5G 是未來的唯一選擇？| 暢言

作者 | 盧斌

責編 | 郭芮

眾所周知，物聯網是一個市場潛力巨大的藍海，在人與人之間的通信逐步飽和的情況下，挖掘人與物、物與物之間的通信需求，是流浪地球信息化進程的必經道路。

萬物互連，所有的「物」都連到互聯網，都成為互聯網世界的一個分子，在互聯網世界裡，人和物是同等的。有句經典，「在互聯網世界裡，沒有人知道你是一條狗」。所以萬物互連，是真需求，是一個美好的願望。

物聯網的技術，包含兩部分：感測器技術和通信技術。

感測器技術是物聯網的關鍵基礎，是把物理世界的「物」，轉換為數字世界中可辨認的數字化「物理量」，比如溫度感測器、陀螺儀、指壓感測器等等，這是物聯網的核心基礎。如果無法描述和轉換物理世界的「物」，物聯網無從可談，有了萬物的感測器，才可能有萬物互連。

物聯網的通信技術包括有線通信和無線通信。有線物聯網大家都知道的，如電話線、五類網線、電力線PLC、同軸電纜，這裡無需多說。而無線物聯網，則再分為蜂窩物聯網和局域物聯網。蜂窩物聯網可包括GPRS、CDMA 1X、NB-IOT、eMTC、LoRa、5G等，主要是指通過蜂窩通信提供物聯網的傳輸需求，覆蓋廣和移動需求，可以是公眾通信網（三大運營商的網路），也可以是專網（電力、公安、油田等），也包括企業自建的Lora網路（LPWAN）。而局域物聯網，包括很多短距無線通信技術，比如WIFI、藍牙、zigbee等，這些技術在現有的局域物聯網中使用很多，如果從連接終端數來統計的話，局域物聯網相比蜂窩物聯網，規模大很多很多。

那麼何種技術來實現萬物互連呢？

物聯網的世界非常多姿多彩，個性化需求很多，萬物互連應該是有由蜂窩網技術和區域網技術共同完成。4G和5G只是屬於蜂窩物聯網的一種，並不是全部，從經濟性和安全性，萬物互連不能單獨由4G和5G承擔。

那麼為何說5G技術支持萬物互連呢？是的，蜂窩移動通信，原本就是滿足人和人的通信，容量、覆蓋、質量、速度是非常關鍵的，也是相互制約的要素（很難做到既要高速上網，又要大海量用戶）。

從GSM和CDMA開始，到現在的5G，在覆蓋和容量上不斷快速發展，原來一個基站只支持幾百個用戶同時打電話，到現在一個4G基站支持200~300用戶同時高速上網，技術發展確實是驚人的。到了物聯網階段，一個基站要服務幾萬個物聯網終端，就是所謂的海量連接，需要用到各種技術來滿足。但是要知道，容量和速度是制約的，要支持5萬個物聯網（不是真正的同時時間傳輸數據），每個物聯網終端發送數據量和時間都很少，比如一個抄表終端，一天24小時，只在1分中內傳輸1000個Byte位元組大小的數據，然後23小時59分都在睡覺，明白了嗎？又比如如果在體育場里有足球比賽，1萬名觀眾拿著手機看4K視頻，這個場景下目前的5G技術是無法實現的，那是天方夜譚——你不信？腦補一下。

5G是由3GPP標準化組織制定的技術標準，主要針對運營商的蜂窩網路，並非某個國家擁有（順便普及一下，WIFI是有IEEE標準組織制定的，也不是某個國家擁有）。5G的三大特點，eMBB、uRLLC和mMTC，是一個良好的設計方案，但大部分技術提升不是針對手機用戶，而是蜂窩物聯網用戶，每平方公里提供100萬個終端的接入，即海量連接，是蜂窩物聯網技術發展的一個突破。但只是移動運營商利用蜂窩移動通信技術，來滿足「萬物互連」的一個技術方案，或一種願望。

物聯網的特點就是個性化非常明顯，並不是每個物聯網應用都需要超低時延，或者低功耗，或者全覆蓋。一個簡單的例子，智能家居，把家庭的所有電器、門鎖、照明、馬桶都「萬物互連」起來，4G、5G蜂窩物聯網是最好的方案嗎？不見得，5G的技術優勢沒用上，不需要超高速上網、低時延、低功耗，那智能家居需要什麼呢？需要良好的無線信號覆蓋、友好方便的用戶交互、資費便宜甚至免費，這些光纖寬頻+WIFI技術已經完全滿足了。

試想一下，如果用5G實現智能家居，可能會出現：衛生間信號不好，智能馬桶沖不能沖水；欠費停機，智能門鎖就開不了；白天可以看4K高清視頻，晚上就只能看標清視頻（5G無線容量都是整個基站的所有用戶共享的，沒辦法承諾單個用戶的上網速率的）。但用PLC turbo + mesh wifi 技術，可以解決無死角信號覆蓋，永遠不會欠費，也不會和鄰居爭搶無線頻率資源。

除了智能家居，很多封閉場景下，使用局域物聯網技術更加合適，比如廣州宜家商場，全封閉環境下使用ibeacon藍牙定位服務，這些不一定非要用5G的物聯網場景。當然，確實有些低時延、大覆蓋的場景，需要使用蜂窩物聯網技術才能解決，比如車聯網。

我之前曾在《移動通信》雜誌2017年1月份發表了《物聯網技術業務思考和展望》一文，引用文章中的一部分內容如下。

2025年預測有270億物聯網連接的構成，Machina Research公司研究發現，72%屬於短距無線接入技術來承接，如WIFI、zigbee、PLC電力線傳輸等，這一技術將主導整個物聯網市場，主要包括消費電子、大樓監控和自動化。蜂窩型連接，將從2015年的3.34億，上升到2025年的22億，主要為LTE技術，其中的45%，將應用在車聯網業務上，包括在出廠前預置和出廠後安裝的。

在270億的總連接中，將近有11%（30億）的連接使用低功率廣域網的技術，如sigfox、lora、NB-IOT等。根據業務場景和Machina Research公司的預測，對於物聯網重要一環，可以把無線接入細分局域或短距無線接入、低功率廣域網、蜂窩無線接入等。

結合Machina Research公司的預測，到2025年，不同的網路場景，有不同的技術使用。比如最後10米的物聯網接入，又沒有電源功耗問題的，可以優先選擇局域或短距無線接入技術，就近接入有線區域網或互聯網，這是最直接的方案。再比如在工業生產中的工業物聯網，生產線上的數據傳輸要求高穩定低時延，安全可靠，沒有移動和漫遊的需求，這時如果採用NB-IOT等廣域物聯網（蜂窩物聯網）的方案，表面上看起來可以一統天下，但是對於工業物聯網肯定不是解決一個數據傳輸的問題，更多的還是個性化或嵌入式的解決方案。而針對目前很熱的「Connected Cars」和移動醫療等的聯網需求，其移動和漫遊是局域短距和廣域固定等技術所無法滿足的，則需要蜂窩物聯網技術。

再討論一下公網和專網問題。一般理解，蜂窩網屬於公眾移動網路，為廣大普通用戶提供服務，而專網，像鐵路、航空、公安等系統的集群網，提供其用戶專網專用，以確保運行系統的安全性。這是網路特性、用戶群體特性、安全穩定等因素所決定。當然，目前也會出現「虛擬專網」的概念，利用VPN等網路技術，在公眾網路中劃分中虛擬專網。這在有線互聯網中使用很普遍，但是在鐵路、航空、地鐵、工業自動化等關鍵領域，在物聯網安全性尚未健全的情況下，建議還是使用物聯專網為宜。

蜂窩物聯網或NB-IOT等技術，是在蜂窩通信網的基礎上，可滿足物聯網業務需求。其成本技術具有很明顯的優勢，充分利用已有的公眾蜂窩通信網路（主要提供話音和移動數據業務），具有信號覆蓋大，建網邊際成本低，授權頻段確保網路質量，規模應用後終端模塊價格迅速降低。從上面提到物聯網業務需求來看，很多業務是固定或慢速低數據業務需求，沒有漫遊和高速移動的業務需求，同時很多工業物聯網是和生產系統直接關聯的，可以考慮使用廣域物聯網建設專網。

是否能採用「虛擬物聯專網」的方案，還值得商榷。

萬物互連是真需求，但5G不是唯一方案，泛在無線百花齊放。

為滿足「萬物互連」的需求，5G技術實現海量連接，是由運營商主推的使用蜂窩物聯網方案，利用蜂窩技術來實現海量連接，確實是3GPP組織對人類的重要貢獻。但從上面分析可以看出，滿足「萬物互連」不一非得使用5G蜂窩物聯網，而是各種有線無線技術輪番上場，各展身手，這就是傳說中的泛在網，或者泛在無線通信（5G本身只是泛在無線的一種方式而已）。在物聯網時代，眾多泛在無線通信技術百花齊放，與5G一併起舞。

最近幾天，網上廣泛流傳了項立剛老師關於5G技術業務的視頻，項老師在其中提到2025年中國的物聯網終端數（連接數）達到100億，這是非常可能的，但是否都用5G或蜂窩技術來實現，各位看官看了上面的分析，心裡自有答案了。

作者：盧斌，就職於中國電信智能網路與終端研究院，知識星球「天線圈圈」星主。本文為作者投稿，版權歸其個人所有。

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