物联网与移动宽带——未来5G的两大着眼点

Walter Weigel/文

华为技术有限公司欧洲研究所副所长

5G两大领域：移动宽带和物联网

针对5G的研究，尤其是在未来的无线接口部分，必须从两个不同的视角进行考虑。

其一，对于5G移动应用而言，非常高的比特率是关键的考量因素。例如未来的移动终端将提供8K分辨率的3D显示效果或者全息影像。假定以毫米波提供峰值数据速率的话，那么载波频率就必须高达100GHz，才能提供10G比特/秒的吞吐量。

其二，对于物联网而言，目前正在研究的应用包括面向未来工厂自动化的工业4.0环境、面向自动行驶汽车的智能交通系统（ITS）、面向封装了无线模块的智能药品的电子医疗（eHealth），以及基于物联网实现复杂智能电网通信的智慧能源。上述每一个应用对于网络的要求看起来非常不同，所要求的速率也只是每秒几千K比特，但却需要确保10毫秒以内的时延以及/或者99.999%的可靠性。

物联网是未来互联网流量增长的主要驱动力

顾名思义，物联网将各种“物”相连，其所连接的物的数量不仅非常大，而且也根据预测方以及预测年份有所不同。例如思科预计物联网将连接500亿个设备，英特尔给出的数字是2000亿，华为则估计物联网将连接1000亿个设备。无论如何，相对于人类来说，很明显这么庞大数量的互联的“物”将会成为未来互联网流量的主要贡献者。我们可以假定物联网应用会涉及各种类型的传感器和有源标签，而无源标签的读卡设备将基于无线技术。从大范围来看，物联网应用可以包括像集装箱或汽车这样的跨区域移动的设备、像工业机器人或轮换生产单位这样在固定位置或有限范围内移动的单元，以及采用了无线接入技术来获取类似于生产环境下简单、灵活性的智能输电网上的远程设备。在每一个物联网应用中，M2M（机器对机器）通信的重要性都是无可比拟的。

M2M只是物联网众多重要组成部分之一

业界必须提供可满足所有需求的物联网无线通信平台。

成功的关键因素包括在差异甚大的应用中提供可靠性，例如高传感器密度、建筑覆盖和穿透、服务质量（QoS）保证、安全的端到端通信，以及（并非最不重要的）能够适配应用的电源。例如，当传感器或无线模块在建筑领域或智能药品中使用的时候，经常更换其电池是不可行或者不现实的。目前5G研究人员正在寻找确切的解决方案，为公共和私人网络提供接入技术覆盖这些以及其它的应用。我们预计许多这样的服务将通过电信网络承载，而其它的服务将通过私有的解决方案承载。研究活动的两大对象为无线接口和固网架构，而后者必须保持足够的灵活度支持后续的适配。通过将网络资源划分成足够小的片，软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）将能够满足这些要求。

对于物联网来说，决定其成功的最关键因素或许就是成本。我们认为一家超市内，所有商品所附加的连接的“物”加上必要的基础设施的成本，这两者的总和必须是可承担的，尤其是考虑到消费者对于B2B模式在物流和供应链管理上优势的感知并不明显。

物联网的价值链包括云存储和大数据分析

物联网的另一个关键点是“价值链”，该价值链包含以下元素：内置传感器和无线模块的“物”、基于5G的网络接入、存储于云上的数据，以及数据分析能力——大数据分析。目前，将物联网上各种节点所生成的不同格式的数据进行合并仍然是一项充满挑战的任务，因为它们充斥于各类数据库中。因此，如何让这个价值链端到端地运作尚需要更多的研究。这种情况也正是“智慧城市”环境下所面临的：不同的数据源从来没有被整合过，而且还随时间的推移不断增长或者更加难以整合。更为棘手的任务则涉及间隔差别巨大的时间戳，或异步衍生的时间戳。幸运的是，华为以及其他类似公司具备涵盖整个物联网价值链的各个部分的能力，可以很好地解决此类问题。

电子医疗、智能交通与工业4.0解决方案

纵览5G的研究课题，不乏鲜明、具体的例子。智能交通系统和自动行驶汽车正备受关注。在高速、高密度的流量场景下，自动行驶车辆将使用3种不同的信息源来确保在公路上安全地行驶。首先是车载摄像机和传感器抓取的信息，其次是车对车通信交换的信息，最后是来自基础设施的信息——换言之，也就是通过云服务从基站和路旁终端发送的数据。这3种来源的数据组合之后将最大可能地确保自动行驶车辆的安全。

在电子医疗领域，医生一般是在特定的时间点或者时间间隔开药。以糖尿病为例，可以想象装有传感器和无线模块的胰岛素笔是如何工作的——当其连接到物联网的时候，将与患者进行一定的互动，从简单的提醒到注射推荐的剂量。使用时间、实际使用情况，以及其它数据可以实时地提供给智能健康状况监视器，以用于改善治疗或者就未来的治疗程序给出结论。

作为德国政府提出的概念，工业4.0预示着制造业生产系统的未来。在工业4.0的框架下，物联网将与其它的关键技术一起发挥至关重要的作用：网络物理系统采集生产线上的所有参数，例如传感器、执行器、电子标签和读卡器所生成的数据，并且将收集到的数据上传到云。系统对这些数据进行近实时的分析从而预测设备状态和运行符合度。模型以及预测将触发预测性维修活动。进一步的分析则可以揭示低效率的运作点，并对其进行纠正，以实现更大的吞吐量或者降低成本。

上述的每一个例子都揭示了我们对5G通信和整个物联网价值链研究的重要性。华为和其他公司致力于长期规划和技术发展，以应对5G在最大范围的具体应用的举措是非常必要的；因为除此之外，我们的客户以及他们的客户，并无其它可以获得长远成功的道路。

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