通信领域简报 2019年第47期 万物互联，5G不是唯一方案

众所周知，物联网是一个市场潜力巨大的蓝海，在人与人之间的通信逐步饱和的情况下，挖掘人与物、物与物之间的通信需求，是流浪地球信息化进程的必经道路。

万物互连，所有的“物”都连到互联网，都成为互联网世界的一个分子，在互联网世界里，人和物是同等的。有句经典，“在互联网世界里，没有人知道你是一条狗”。所以万物互连，是真需求，是一个美好的愿望。

物联网技术包含传感器与通信两部分

传感器技术是物联网的关键基础，是把物理世界的“物”，转换为数字世界中可辨认的数字化“物理量”，比如温度传感器、陀螺仪、指压传感器等等，这是物联网的核心基础。如果无法描述和转换物理世界的“物”，物联网无从可谈，有了万物的传感器，才可能有万物互连。

物联网的通信技术包括有线通信和无线通信。有线物联网大家都知道的，如电话线、五类网线、电力线PLC、同轴电缆，这里无需多说。而无线物联网，则再分为蜂窝物联网和局域物联网。蜂窝物联网可包括GPRS、CDMA 1X、NB-IOT、eMTC、LoRa、5G等，主要是指通过蜂窝通信提供物联网的传输需求，覆盖广和移动需求，可以是公众通信网（三大运营商的网络），也可以是专网（电力、公安、油田等），也包括企业自建的Lora网络（LPWAN）。而局域物联网，包括很多短距无线通信技术，比如WIFI、蓝牙、zigbee等，这些技术在现有的局域物联网中使用很多，如果从连接终端数来统计的话，局域物联网相比蜂窝物联网，规模大很多很多。

实现万物互连需要什么样的技术呢？

物联网的世界非常多姿多彩，个性化需求很多，万物互连应该是有由蜂窝网技术和局域网技术共同完成。4G和5G只是属于蜂窝物联网的一种，并不是全部，从经济性和安全性，万物互连不能单独由4G和5G承担。

那么为何说5G技术支持万物互连呢？是的，蜂窝移动通信，原本就是满足人和人的通信，容量、覆盖、质量、速度是非常关键的，也是相互制约的要素（很难做到既要高速上网，又要大海量用户）。

从GSM和CDMA开始，到现在的5G，在覆盖和容量上不断快速发展，原来一个基站只支持几百个用户同时打电话，到现在一个4G基站支持200~300用户同时高速上网，技术发展确实是惊人的。到了物联网阶段，一个基站要服务几万个物联网终端，就是所谓的海量连接，需要用到各种技术来满足。但是要知道，容量和速度是制约的，要支持5万个物联网（不是真正的同时时间传输数据），每个物联网终端发送数据量和时间都很少，比如一个抄表终端，一天24小时，只在1分中内传输1000个Byte字节大小的数据，然后23小时59分都在睡觉，明白了吗？又比如如果在体育场里有足球比赛，1万名观众拿着手机看4K视频，这个场景下目前的5G技术是无法实现的，那是天方夜谭——你不信？脑补一下。

5G是由3GPP标准化组织制定的技术标准，主要针对运营商的蜂窝网络，并非某个国家拥有（顺便普及一下，WIFI是有IEEE标准组织制定的，也不是某个国家拥有）。5G的三大特点，eMBB、uRLLC和mMTC，是一个良好的设计方案，但大部分技术提升不是针对手机用户，而是蜂窝物联网用户，每平方公里提供100万个终端的接入，即海量连接，是蜂窝物联网技术发展的一个突破。但只是移动运营商利用蜂窝移动通信技术，来满足“万物互连”的一个技术方案，或一种愿望。

物联网的特点就是个性化非常明显，并不是每个物联网应用都需要超低时延，或者低功耗，或者全覆盖。一个简单的例子，智能家居，把家庭的所有电器、门锁、照明、马桶都“万物互连”起来，4G、5G蜂窝物联网是最好的方案吗？不见得，5G的技术优势没用上，不需要超高速上网、低时延、低功耗，那智能家居需要什么呢？需要良好的无线信号覆盖、友好方便的用户交互、资费便宜甚至免费，这些光纤宽带+WIFI技术已经完全满足了。

试想一下，如果用5G实现智能家居，可能会出现：卫生间信号不好，智能马桶不能冲水；欠费停机，智能门锁就开不了；白天可以看4K高清视频，晚上就只能看标清视频（5G无线容量都是整个基站的所有用户共享的，没办法承诺单个用户的上网速率的）。但用PLC turbo + mesh wifi 技术，可以解决无死角信号覆盖，永远不会欠费，也不会和邻居争抢无线频率资源。

除了智能家居，很多封闭场景下，使用局域物联网技术更加合适，比如广州宜家商场，全封闭环境下使用ibeacon蓝牙定位服务，这些不一定非要用5G的物联网场景。当然，确实有些低时延、大覆盖的场景，需要使用蜂窝物联网技术才能解决，比如车联网。

短距无线接入技术将主导整个物联网市场

2025年预测有270亿物联网连接的构成，Machina Research公司研究发现，72%属于短距无线接入技术来承接，如WIFI、zigbee、PLC电力线传输等，这一技术将主导整个物联网市场，主要包括消费电子、大楼监控和自动化。蜂窝型连接，将从2015年的3.34亿，上升到2025年的22亿，主要为LTE技术，其中的45%，将应用在车联网业务上，包括在出厂前预置和出厂后安装的。

在270亿的总连接中，将近有11%（30亿）的连接使用低功率广域网的技术，如sigfox、lora、NB-IOT等。根据业务场景和Machina Research公司的预测，对于物联网重要一环，可以把无线接入细分局域或短距无线接入、低功率广域网、蜂窝无线接入等。

结合Machina Research公司的预测，到2025年，不同的网络场景，有不同的技术使用。比如最后10米的物联网接入，又没有电源功耗问题的，可以优先选择局域或短距无线接入技术，就近接入有线局域网或互联网，这是最直接的方案。再比如在工业生产中的工业物联网，生产线上的数据传输要求高稳定低时延，安全可靠，没有移动和漫游的需求，这时如果采用NB-IOT等广域物联网（蜂窝物联网）的方案，表面上看起来可以一统天下，但是对于工业物联网肯定不是解决一个数据传输的问题，更多的还是个性化或嵌入式的解决方案。而针对目前很热的“Connected Cars”和移动医疗等的联网需求，其移动和漫游是局域短距和广域固定等技术所无法满足的，则需要蜂窝物联网技术。

再讨论一下公网和专网问题。一般理解，蜂窝网属于公众移动网络，为广大普通用户提供服务，而专网，像铁路、航空、公安等系统的集群网，提供其用户专网专用，以确保运行系统的安全性。这是网络特性、用户群体特性、安全稳定等因素所决定。当然，目前也会出现“虚拟专网”的概念，利用VPN等网络技术，在公众网络中划分中虚拟专网。这在有线互联网中使用很普遍，但是在铁路、航空、地铁、工业自动化等关键领域，在物联网安全性尚未健全的情况下，建议还是使用物联专网为宜。

蜂窝物联网或NB-IOT等技术，是在蜂窝通信网的基础上，可满足物联网业务需求。其成本技术具有很明显的优势，充分利用已有的公众蜂窝通信网络（主要提供话音和移动数据业务），具有信号覆盖大，建网边际成本低，授权频段确保网络质量，规模应用后终端模块价格迅速降低。从上面提到物联网业务需求来看，很多业务是固定或慢速低数据业务需求，没有漫游和高速移动的业务需求，同时很多工业物联网是和生产系统直接关联的，可以考虑使用广域物联网建设专网。

是否能采用“虚拟物联专网”的方案，还值得商榷。

万物互连是真需求，但5G不是唯一方案

为满足“万物互连”的需求，5G技术实现海量连接，是由运营商主推的使用蜂窝物联网方案，利用蜂窝技术来实现海量连接，确实是3GPP组织对人类的重要贡献。但从上面分析可以看出，满足“万物互连”不一非得使用5G蜂窝物联网，而是各种有线无线技术轮番上场，各展身手，这就是传说中的泛在网，或者泛在无线通信（5G本身只是泛在无线的一种方式而已）。在物联网时代，众多泛在无线通信技术百花齐放，与5G一并起舞。

最近几天，网上广泛流传了项立刚老师关于5G技术业务的视频，项老师在其中提到2025年中国的物联网终端数（连接数）达到100亿，这是非常可能的，但是否都用5G或蜂窝技术来实现，各位看官看了上面的分析，心里自有答案了。