第 2 章 5G 的行业应用
| 2.1 物联网的概念与应用 |
| 2.2 5G 时代的万物互联 |
2.2.1 万物互联与无线技术
5G 作为新一代移动通信，与之前几代移动通信最大的区别就是，5G 不仅 是解决人与人之间的通信，它将带来万物互联的概念。万物互联（IoE）定义为 将人、流程、数据和事物结合一起使得网络连接变得更加相关，更有价值。万物互联将信息转化为行动，给国家、企业和个人创造新的功能，并带来更加丰 富的体验和前所未有的经济发展机遇。在 5G 时代，物联网将向万物互联的方 向发展。
而实现这一切的基础，是无线网的发展。基于蜂窝的窄带物联网（NB-IoT， Narrow Band Internet of Things）成为万物互联网络的一个重要分支。NBIoT 构建于蜂窝网络上，只消耗大约 180kHz 的带宽，可直接部署于 GSM 网络、 UMTS 网络或 LTE 网络上，以降低部署成本，实现平滑升级。
NB-IoT 聚焦于低功耗、广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种 可在全球范围内广泛应用的新兴技术，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、 功耗低、架构优等特点。NB-IoT 使用许可频段，可采取带内、保护带或独立 载波 3 种部署方式，与现有网络共存。
2.2.2 R14、R15 定义的 5G 与物联网
2018 年，华为发布了全球首个基于 3GPP R14 协议的 NB-IoT 商用版本 eRAN 13.1。与以前的版本相比，eRAN 13.1 可提供 7 倍用户速率、2 倍小区 容量、2 倍小区覆盖、定位服务四大性能，探索全面替代 GPRS 物联网的应用 之路。
自从 NB-IoT 协议冻结以来，NB-IoT 以其特有的大容量、低功耗、深度 覆盖等特点，迅速占据低功耗、广覆盖的物联网市场。截至 2018 年 5 月，全 球共部署了 45 张 NB-IoT 商用网络，建设了超过 50 万个基站。无线抄表、车 联网、智能井盖、无线烟感、智能门锁等 40 个用例已在批量部署中，现在已经 有超过数万个 NB-IoT 连接广泛应用于城市管理及个人生活的方方面面。
现在，NB-IoT 已经被 3GPP 和 GSMA 认可为 5G 时代的物联网技术，将 在低功耗、广覆盖的物联网市场中长期演进。然而，随着物联网市场的不断发展， NB-IoT 的第一代 R13 协议已经不能满足不断丰富的物联网应用对 NB-IoT 性 能的需求，比如资产 / 宠物跟踪需要低功耗的定位功能来降低设备成本和充电 的频度。此外，由于 GPRS 的频谱效率较低，需要有能够支撑高通信速率的物 联网技术来替代 GPRS，以加速 GSM 频谱的重耕。
在 R14 协议中，3GPP 定义了 NB-IoT 性能增强特性，华为 eRAN 13.1 是全球首个基于 R14 协议的商用版本。
第一，7 倍用户速率：上行峰值速率达 157kbit/s，下行单用户峰值速率达 102kbit/s，在单用户速率上具备全面替代 GPRS 应用的能力。
第二，2 倍小区容量：单个小区最大用户数可到 8 万以上，接近 R13 协议小区容量的 2 倍，为连接万物提供容量上的有力支撑。
第三，2 倍小区覆盖：上行信道估计增强技术，增强小区的深度覆盖能力， 降低运营商投资建网的成本。
第四，不依赖 GPS 的位置定位：终端无须集成 GPS 模块，定位精度可低 至 50m，耗电量和定位时延仅为 GPS 方案的一半，能更好地服务于资产跟踪、 物流运输、宠物跟踪等应用场景。
未来几年，逐步构建全业务能力已经成为全球运营商的共识，物联网将成 为运营商深耕垂直行业的最佳实践。基于 R14 的 NB-IoT 商用版本的发布，在 用户速率、小区容量、小区覆盖等方面提升了 NB-IoT 网络的性能，通过定位 服务扩展 NB-IoT 的应用范围。
我们相信在设备商的技术推动下，通过 NB-IoT 开放实验室和产业联盟， 进行深入的生态建设和商业探索，设备商会与运营商一起开启物联网规模商用 的黄金时代。
2.2.3 5G 相对 4G 对物联网的革新发展
物联网的发展要具备两个关键性条件：一是要有完整的标准和网络体系， 必须有网络覆盖支持物的互联与移动，4G 网络全面覆盖后，推出的 NB-IoT、 eMTC 等物联网技术才能在其基础上形成真正支撑市场需求的全覆盖网络，满 足物联网的高可靠、低速率、低功耗等需求；二是安全性，移动通信网络对安 全性有很高的要求，不仅要有 QoS 的保障机制，还要有行业安全机制的要求来 保障其安全性，物的互联才能有可靠的安全保障，物联网才能具备大规模发展 的条件，而此前的一些技术尚不具备这种安全性保障条件。
移动通信网络与物联网融合的优势在于移动通信网络有多大，物联网覆盖 就有多大，不需要客户单独建网，这为物联网的应用提供了非常大的便利，而 且大幅度降低了建网的成本。随着 4G 演进中的 NB-loT、eMTC 的成熟，物 联网的发展开始起步。
未来物联网的需求不断增长，现有的 4G 网络难以支持未来万物互联的两 个最重要的核心需求：海量的连接和 1ms 左右的时延。但未来 5G 网络由于其 低时延、广域覆盖、超密集组网、海量链接等技术特点将可满足物联网的需求。 5G 网络相比于 4G 网络对物联网的提升将是质的飞跃。
1．突破网络瓶颈限制
5G 网络建成后，速率将会是 4G 网络的 100 倍，这意味着以手机、平板电脑为代表的移动终端，信息获取的标准质量会有质的提高。从智能家居的角度来看，信息获取会从 4G 网络的控制信号转变为多元信息，为云计算、大数据 等新兴技术与物联网的融合奠定基础，从而迈向智能化时代，与 4G 相比，5G 的时延大幅下降，这意味着工业控制、远程医疗等一些对时延有要求的物联网 应用将有可能实现。
2．覆盖面扩大,实现万物互联
5G 网络采用的高频段传输技术、多天线传输技术、设备间直接通信技术， 在增强了传统蜂窝数据网络模型的同时，也增加了终端与终端之间的通信手段， 在改善传统网络结构的基础上增大了网络的覆盖面和频段的使用率，大大减小 了终端通信模块的体积，且融入了智能交互的技术保障。植入性能的提高为更 多终端入网提供了条件，真正意义上实现了万物互联，更能够为 5G 网络的人 性化、个性化创新提供思路，比如低功耗、低辐射、低噪声，都是 5G 网络进 步的关键因素。
3．驱动创新思维
由于网络瓶颈的突破，许多在 4G 网络无法实现的功能将得以实现，会为新 技术的研发带来更高的平台，如智能导航驾驶、人工智能、虚拟现实等高科技 研发和应用，都必将得到突破性进展。这就会引发大量关于 5G 网络、物联网 的技术创新思维，众多的新兴技术应用会不断涌现，将物联网的作用发挥到极 致，更好地服务社会。从长远来看，5G 网络也不是网络发展的终结，而是更高 的起点，随着 5G 网络和物联网的深度融合与革新，下一代网络也将快速被实现， 而物联网的升级版和创新技术都将指日可待。