NB-IOT與5G融合應用及其產業科技創新的對策研究*

林 豐 林 暢 蔡國瑋

( 1.福建信息職業技術學院，福建 福州 350003;2.福建省電子學會，福建 福州 350003;3.福建飛虎無人機公司，福建 福州 350004)

1 窄帶物聯網的發展趨勢及其應用

1.1 窄帶物聯網技術特點

窄帶物聯網(NB-IOT)具有低功耗、低成本、連接巨量等優點，支持設備在廣域網的蜂窩數據中連接，在遠程抄表、智能停車、智能路燈、環境監測、智慧農業、智慧交通、智慧醫療、健康養老、智慧城市等領域具有廣泛的應用場景。

窄帶物聯網可為物與人、物與物之間的通信帶來良好的體驗，可承擔行業物聯網的相關應用，針對行業需求實施定制化服務。它具有以下特點：一是低功耗，其終端模塊的有效待機時間可達10年；二是低模塊成本，單個接連模塊成本低于25元；三是具有支撐大量連接的能力，支持低延時敏感度、低設備成本和優化的網絡架構；四是覆蓋廣，在同樣頻段下，覆蓋面積可擴大100倍。

1.2 窄帶物聯網的市場潛力

窄帶物聯網的市場包括芯片、模塊、系統、平臺等一系列應用市場，技術、應用和市場正在迅速發展，并不斷成熟，逐步應用在國民經濟各領域，其應用體系和產業體系已進入關鍵及成熟階段。

在國民經濟和社會發展中，窄帶物聯網可應用于如下領域。

一是促進產業升級和轉型。在采集和數據傳輸的載體方面，窄帶物聯網起重要作用，它應用于制造業，有利于促進經營管理、研究開發、生產制造、客戶服務、物資采購及運輸物流等方面充分開發應用數據的能力，并提升現代化智能管理和市場應用。

二是帶動和形成一系列新興產業，尤其是推動現代信息技術產業進一步發展。

三是應用于社會發展的不同領域，進一步推進城市治理及民生服務效率的提高，優化城市運行治理的感知形態，提升并豐富現代城市治理的科學手段，增進民生服務在空間及時間方面的便捷性。

2 5G發展趨勢及其產業

2.1 5G技術

5G(即第五代移動通信技術)具有低時延、超高速、大連接等功能，5G的應用正不斷促進和提升物聯網、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈、智能制造及工業互聯網等相關行業和產業的技術水平，促進電子元器件、芯片、終端、整機、系統和平臺等行業和產業的應用。

2.2 5G產業體系

5G產業體系包括網絡建設、基礎設施、產品設備、計算數據分析和處理等方面，以形成行業應用。

網絡建設和基礎設施方面的應用主要有無線射頻、基站天線、通信模塊、基帶芯片、光纖光纜、通信網路設備、小基站及射頻模塊等。

產品設備應用主要有穿戴設備、手機、工業設備、智能汽車等。

在計算數據分析和處理方面，可開展人工智能關鍵技術、大數據分析和處理、云計算與邊緣計算的挖掘、提升和運用，發揮5G在基礎通信分析能力、大數據運用和優化分析的優勢。

5G應用包含行業應用和通用應用等，行業應用包括5G在智慧環保、智慧旅游、智慧金融、智慧農業、智慧交通、醫療健康、城市管理、工業互聯網等行業的應用；通用應用包括高清視頻、無線機器人云端VR/AR、智慧無人機和無人汽車等。

3 窄帶物聯網與5G的應用

3.1 窄帶物聯網的應用

窄帶物聯網技術正不斷促進物聯網在公共安全、工業互聯、市政、民生等領域的應用，形成新的產業體系和商用規模。一些基于窄帶物聯網技術的規模企業不斷研發新產品，投入行業應用，如星網銳捷公司成立了窄帶物聯網研發團隊，三鑫隆公司推廣應用了數百萬個窄帶物聯網智能井蓋，漁家傲公司開展了窄帶物聯網水質監測傳感設備應用，星海通信公司致力于智慧煙感研發與應用，瑞芯微公司研發超低功率的窄帶物聯網芯片，匯川公司推動了窄帶物聯網技術在人員管理、資產追蹤等領域的應用等。

以福州市為例，福州市人民政府與華為技術公司簽署了NB-IOT技術及應用項目合作協議，政企合作推進NB-IOT商業化部署和實驗建設，以水務物聯網應用為樣板，推進窄帶物聯網的規模應用，通過示范應用帶動市場推廣，拓展NB-IOT技術應用于智慧城市，對于城市供水損漏治理項目，通過窄帶物聯網技術及應用，過去基于GPRS由一個基站只能同時負載數百個水表聯網采集和數據傳輸，采用窄帶物聯網后，現在一個基站可同時負載5萬個水表聯網采集和數據傳輸。

3.2 5G的應用

在政府、企業、行業和產業的推動下，5G融合應用正從試點示范向規模應用發展。

在金融領域，通信技術與金融業務深度融合。5G金融終端、5G服務機器人等金融應用產品不斷推出，對金融行業的服務提出新的要求，5G技術應用于智能客服、智能理賠、動態風控及動產融資等場景，促進了金融服務和行業應用的進一步創新。

在智慧醫療領域，應用5G技術促使醫療機構間的網絡互聯及數據信息共享更加快捷。原來無線網的信息傳送斷續、覆蓋能力有限和信息安全有限等問題得到有效解決，基于5G技術的AI輔助診斷和治療、基于5G技術的實時影像數據傳輸及基于5G技術的遠程會診和評估等醫療業務融合應用場景不斷涌現。

在工業互聯網領域，基于5G技術的現場輔助裝配、機器視覺檢測、無人巡檢安防、智能理貨物流、精準遠程操控等典型應用不斷成熟，并正在推廣。

在智慧交通領域，5G技術與車聯網的融合應用促使智能化、無人化及新能源汽車的示范應用不斷推進和完善。

在高清視頻應用領域，5G技術的行業應用不斷規模化推進，基于5G的4K/8K視頻技術正成為遠程醫療、安防監控、廣播電視、賽事及演唱會等應用場所的視頻播放和傳輸標準。

4 產業科技創新存在的問題

4.1 窄帶物聯網產業發展存在的問題

①產業基礎需進一步充實，產業鏈不夠完善，芯片模組的成熟度和基礎網絡的覆蓋度等因素影響窄帶物聯網的規模應用和發展，缺少一定數量的龍頭企業。

②行業管理部門和企業對窄帶物聯網的發展模式及應用內涵的認識需要進一步提升。

③窄帶物聯網領域科研人才和技術應用人才資源相對短缺。

④窄帶物聯網應用潛力有待進一步釋放，行業應用需進一步激發。

4.2 5G創新應用存在的問題

5G技術和行業應用基礎需進一步加強。現行網絡要適應各行業多樣化的需求，迫切要求5G網絡加快建設，并擴大覆蓋范圍。在5G產業鏈中，中高頻電子器件、射頻芯片及核心計算芯片等通信核心芯片和器件存在技術短板，需要提升相應的工業基礎。

5G創新應用的技術標準需制定和完善。5G須與大數據、云計算、人工智能、物聯網等技術協同，開放、虛擬及云化等5G創新技術的導入可能構成安全威脅。此外，智能駕駛算法、工業互聯應用、超高清視頻、AR/VR、8K編解碼技術等5G融合創新應用的發展，相關標準有待完善[4]。

4.3 窄帶物聯網與5G融合應用存在的問題

窄帶物聯網與5G的融合應用及其創新需要電信運營商、設備商、業務開發商、行業客戶、第三方開發等多個主體參與，需要在深入理解窄帶物聯網技術、5G技術、大帶寬業務和行業發展瓶頸的基礎上，共同探索解決方案，打破傳統產業固有模式，形成新的商業模式，尤其在遠程醫療、自動駕駛、工業控制等融合應用場景和領域，存在業務主體責任劃分不明、政府監管政策空白等問題，導致融合技術應用進展緩慢。

5 對策建議

為了進一步激發行業市場活力，針對NB-IOT與5G融合應用及其產業科技創新所存在的問題，探索具備市場空間及商業價值的NB-IOT與5G融合應用，提出如下對策建議。

5.1 加強基礎設施建設，完善發展基礎

①加快完善窄帶物聯網和5G網絡建設，促進農村和城市網絡的協調發展，進一步滿足機房、基站、通信管線等設施建設。

②智慧交通、智慧醫療、智慧停車、智能抄表、環境監控、健康養老、智慧農業、智慧城市等場景應用需要全域網絡基礎設施的支撐，并重點統籌規劃核心網、平臺、基站和終端等[5]。

③核心網規劃需按照標準實施，通過升級改造及完善建設，并充分滿足NB-IOT和5G業務接入及融合應用。

④平臺規劃需符合新型商業模式的要求，運營商可全局性滿足業務發展狀況和網絡連接行為。

⑤基站規劃可充分利用現有網站點和設備資源，共天饋、共射頻、共站點、共通用接口、共主控、共傳輸、共維護和運行，實現快速部署。

⑥終端規劃包含對芯片、模組和終端的規劃，可按照業務屬性和應用要求進行入網測試，確定適用范圍。

5.2 完善支撐服務，建造公共服務平臺

建造包括產業數據中心、云服務平臺、實驗室和產業聯盟的窄帶物聯網與5G產業融合應用公共服務平臺體系，發展大數據應用服務，采用先進的信息安全保障機制，面向行業提供高效節能、安全環保的服務，融合政府、行業、企業及產業的大數據資源，在兩化融合、智慧城市建設和管理等領域形成數據共享和開放機制。

5.3 拓展應用領域，建設智慧新城

5.3.1 推動數據共享和感知設備建設

加強基于窄帶物聯網與5G融合應用的感知設施規劃和建設，建立城市一體化物聯網接入數據資源平臺，構建感知設備的集中管理、接入和數據共享，通過結合通信網絡和市政基礎設施，完善智能終端和復合傳感感知設備節點的建設，通過融合數據開放，推進數據資源開放，同時進一步深化政府數據和社會數據的融合應用。

5.3.2 建設新型智慧城市

在生態宜居、精準治理和惠民服務等方面，推動窄帶物聯網與5G融合的集成應用，形成典型應用案例并加以推廣應用，探索形成具有一定經濟效益的商業應用模式，助力建設新型智慧城市。

5.3.3 推進相關領域的應用示范

以新型智慧城市建設為導向，科學、有序地推進NB-IOT與5G融合應用及其產業科技創新在相關領域的應用示范，具體建議如下。

①智慧治安。融合應用NB-IOT和5G技術，進一步提高數據傳輸及其監控，應用智能報警、人臉識別和實時追蹤，完善智慧治安和平安城市的建設；針對汽車、電動車的防盜監控，開展智能資產追查應用；融合運用NB-IOT、5G和北斗定位等技術，在生產、儲存、銷售、運輸、使用和銷毀等環節對易爆品及危化品實施精準監控和管理。

②智慧消防。融合應用NB-IOT和5G技術，建立智能煙感報警系統，重點針對學校、養老院和人群密集場所布設報警及消防設備,運用低時延、超高速、大連接的優勢，聯網至智慧消防監控中心，達到及時發現火情的目的,動態監測消防設備的運行狀態，提升消防維護管理和應急能力。

③智慧環保。采用NB-IOT和5G融合應用技術，建設布局合理、規范統一的智慧環保監測網絡，深化相關環保監測設備的規模應用,提高水質、城市噪音和空氣質量的監測能力，有效應用于建筑工地環境監測、工業污染監測和核廢料追蹤等環保應用場所。

④智慧食品藥品監督。通過采集溫度、濕度等信息,融合應用NB-IOT和5G技術，實時動態反饋、控制和調整，智能監控食藥品倉庫,保障食藥品安全。

⑤智慧節能。通過氣、熱、水、電等智能計量表在城市城區的規劃和應用,融合應用NB-IOT和5G技術，實施用電能耗分析、能耗數據實時監測和精細化管理,建立用電設備保障體系，提升智慧節能能力，有效降低能耗，貢獻于碳中和、碳達峰及綠色發展。

⑥智慧交通。針對共享單車、智能停車和交通服務等需求，融合NB-IOT和5G應用技術，實施橋梁監測、智能路網養護及圍欄監測等應用,有效監測交通設施的運行狀態，實現智慧管理和維護。

⑦智慧市政管理。通過融合NB-IOT和5G應用技術，在智慧垃圾箱的應用方面，通過實時監測垃圾箱空載、滿載、開閉等狀態,可對垃圾回收路線進行優化,有效提升環衛人員及車輛的工作效率；在智慧井蓋的應用方面,通過遠程實時監控丟失、缺損、移位和非法打開等狀態,達到實時報警，并有效提高自動巡檢能力，同時，通過建立市政管理數字化平臺，可及時監測房產物業、水務、電力和熱力等不同行業所屬井蓋的狀況；在智慧管網應用方面,通過構建地下管網管理系統,實時監測熱力、燃氣、供水、電力、排水、通訊等管線的化學和物理信息,及時了解地下管線的運行狀態,為應急處置、規劃建設和決策管理提供有益的信息和技術支撐。

5.4 推動規模應用，促進服務創新

5.4.1 推動NB-IOT與5G融合在典型服務業的規模應用

針對健康養老服務業，充分運用養老智能監護設備、家庭服務機器人、便攜式健康監測設備、可穿戴設備和自助式健康檢測設備等健康養老智能設備，有效提升服務的智能、精細及便利化水平。

針對現代物流服務業，重點在物流集中區域，推動物流業務管理、行為決策、信息感知、作業控制和運營服務等方面的應用創新，形成應用模式。

5.4.2 以應用創新促進服務創新

進一步提高融合應用創新能力和企業數字化水平，需要充分發揮政府引導行為，健全和優化市場環境，有效實施配套政策與行業監管體系，明晰職責，克服行業發展應用的瓶頸，政府在頂層規劃層面給予典型企業專項經費扶持，解決數據應用、產生、處理、互聯和業務集成的關鍵性技術問題，可成立溝通協調機制與業務合作平臺，以加快5G技術融合應用創新進程，建立應用規范，依靠市場驅動，培育造就一批對接產業需求和供給的行業應用解決方案集成商。

6 結論

本文對窄帶物聯網與5G特點、趨勢及產業應用進行分析，針對產業科技創新存在的問題，提出了窄帶物聯網與5G融合應用及其產業科技創新的對策建議，包括加強基礎設施建設、完善支撐服務、建造公共服務平臺、拓展應用領域、促進服務創新等，通過在智慧治安、智慧消防、智慧環保、智慧食品藥品監督、智慧節能、智慧交通和智慧市政管理等方面開展應用示范，推動行業規模應用，對于促進經濟高質量發展具有現實意義。