5G对物联网的影响

导读	物联网已经蓬勃发展，随着5G蜂窝技术的普及和商业服务赶上已经在酝酿中的增强标准，可以期待5G蜂窝技术的巨大推动。

康宁公司(Corning)无线解决方案和产品线管理副总裁米歇尔·恩加托(MichelleEngarto)表示：“由于5G可用的频谱增加，它增加了整体带宽，并允许大量物联网设备连接。”康宁公司主要为建筑内蜂窝产品制造分布式天线系统。

电信提供商VerizonBusiness负责无线、物联网和合作伙伴关系的副总裁史蒂夫·萨博(SteveSzabo)表示，5G的几个特征有助于转变行业和连接。

其一是超高吞吐量。Szabo说：“我们在与供应商的试验中看到，峰值速度高达4Gbps，这可以让你感受到5G的能力，”Szabo说，有可能达到10Gbps。

另一个是用于数据收集的高传感器密度，这将使工厂车间数字化，并实现更高的可视化和更高的生产力，而无需复杂的布线或传统技术。

Szabo说：“高传感器密度就是将数以千计(或)数百万的传感器放在一起，并利用它们进行资产跟踪、警报等。”“5GonmmWave技术是为处理数百万个连接的传感器而建造的，事实上，它能够管理每平方公里100万个连接的设备”。

超边缘MEG（ultra-Edge-MEG）也可通过低延迟移动计算工作负载。

5G对物联网的影响究竟有多大，何时影响，在很大程度上取决于用例。

研究公司Gartner的高级首席分析师比尔·梅内泽斯（BillMenezes）表示，5G的主要特点包括显著更快的数据吞吐量；支持大量机器或设备在没有任何人工交互或控制的情况下进行通信；以及超可靠、低延迟的通信。

Menezes说，这项技术的超可靠性来自于其提供规定服务质量或“实时”通信的能力，而不是基于以太网的技术如Wi-Fi的最大努力数据传输。此外，他说，在以后的版本中，5G的理论延迟不到1毫秒，而当前一代Wi-Fi部署中通常延迟为20至40毫秒。

Menezes说，所有这些属性“都与物联网相关，但关联程度取决于物联网端点和应用程序的需求”。

例如，使用一个不需要高数据速度或小于10毫秒延迟的应用程序来实现大量低功耗端点可能是一个不错的选择。Menezes说，这样的场景将主要利用5G未来支持窄带IoT（NB-IoT）连接的能力，理论上每平方公里的设备密度高达100万个低功耗端点。NB-IoT是一种低功耗广域网无线电技术标准，支持一系列蜂窝设备和服务。

5G还可以服务于需要大量带宽的较少设备的部署。Menezes说：“部署监控摄像机的用例将更多地依赖于5G的高吞吐量/低延迟能力，实现超高清晰度8K实时视频流，对设备密度的要求要低得多。”

Menezes说，汽车、制造业（智能工厂）、建筑业以及采矿业、石油天然气等自然资源行业都是物联网的5G机遇所在。“但是需求是广泛的，并且会因用例而有所不同，”他表示。

而5G并不是所有物联网网络的最佳选择。Menezes说，组织将继续使用各种连接方式，包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee和4G-NB-IoT。他表示：“企业需要衡量他们的实现将需要哪些性能特定属性，而其他平台在需要的部署场景中不能提供这些属性。”

Engarto说，如今的物联网设备大多通过有线技术进行连接。包括屏蔽双绞线LAN和同轴电缆。她说：“在某些有限的地区，Wi-Fi可能有一些用途”，但并不总是理想的。恩加托说：“5G使更多的传感器能够安装到位，而不需要为每根电缆安装电缆和导管。”

但研究公司国际数据公司（IDC）的物联网和移动网络基础设施高级研究分析师帕特里克·菲尔金斯（PatrickFilkins）表示，新的无线技术“将是众多旨在满足物联网全面需求的网络解决方案之一”。

“例如，5G可以解决需要任意延迟、可靠性和安全性的端点，”菲尔金斯说。“虽然5G将是物联网的瑞士军刀式解决方案，全部来自单一平台，但一些企业可能不需要5G的全部功能。在许多情况下，例如LPWAN[低功耗广域网]，您可以通过LoRaWAN等替代方案实现连接。”

Filkins说，Wi-Fi-6和Wi-Fi-HaLoW也将在密集、短距离物联网使用案例中发挥作用，尽管可能会降低可靠性。

菲尔金斯说：“5G是LTE的一个提升，在实现零停机通信方面，5G采用了新技术，实现了近乎零的数据包丢失。”。这些技术包括波束形成、网络快速故障转移（冗余基础设施和拓扑结构）、无线分组重传和软件定义网络。

“此外，5G还利用了先进的同步技术和其他信道划分技术，最大限度地利用专用频谱信道，确保服务质量，”菲尔金斯说。“这确保了运营商5G环境中的[高]可靠性。”

Filkins说，Wi-Fi的可靠性首先受到其范围的挑战。他表示：“你可能能够保证服务水平，也可能不能保证，但几乎可以肯定的是，你只能保证中短期范围内的服务水平。”此外，他说，大多数Wi-Fi系统都部署在未经许可的频段上，随着更多的数据包共享信道，干扰的可能性会变得更大。

Filkins说，Wi-Fi6通过将频谱拼接到资源单元来帮助解决可靠性问题，但是即使有了这些改进，频谱本身仍然存在问题，“这会带来潜在的干扰。”

Menezes说，部署成本、范围、干扰和物联网设备的能力都是确定物联网实施正确的主要或补充连接选项的因素。

Menezes说：“根据实施的网络性能要求来做出决定。”“因此，如果端点或应用程序不需要5G性能即可在所需级别运行，这将有助于决定连接性。”

Menezes说，Wi-Fi6或Zigbee可能完全适合智能建筑控制的某些元素，但对于高度移动的广域应用来说却毫无用处。

“此外，在5G可用但尚未达到显着市场规模以提高端点或网络服务竞争力的情况下，使用基本商品化的连接技术（例如蓝牙，Zigbee，RFID或Wi-Fi）的端点可能会更具成本效益，Menezes说。

消费品制造商惠而浦（whillpool）全球产品组织（GlobalProductOrganization）副总裁什里丹德卡尔（ShreeDandekar）表示，在某些情况下，比如家庭使用，Wi-Fi通常对物联网比蜂窝更有意义。惠而浦提供互联厨房和洗衣设备等物联网服务。

Dandekar说：“科技界与这一观点基本一致，5G技术不太可能改变这一点。”“即使是最便宜的蜂窝技术[NB-IoT或LTE-M]也比Wi-Fi贵得多。”

另一方面，惠而浦的工厂则是完全不同的情况。IT副总裁迈克尔·贝伦森(MichaelBerendsen)表示：“这种环境可能会对Wi-Fi构成挑战，因为设备和机器太多了；只是大量的金属会影响Wi-Fi信号。”

该公司正在俄亥俄州的一家洗衣机工厂对其一些自动驾驶汽车进行5G测试，“因为我们相信5G可以提供更好的覆盖范围，并在如此大的空间内更加一致，”贝伦森说。

电信运营商表示，随着5G技术的成熟，网络将越来越先进，这将为物联网带来更多可能性。

at&TBusiness5G卓越中心主任JasonInskeep说：“随着网络的发展和SDN（软件定义网络）对边缘结构建模的改进，带宽将继续提高。”

Inskeep说：“5G将带来的另一个备受期待的功能是网络切片，”允许在无线接入网络（RAN）上使用专用的资源块。通过这种方式，蜂窝网络开始呈现出多协议标签交换（MPLS）网络的感觉，“为驱动自动汽车或‘超视距’无人机操作等技术创造了更高性能的机会。”。

Inskeep说，5G“可以在蜂窝网络的每个部分保持一定的性能阈值，这一特性曾经只在有线端可用”。

“这些汽车和无人机正在收集大量需要快速处理的数据，以便使它们更具可行性。5G和边缘计算提供了端到端的速度和较低的延迟，再加上网络切片，为数据提供了自己的“通道”，这将有助于数据在更短的时间内返回设备。”

当5G网络切片与物联网交叉时，“你开始看到5G平台的整体是如何有用的，特别是在有许多用例同时运行的组织中，”菲尔金斯说。

“一个网络片可以专用于LPWAN物联网计划，而另一个可以连接需要超低延迟的端点，”菲尔金斯说。“通过5G，理论上可以创建一个能够解决传统上通过覆盖有线和无线链路组合解决的物联网用例的单一平台。通过5G，您可以使用无线技术从单个平台解决大多数此类使用情形。”

费尔金斯说，从管理和运营费用的角度来看，这对于希望提升物联网价值的组织来说应该是非常有吸引力的。

InsKeep说，未来改进的另一个领域是实现每平方公里每个无线电设备更多的会话。他说：“随着我们转向5G，这个数字会呈指数级增长，因此终端的密度可能会增加。”“随着这种情况的发生，生态系统可以变得更加智能”，物联网的功能也可以增加。

“当涉及到物联网时，我们只是触及了5G力量的皮毛，”Szabo说。“5G转变业务运营的潜力是巨大的，可以实现今天不存在的用例。”

例如，一个5G网络每平方英里可能支持超过200万个连接的传感器，Szabo说。“与3D虚拟现实的合作可以帮助工程师、设计师和营销团队在几乎零延迟的情况下比较新产品的设计。”

Szabo说，Verizon正与合作伙伴和开发商合作，拓展5G生态系统。2020年7月，它宣布了简化和加速端到端物联网环境的计划。这其中的一部分是整合运营商的5G/LTE网络、ThingSpace物联网平台（允许公司在Verizon网络上对物联网设备进行原型、测试和连接）和关键资产传感器设备（监控光线、温度等条件），以及压力），微软的Azure云使物联网开发者能够快速高效地创建新的应用程序。

Menezes说，5G的未来迭代（版本16和17）包括许多与高级NBIoT、超低延迟和网络切片相关的规范，这些规范适用于各种类型的物联网用例。

Menezes表示:“将5G视为主要或互补[资源]的组织需要将其规划的物联网使用案例或应用的路线图——或现有物联网实施所需的性能更新——与基于先进5G版本的服务和基础设施的商业可用性相匹配。”

专家表示，5G技术的不断进步有助于推动物联网计划。

“5G将导致物联网设备在市场上的爆炸性增长，”Engarto说。5G的超低延迟将为增强和虚拟现实等新的使用案例铺平道路，“并为医疗、智能制造和教育等垂直领域的数字化开辟新的突破性可能性，”她说。“这可能是建设智慧城市的关键推动因素，交通、公共安全甚至零售业都有进步。”

Menezes说，大规模的机器对机器通信与5G即将整合的NB-IoT功能相结合，可能会进一步鼓励物联网的部署。Menezes说，这可能包括智慧城市，这些城市可能无法通过其他移动无线技术（如4GLTE）或LAN无线网络（如Wi-Fi）来实现可扩展性。

Menezes说：“5G在以后的版本中能够在覆盖范围内支持更多的设备。”。“而且，在中、低频段频谱中，它的传输距离会更远，因此覆盖的区域比Wi-Fi更大。”

Szabo说，5G的出现将“大大加快传感器化进程，以推动行业数字化转型”。“大规模物联网可以支持多达12倍的传感器密度，并且技术（例如NB-IoT）将不断发展。从这些数据以及基于云的功能（如数字孪生）收集的数据将实现近实时的模拟，评估，预测[和]补救。”

物联网“实际上是连接技术能力和改善商业运作的一种实践，”Filkins说。“没有人仅仅为了使用一种新技术而部署物联网项目。在某些行业，5G将成为推动工业自动化的前沿，使室内和室外环境实现无缝连接。”