進，無線通信技術的迭代將對社會生產生活模式產生更為巨大的影響，信息意識水平也隨著通信科技的迅猛發(fā)展而不斷躍進。在5G通信技術與先進的存儲轉發(fā)和云計算算力網絡科技相結合的整體網絡環(huán)境下，5G物聯網得到不斷發(fā)展。5G物聯網的模式下，一定程度上來說，所有的人和物都可以通過某種鏈接被聯接起來并發(fā)生相互作用。萬物互聯的物聯網徹底改變了社會群體和個人的思維、感覺、行為和生產生活方式，5G通信技術的加持會令互聯世界觀念下的社會變得更小、更安全、更智能。

1 5G三大應用場景

1.1 eMBB增強移動寬帶

用戶能夠深度感知極致數據速率和極致用戶移動性。數據速率可達10 G/b，是4G的100倍。利用高功率的無線電波，甚至是毫米波，實現高帶寬、高信息量傳遞。各類型基站廣覆蓋，針對高速環(huán)境疊加波速賦形，功率強，保證移動性可達500 km/h以上。結合SR分段路由的5G承載，降低了網絡連接的復雜度，使得業(yè)務路徑更暢通。同時，邊緣計算能力可以為超大規(guī)模語音、視頻、即時通信、網絡媒體和物聯網絡提供基礎能力保障，能夠使視頻云、CDN、游戲云、智慧家庭、互聯應用等服務能力有質的飛躍。

1.2 URLLC

URLLC擁有小于1 ms的時延，只有4G的10%。結合5G網絡切片能力，提供物聯網絡的差異化需求，保證不同物聯業(yè)務的承載。低時延在物聯網絡中的作用更加強大，大部分物與物的連接中都要求一定的反應速度。在工業(yè)控制、智能制造、自動駕駛、遠程醫(yī)療、XR元宇宙、游戲穿戴上，低時延都是一切能力呈現的基礎。在5G網絡環(huán)境下，端到端低時延可以做到優(yōu)先級分類和網絡流量的特殊處理，同時數據通信中的卡頓和延時也將大大縮減，大數據量的碼流、4K和8K視頻流穩(wěn)定流暢。VRAR類物聯環(huán)境以及連接數激增的情況下，仍可以做到敏感迅捷的交互時延。

1.3 mMTC海量機器通信

5G技術可以做到深度覆蓋、超高密度、超低能耗要求下的海量連接。它的1 M/km的連接數是4G的100倍，能夠實現端到端數據直接傳輸。運營商正在大規(guī)模建設700 MHz、900 MHz、2.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz、毫米波等多種5G頻譜。5G網絡與其他網絡的互補優(yōu)勢明顯，使得物聯網的網絡應用能力不斷提升；在資源帶寬優(yōu)勢基礎上，不斷增加終端接入能力；網絡靈活多樣，網絡管理方便迅捷；接入帶寬非常靈活，從不需要支持全帶寬的智能儀表，到碼流需求巨大的自動駕駛汽車，不同帶寬靈活切換，網絡自動調整基站UE功耗。5G技術采取前向兼容，動態(tài)配置帶寬和載波間隔，資源預留、調度優(yōu)先。

2 物聯網環(huán)境下的5G關鍵技術

2.1 多層級專網可靠性設計

通過5G設備單板和電源主設備實現單板級可靠性。通過RRU環(huán)形組網實現網元級可靠性。通過5G低碼率表、回程重復、上行重復等方式實現鏈路級可靠性。通過多終端冗余、無線雙平面、端到端會話雙平面實現網絡級可靠容災。

以上方式在5G技術中的實現，使物聯網環(huán)境復雜、場景可靠性要求非常高的情況下的需求能夠得到充分滿足。在空口環(huán)境比較惡劣的場景下，也能充分發(fā)揮5G能力，保障在線業(yè)務不丟失。對用戶層可靠性要求極高的情況下，通過冗余設計保障安全。即使從無線側到核心側整條鏈路上出現故障，也能充分保證端到端業(yè)務連續(xù)性。

2.2 QoS對速率、時延、抖動的服務質量保證

基于5G切片的無線差異化保障，可應用于不同切片下相同的差異化保障。在5G公網中部署基于資源預留的切片，可靈活滿足高可靠、高安全的物聯行業(yè)應用。結合帶內上行增強和時頻深度協(xié)同技術，對速率進行增強。

通過URLLC的時延增強功能，實現URLLC和eMBB兩種下行業(yè)務共存，滿足URLLC對低時延的高要求。同時5G技術允許對終端和核心網有定制化的需求，可以通過系統(tǒng)面控制精準地對時延進行確定性的管控并減少速率抖動。

2.3 5G業(yè)務組網及網絡分流

在物聯網的發(fā)展中，網絡組網方案非常關鍵。在核心側，5G技術通過網絡級分流、網元級分流以及會話級分流對網絡分域分流管理，以提升安全可靠性。在無線側，5G技術通過基于IP和DNS的域名分流、園區(qū)切片ID分流，或者指定專網用戶分流，實現不同物聯網業(yè)務在同一張5G無線大網下各自的業(yè)務保證。

2.4 專網行業(yè)定制化需求

5G通過大帶寬使能3～5 m精準定位能力，具備高精度、全場景、易維護、低成本優(yōu)勢，降低網絡運維復雜度和系統(tǒng)開銷，提升可商用性。高精度網絡授時技術賦能物聯網行業(yè)數字化改造，對電力、工控、交通、自動駕駛等物聯應用提供同步和高效協(xié)同的基礎保障能力。5G廣覆蓋下，基站位置靈活，可以充分確保重要的專業(yè)物聯網絡無縫連接。端到端的QoS監(jiān)控能夠實現精準檢測保障。相比傳統(tǒng)網絡，5G網絡具備端到端時延和抖動等關鍵指標，是實時的測量手段，且不占用大量資源開銷，使得物聯網大連接情況下充分得到網絡質量保障監(jiān)控，并且能夠實現用戶側可視可管可控，業(yè)務服務可保障、可承諾。

3 5G物聯網帶來的新機遇

3.1 用戶側數字化變革，物聯網基礎設施升級

在數字化轉型的趨勢下，更多的數據將從邊緣處理、工業(yè)制造、電力物聯網逐步走向智能物聯。網絡在邊緣側面臨異構終端的海量連接、業(yè)務的實時性、應用智能性、數據優(yōu)化和安全隱私等多種挑戰(zhàn)。5G網絡可通過簡化邊緣APP開發(fā)和適配，憑借深度開放的邊緣計算和安全防護能力，幫助用戶實現制造、管理、檢測、維護、安全等智能化管理，提高生產效率，提升公共服務用戶滿意度。

3.2 與多種新技術新領域融合

物聯網與5G無線網相融合形成移動物聯網，例如智能家居、車聯網、可穿戴設備、智能設備、健康養(yǎng)老等規(guī)模化的消費應用。物聯網與工業(yè)、農業(yè)、能源等傳統(tǒng)行業(yè)深度融合形成產業(yè)物聯網，成為行業(yè)轉型升級所需的基礎設施和關鍵要素，例如智慧工廠、智慧農業(yè)、智慧能源等生產性物聯網應用。物聯網立體化城市信息采集系統(tǒng)正在加快構建，智慧城市成為物聯網應用集成創(chuàng)新的綜合平臺，例如智慧安防、智慧消防、智能停車等安全防護性應用。

3.3 4G和5G物聯網共存化、網絡切片、綜合運維

5G網絡的廣覆蓋預計到2025年左右可以實現無縫部署。從網絡層面看，運營商不可能同時全面轉向5G。從4G到5G，涉及虛擬設備和傳統(tǒng)非虛擬設備的混合運維和管理，這對目前的綜合運維方式有很大的沖擊和挑戰(zhàn)。5G網管與云對接，實現監(jiān)控、編排、升級等云網業(yè)務一體化是綜合運維的重點任務，需要做到網元共管、Pool管理，支持虛擬資源的編排，利用SDN實現5G部署切片網絡配置和端到端切片的部署管理。

4 5G通信技術對物聯網發(fā)展的影響

4.1 5G物聯網典型應用場景

5G物聯網典型應用場景：eMBB增強移動寬帶通信、URLLC超可靠低時延、mMTC海量物聯。通俗說：eMBB是為人提供更好的感受，URLLC是為車提供安全保障，mMTC是為物提供更全面靈活的連接能力。NB-IoT/eMTC窄帶物聯網標準繼續(xù)演進，作為5G 物聯網的重要場景和補充。5G物聯網發(fā)展強調與垂直行業(yè)融合，重點涉及工業(yè)互聯網，面向企業(yè)提供廣覆蓋、低時延、高可靠的網絡，助力企業(yè)建設。

5G通信技術具有傳輸速率高、延遲較小等通信速度特質，應充分應用到物聯網技術當中，推動物聯網高度發(fā)展；同時伴隨著技術的不斷發(fā)展，人們對于物聯網技術提出了越來越高的要求，恰好5G通信技術可以很好地完成信息傳輸任務，并在很多方面都起到了較好的推動作用。

4.2 5G對物聯網的演進推動

5G低功耗廣域網等基礎設施的加速建設，推動邊緣計算、人工智能、海量連接、區(qū)塊鏈等新技術與物聯網結合，進入物聯網領域跨界融合。5G是無線網絡面向數字化轉型的契機。統(tǒng)一的網絡可以滿足差異化應用的需求，能夠實現網絡云級運營管理，靈活適配應用業(yè)務需求，滿足開放式能力，用戶層部署下沉，減小時延，降低數據承載壓力，實現異構組網。

4.3 垂直行業(yè)對5G技術的需求

引入5G MEC技術，結合邊緣DC和中心DC，物聯網數據的處理更加分布式地呈現，核心網部署更加邊緣化。MEC組網可使應用業(yè)務本地化、本地分流和緩存加速、路由靈活配置。這些都是實現5G業(yè)務網絡應用近距離部署和訪問、用戶層高效靈活按需部署分布的有效手段。為用戶提供高帶寬、低時延傳輸能力的同時，打造無線虛擬接入網絡。進一步為客戶提供安全可靠的本地數據存儲和處理能力服務，確保用戶數據的安全隱私。

5 結 語

物聯網專網設備向5G的平滑演進和人網這張大網緊密關聯，5G初期物聯網核心網元可以和人網網元合一?？傮w策略上需要保持4G物聯網的繼承性，同時也需推動窄帶物聯網深度覆蓋持續(xù)進行。5G中后期，構建完善的物聯網生態(tài)，加快推進5G物聯，構建泛在5G的信息基礎。

伴隨運營商5G網絡逐步成熟，URLLC/mMTC業(yè)務將不斷融合網元，按需下沉靠近MEC。建設物聯網保障安全體系，構建可控、可管的物聯網核心架構是確保工業(yè)、電力、能源、交通等國計民生物聯垂直行業(yè)的核心安全要求。

物聯業(yè)務應用是5G物聯網發(fā)展的核心訴求，規(guī)模應用時同步開展綜合物聯網標準的制定，能夠大力推動物聯網在熱點行業(yè)應用，充分圍繞智慧交通、車聯網、智慧電網、智慧制造、工業(yè)互聯、智慧醫(yī)療、智慧民生等關系到人民生活的關鍵行業(yè)和領域，大力推廣物聯網新產品、新技術、新模式和新形態(tài)，物聯網將迎來極豐富的智能服務。