5G 时代蜂窝物联网的设计考量

蜂窝物联网是一个基于3GPP全球标准的快速发展的生态系统，并得到越来越多的移动网络运营商以及设备、芯片组、模块和网络基础设施供应商的支持。更重要的是，蜂窝网络提供无与伦比的全球覆盖范围，高度可靠，无比安全，性能出色，即使对于要求严苛的物联网应用而言，也是理想选择。

各行各业都在利用蜂窝物联网来提升效率、促进创新及提高连接效果。从消费电子设备和汽车到医疗保健、农业和交通运输，各行各业都取得了显著进步。5G 技术的融合进一步扩大了这些可能性，促使企业探索蜂窝物联网如何从根本上改变其运营方式。

5G 的独特优势在于能够支持大量物联设备（包括静态和移动设备），满足各种速度、带宽及服务质量要求。5G 技术不同于 4G 和其他无线技术，能够支持开发多元化且复杂的物联网解决方案。

当前的 5G 网络基于现有 4G 基础设施构建，涵盖机器 LTE (LTE-M) 和窄带物联网 (NB-IoT) 技术。这种协同效应确保 5G 技术不仅能够满足当前物联网用例，还为未来创新筑牢根基，使蜂窝物联网为下一代连接提供关键支撑。

蜂窝物联网依托自身无与伦比的潜力，正不断塑造各行业的未来格局，为构建更加互联的世界铺就道路。

5G 蜂窝物联网的增长引擎

图 1：5G 技术相较其他无线技术拥有更多优势

1. 提高速度和覆盖范围：每一代无线网络都实现了速度的显著提升，而 5G 技术的优势在于其预计速度将高达 10 Gbps，比 4G 技术速度提升了 100 倍。5G 蜂窝网络覆盖范围更广，支持更庞大的设备。物联网企业如能部署企业 5G 网络，便可在更大区域内连接更多设备，可靠性更高，速度更快。

2. 部署简单费用低：非蜂窝物联网设备需要先配置使用特定网络，才能连接到外部网络（如选择特定 Wi-Fi 网络或蓝牙连接）。而蜂窝设备只需插入激活的 SIM/eSIM 卡，即可启动并运行。这种特性使得设备可以根据需要弹性扩展，而无需投入大量资源。

3. 远程管理：5G 蜂窝网络覆盖范围更广，支持远程监控连接情况、配置设备，并确保应用软件和固件更新。

4. 低延迟和高可靠性：5G 蜂窝物联网赋能紧急服务通信，提升其安全性和可靠性，保障指挥中心实时接收数据。5G 网络的延迟比人类对视觉刺激做出反应的速度快，因此可以近乎实时地远程控制设备。

5. 安全设计：5G 网络内置安全措施，保护消费者安全。5G 连接设计遵循安全身份验证、信令保护及数据加密等协议。这些措施有助于确保困扰消费者物联网设备的安全问题不会在工业应用中出现。

6. 低功耗：NB-IoT 等蜂窝物联网标准旨在最大限度地延长电池寿命并降低功耗。这使得在偏远地区长期部署设备变得可行，部分场景下电池寿命可达十年。

5G 蜂窝物联网运营

5G 移动网络旨在保障大量设备接入及新型服务，例如增强型移动宽带 (eMBB)、大规模机器类型通信 (mMTC) 以及关键通信和网络运营。5G 物联网的发展将分阶段推进，其中增强型移动宽带 (eMBB) 应用将率先普及。超高可靠低延迟通信技术 (uRLLC) 将在 5G 全面部署后成为最具颠覆性的技术之一。

自动驾驶汽车是备受期待的 5G 应用之一。车辆技术正在迅速发展，为自动驾驶汽车的未来提供有力支撑。车载计算机系统正快速发展，其计算能力水平此前仅在传统数据中心达到过。5G 网络将是自动驾驶汽车的关键推动技术（图 2），因其大幅降低的延迟可使车辆响应速度较现有蜂窝网络提升 10-100 倍。

这将使车辆能够几乎瞬间自动响应周围的物体和变化。车辆必须在几毫秒内完成信息发送和接收，以便根据路标、危险及行人穿行马路情况，采取制动或转向。

图 2：5G-V2X 通信模式

5G 技术将带来变革，并使众多目前尚不可行的应用成为可能，尤其是在城市地区。5G 的应用场景将不会局限于特定领域，消费者、企业、行业和城市都将从 5G 的一个或多个维度中受益。不过，与其等待 5G 全面铺开，我们现在就可以开始利用 4G LTE 技术打造未来，并验证应用和商业模式。当 5G 技术更加普及时，再进行完善和扩展。