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5G赋能物联网

木马童年 2019-7-23 21:32 117 0

本文主要探讨5G作为新的技术对物联网产业的推动作用。全文主要围绕物联网产业、5G介绍、5G对物联网基础设施影响、5G+物联网的商业化探讨和5G+物联网应用场景展开。

物联网产业

中国物联网产业的增长很快,2017年已经突破1万亿元的规模,几年之后有望增长到2万亿的规模。年复增长率起伏较大,但一直保持约20%的增长,未来几年有望保持10%以上的增长。

物联网产业是产业链条和涵盖应用范围非常广泛的领域。从上下游的传感器、芯片、模组,到有线/无线通信传输、网关/路由,到联接管理平台/设备管理平台/应用开发平台的平台层,以及SaaS化的IoT行业应用,长链条意味着产业链利益相关方的多元性。

5G赋能物联网

如果把物联网产业分为消费物联网和产业物联网两类,消费物联网包含了智能家居、摩拜单车等各类共享经济、移动终端/可穿戴等,过去几年在共享单车、智能音箱、智能门锁等接连成为市场热点,但从商业价值回报的角度,投资回报不是太理想。而从下图来看,未来几年产业物联网的增长幅度和增长潜力会更大,所以BAT等互联网巨头也都纷纷开始拥抱产业互联网(物联网)。产业物联网包含了交通、能源、安防、工业等领域,但现在很多项目都是2G的项目,受政策驱动影响较大,未来可持续性如何,有很大的不确定性。

5G赋能物联网

物联网项目进行投资,需要考虑安全与隐私、前期投入成本、持续投入成本、投资回报率ROI、系统复杂度的担忧、目前很多领域没有统一的标准等因素,相对于互联网来说,物联网产业碎片化严重,同时往往涵盖供应链管理、研发、渠道、营销、生态链合作伙伴等长产业链的挑战,所以要在物联网领域找到合适的商业模式是不容易的。

物联网商业案例

涂鸦智能是一家智能家居的物联网公司,通过直接与控制面板和终端设备厂商合作,提供连接云端的一站式服务:提供云+APP+联网固件3端SAAS+PASS方案。但这不是重点,这块很多方案公司都能做,重点是公司通过整合全球供应链,帮助中国的合作企业(控制面板、终端厂商)出海,帮助品牌走向世界。通过出海实现产品溢价,拓展海外的业务通道。涂鸦通过一站式服务整合了中国供应链市场,又通过帮助这些企业出海,实现了商业闭环,所以得到资本市场的高度认可。

G7汇通天下去年10月获得厚朴领投的3.2亿美元的投资,创下了全球物联网领域资金额的最高纪录。G7是一家专注于技术服务为核心的物流数据服务公司,致力于通过打造贯通产业链上生态伙伴的大数据共享平台,让物流更智慧、更高效。G7服务的客户超过6万家,连接车辆超过80万台。通过实时收集包括车辆位置、速度、行驶状况、进出区域、停留时间、油耗、司机驾驶行为、司机考勤、货物温度、货物装卸等物流公路全部过程数据,打造人、车、货、场等的物联网全要素数字化和智能化平台。而且基于前面众多的车辆和用户数及有价值的数据,G7得以打造智能资产管理平台,为车队提供包括智能设备、金融、结算、安全等方面的全方位服务。

5G介绍

按照3GPP的路线图,R15已经在2018年开始部署,它是第一个5G NR(New Radio新空口)的协议版本,而且将LTE的空口用户面从4.8ms降低至0.8ms,使得LTE演进成5G时代网络的重要组成部分,对5G的部署具有重要意义。

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5G包括了eMBB增强移动带宽(sub-6GHZ)、mMTC大连接物联网(Sub-1GHZ)和URLLC超可靠低延时通用(毫米波>24GHZ),分别对应高速率、大容量和低延时的特点。eMBB适用于在超高清视频、智能手机等领域的应用。在低频应用场景联网,sub-1GHZ可以造就智慧农业、智慧城市、智慧交通、智能制造、智慧医疗等更多大容量的应用,NB-IoT绝大部分都在这个频段。而毫米波可以应用在低延迟方面,简化后的网络架构可提供小于5毫秒的端到端延迟,应用于自动驾驶、机器人等领域。

5G的应用将带来海量的设备连接量。IoT设备的广域物联网设备预计到2023年达到41亿个,而在短程物联网设备的连接量将达到157亿个。2019年是5G手机商用元年,5G终端产品慢慢开始起来。

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5G对物联网基础设施的影响

下图是5G产业链图,分为终端层、网络层、5G计算处理和数据分析层和应用层,是嵌入到整个物联网整体架构中的。本章主要讲5G对物联网基础设施带来的变化影响。

5G赋能物联网

5G网络架构包括了中心级、汇聚级、区域级和接入级四个层次。中心级是以控制、管理和调度职能为核心,例如虚拟化功能编排、广域数据中心互连和BOSS系统等,可按需部署于全国节点,实现网络总体的监控和维护。汇聚级主要包括控制面网络功能,例如移动性管理、会话管理、用户数据和策略等。可按需部署于省分一级网络。区域级主要功能包括数据面网关功能,重点承载业务数据流,可部署于地市一级。移动边缘计算功能、业务链功能和部分控制面网络功能 也可以下沉到这一级。接入级包含无线接入网的CU和DU功能,CU可部署在回传网络的接入层或者汇聚层;DU 部署在用户近端。CU和DU间通过增强的低时延传输网络实现多点协作化功能,支持分离或一体 化站点的灵活组网。 借助于模块化的功能设计和高效的NFV/ SDN平台,在5G组网实现中,上述组网功能元素部署位置无需与实际地理位置严格绑定,而是可以根据每个运营商的网络规划、业务需求、流量优化、用户体验和传输成本等因素综合考虑,对 不同层级的功能加以灵活整合,实现多数据中心和跨地理区域的功能部署。

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由于5G很多频段属于高频区域,传输损耗大,传输距离近,所以为了达到覆盖率,必须建立一系列复杂的组网形式,包括宏基站+微基站+皮基站+飞基站的模式,这个对运营商成本来说是巨大的考验。预计2019全年5G基站建设数为8-10万站,以一线城市和发达省份为主。移动获得2515-2675MHz/4800MHz-4900MHz的260MHz带宽;联通获得3500-3600MHz的100MHz带宽;电信获得3400-3500MHz的100MHz带宽。5G时代将新增海量小基站需求,预计宏基站数约450万台,小基站数约450万台,较4G时代扩大4.5倍。

5G赋能物联网

对5G基站侧来说,相比4G基站,整个架构有较大变化。5G时代,集中/分布单元(CU/DU)架构将成为可能,即把BBU被拆分为集中式单元(CU)和分布式单元(DU)两级架构,RRU与大规模天线集成为有源天线AAU,原BBU部分物理层功能放到AAU中,导致5G基站内部结构改变。

运营商为降低建设和运营维护的成本,会推动通用网络设备。SDN/NFV (软件定义网络和网络功能虚拟化)通过网络功能软件化,实现在工业标准、池化部署的通用服务器、交换机和存储设备上部署不同类型网络设备,并根据需要在多种网络位置按需运行。网络价值占比最大的无线接入网,运营商正在推进虚拟无线接入网(VRAN),最终演进到O-RAN(开放式RAN)时代。如除射频相关部分外,基本实现白盒化、通用化方式。

从终端侧来说,各家主要的网络通信芯片厂商已经纷纷推出5G基带芯片。高通推出了骁龙X50,华为巴龙5G01,英特尔XMM 816,联发科Helio M70和紫光展锐Orca。但目前尚未推出集成5G基带的AP芯片,意味着5G在手机等移动终端上的应用尚需时日,据传高通将在明年推出集成芯片骁龙865。

网络和终端创新推动射频前端需求和价值提升。根据IHS报告数据,过去7年手机射频前端市场已从2010年的43亿美元增长到2017年的134亿美元。随着5G的应用,预计到2023年增长到352亿美元,未来6年的复合增长率达14%。射频前端复杂度持续提升,推动前端设计的集成化设计,以及工艺改进。如手机等领域LCP/MPI将替代传统PI软板/模组,PA、LNA和开关转向SOI工艺等。

5G赋能物联网

5G时代,连接设备数量会海量增加,网络边缘侧会产生庞大的数据。如果把所有数据都传到云端是很不经济的,边缘计算有助于对数据实时性、智能性、安全性和隐私性的需求。所以边缘计算是整个5G网络的重要组成部分。

5G+物联网商业模式的探讨

相比于4G网络,5G网络感觉是各种网络混合的大杂烩,整个系统非常复杂。所以预计带来的变化包括:底层的基础设施将进一步开放,为自由组合和编排提供便利,实现资源合理编排,能力灵活调用;对5G网络供应链整合要求更高;对厂商定制化与多元解决方案能力要求更高,且成为常态;更为碎片化市场;5G+IoT的to B能力升级,大量垂直产业的已有IoT体系需要更新换代等等。由于移动互联网的市场培养,各参与方对5G将会对整个物联网产业带来的变化会更有前瞻性,所以利益诉求更为多元化。例如对电信运营商来说,前期投入这么大,肯定不想如2G/3G/4G时代仅凭流量收费的模式。新型的联盟、合作、生态是产生新的商业模式、平台和应用的关键。

5G+IoT很难迎来一场快速可复制的产业升级,而是更有可能打开一个个相对独立市场和垂直整合公司构成的碎片化产业机遇。以车路协同为例,要求车厂、通信企业、交通基础设施、新的设备与解决方案提供厂商、算法供应商等等原先互无相关的企业,跨界合作。车路协同的IoT体系中,仅仅是智能信号灯一个环节,就将面临数十种供应商的协同。

5G+物联网+区块链给整个物联网产业带来的变化,是很多人非常看好的。5G的巨大优势在于它的高速、高容量、低延迟以及连接大量设备的能力,但5G存在两个强在的瓶颈:首先,由于5G网络中的设备都是互联的,一些恶意设备就有可能会在网络中造成混乱。其次,5G的推出将推动互联设备交易的爆炸式增长,目前中心化和去中心化金融基础设施可能无法承载这种程度的增长。区块链的创新有可能会解决5G的第一个问题。去中心化的公有链具有不可更改性、抗篡改性以及在不信任实体之间建立共识的优势,因此,区块链就可以作为解决物联网设备之间纠纷的基础层。由于这些互联设备将要处理大量资金、或进行车辆的操作,因此建立具有强大安全性的底层协议层是至关重要的,区块链在这方面可以帮助物联网设备做得更好。当然目前还只是探讨阶段。

5G+物联网商业情景

华为的Xlab X Labs发布过《5G时代十大应用场景白皮书》,就云VR/AR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、社交网络、个人AI辅助和智慧城市十个场景做了比较详实的分析。

VR/AR业务对带宽的需求是巨大的,在5G的场景下,高质量的VR/AR内容处理可以在云端处理,满足用户日益增长的体验需求下的同时降低了设备价格,使VR/AR得到更大规模应用。

车联网/自动驾驶是个复杂的系统,5G有可能成为统一的连接技术,满足未来共享汽车、远程操作、自动和协作驾驶等连接要求。在V2X的车路协同体系中,涉及车车交互、车路交互、人车交互、车云协同、车辆与移动监控设备的信号协同等多种方案。仅在一辆车中就需要多种网络模式的对外输出路径,既要求高带宽、低时延,又对多种网络的兼容性提出考验。

对于最新最尖端的智慧制造应用,灵活、可移动、高带宽、低延时和高可靠性的5G网络是重要保障。通过协作机器人和AR智能眼镜提高工作效率;通过基于状态的监控、机器学习等,准确预测未来性能的变化,减少停机时间和维护成本;基于云的网络管理解决方案确保智能制造在安全环境中的共享数据。


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