NB-IOT与5G融合应用及其产业科技创新的对策研究*

林 丰 林 畅 蔡国玮

( 1.福建信息职业技术学院，福建 福州 350003;2.福建省电子学会，福建 福州 350003;3.福建飞虎无人机公司，福建 福州 350004)

1 窄带物联网的发展趋势及其应用

1.1 窄带物联网技术特点

窄带物联网(NB-IOT)具有低功耗、低成本、连接巨量等优点，支持设备在广域网的蜂窝数据中连接，在远程抄表、智能停车、智能路灯、环境监测、智慧农业、智慧交通、智慧医疗、健康养老、智慧城市等领域具有广泛的应用场景。

窄带物联网可为物与人、物与物之间的通信带来良好的体验，可承担行业物联网的相关应用，针对行业需求实施定制化服务。它具有以下特点：一是低功耗，其终端模块的有效待机时间可达10年；二是低模块成本，单个接连模块成本低于25元；三是具有支撑大量连接的能力，支持低延时敏感度、低设备成本和优化的网络架构；四是覆盖广，在同样频段下，覆盖面积可扩大100倍。

1.2 窄带物联网的市场潜力

窄带物联网的市场包括芯片、模块、系统、平台等一系列应用市场，技术、应用和市场正在迅速发展，并不断成熟，逐步应用在国民经济各领域，其应用体系和产业体系已进入关键及成熟阶段。

在国民经济和社会发展中，窄带物联网可应用于如下领域。

一是促进产业升级和转型。在采集和数据传输的载体方面，窄带物联网起重要作用，它应用于制造业，有利于促进经营管理、研究开发、生产制造、客户服务、物资采购及运输物流等方面充分开发应用数据的能力，并提升现代化智能管理和市场应用。

二是带动和形成一系列新兴产业，尤其是推动现代信息技术产业进一步发展。

三是应用于社会发展的不同领域，进一步推进城市治理及民生服务效率的提高，优化城市运行治理的感知形态，提升并丰富现代城市治理的科学手段，增进民生服务在空间及时间方面的便捷性。

2 5G发展趋势及其产业

2.1 5G技术

5G(即第五代移动通信技术)具有低时延、超高速、大连接等功能，5G的应用正不断促进和提升物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链、智能制造及工业互联网等相关行业和产业的技术水平，促进电子元器件、芯片、终端、整机、系统和平台等行业和产业的应用。

2.2 5G产业体系

5G产业体系包括网络建设、基础设施、产品设备、计算数据分析和处理等方面，以形成行业应用。

网络建设和基础设施方面的应用主要有无线射频、基站天线、通信模块、基带芯片、光纤光缆、通信网路设备、小基站及射频模块等。

产品设备应用主要有穿戴设备、手机、工业设备、智能汽车等。

在计算数据分析和处理方面，可开展人工智能关键技术、大数据分析和处理、云计算与边缘计算的挖掘、提升和运用，发挥5G在基础通信分析能力、大数据运用和优化分析的优势。

5G应用包含行业应用和通用应用等，行业应用包括5G在智慧环保、智慧旅游、智慧金融、智慧农业、智慧交通、医疗健康、城市管理、工业互联网等行业的应用；通用应用包括高清视频、无线机器人云端VR/AR、智慧无人机和无人汽车等。

3 窄带物联网与5G的应用

3.1 窄带物联网的应用

窄带物联网技术正不断促进物联网在公共安全、工业互联、市政、民生等领域的应用，形成新的产业体系和商用规模。一些基于窄带物联网技术的规模企业不断研发新产品，投入行业应用，如星网锐捷公司成立了窄带物联网研发团队，三鑫隆公司推广应用了数百万个窄带物联网智能井盖，渔家傲公司开展了窄带物联网水质监测传感设备应用，星海通信公司致力于智慧烟感研发与应用，瑞芯微公司研发超低功率的窄带物联网芯片，汇川公司推动了窄带物联网技术在人员管理、资产追踪等领域的应用等。

以福州市为例，福州市人民政府与华为技术公司签署了NB-IOT技术及应用项目合作协议，政企合作推进NB-IOT商业化部署和实验建设，以水务物联网应用为样板，推进窄带物联网的规模应用，通过示范应用带动市场推广，拓展NB-IOT技术应用于智慧城市，对于城市供水损漏治理项目，通过窄带物联网技术及应用，过去基于GPRS由一个基站只能同时负载数百个水表联网采集和数据传输，采用窄带物联网后，现在一个基站可同时负载5万个水表联网采集和数据传输。

3.2 5G的应用

在政府、企业、行业和产业的推动下，5G融合应用正从试点示范向规模应用发展。

在金融领域，通信技术与金融业务深度融合。5G金融终端、5G服务机器人等金融应用产品不断推出，对金融行业的服务提出新的要求，5G技术应用于智能客服、智能理赔、动态风控及动产融资等场景，促进了金融服务和行业应用的进一步创新。

在智慧医疗领域，应用5G技术促使医疗机构间的网络互联及数据信息共享更加快捷。原来无线网的信息传送断续、覆盖能力有限和信息安全有限等问题得到有效解决，基于5G技术的AI辅助诊断和治疗、基于5G技术的实时影像数据传输及基于5G技术的远程会诊和评估等医疗业务融合应用场景不断涌现。

在工业互联网领域，基于5G技术的现场辅助装配、机器视觉检测、无人巡检安防、智能理货物流、精准远程操控等典型应用不断成熟，并正在推广。

在智慧交通领域，5G技术与车联网的融合应用促使智能化、无人化及新能源汽车的示范应用不断推进和完善。

在高清视频应用领域，5G技术的行业应用不断规模化推进，基于5G的4K/8K视频技术正成为远程医疗、安防监控、广播电视、赛事及演唱会等应用场所的视频播放和传输标准。

4 产业科技创新存在的问题

4.1 窄带物联网产业发展存在的问题

①产业基础需进一步充实，产业链不够完善，芯片模组的成熟度和基础网络的覆盖度等因素影响窄带物联网的规模应用和发展，缺少一定数量的龙头企业。

②行业管理部门和企业对窄带物联网的发展模式及应用内涵的认识需要进一步提升。

③窄带物联网领域科研人才和技术应用人才资源相对短缺。

④窄带物联网应用潜力有待进一步释放，行业应用需进一步激发。

4.2 5G创新应用存在的问题

5G技术和行业应用基础需进一步加强。现行网络要适应各行业多样化的需求，迫切要求5G网络加快建设，并扩大覆盖范围。在5G产业链中，中高频电子器件、射频芯片及核心计算芯片等通信核心芯片和器件存在技术短板，需要提升相应的工业基础。

5G创新应用的技术标准需制定和完善。5G须与大数据、云计算、人工智能、物联网等技术协同，开放、虚拟及云化等5G创新技术的导入可能构成安全威胁。此外，智能驾驶算法、工业互联应用、超高清视频、AR/VR、8K编解码技术等5G融合创新应用的发展，相关标准有待完善[4]。

4.3 窄带物联网与5G融合应用存在的问题

窄带物联网与5G的融合应用及其创新需要电信运营商、设备商、业务开发商、行业客户、第三方开发等多个主体参与，需要在深入理解窄带物联网技术、5G技术、大带宽业务和行业发展瓶颈的基础上，共同探索解决方案，打破传统产业固有模式，形成新的商业模式，尤其在远程医疗、自动驾驶、工业控制等融合应用场景和领域，存在业务主体责任划分不明、政府监管政策空白等问题，导致融合技术应用进展缓慢。

5 对策建议

为了进一步激发行业市场活力，针对NB-IOT与5G融合应用及其产业科技创新所存在的问题，探索具备市场空间及商业价值的NB-IOT与5G融合应用，提出如下对策建议。

5.1 加强基础设施建设，完善发展基础

①加快完善窄带物联网和5G网络建设，促进农村和城市网络的协调发展，进一步满足机房、基站、通信管线等设施建设。

②智慧交通、智慧医疗、智慧停车、智能抄表、环境监控、健康养老、智慧农业、智慧城市等场景应用需要全域网络基础设施的支撑，并重点统筹规划核心网、平台、基站和终端等[5]。

③核心网规划需按照标准实施，通过升级改造及完善建设，并充分满足NB-IOT和5G业务接入及融合应用。

④平台规划需符合新型商业模式的要求，运营商可全局性满足业务发展状况和网络连接行为。

⑤基站规划可充分利用现有网站点和设备资源，共天馈、共射频、共站点、共通用接口、共主控、共传输、共维护和运行，实现快速部署。

⑥终端规划包含对芯片、模组和终端的规划，可按照业务属性和应用要求进行入网测试，确定适用范围。

5.2 完善支撑服务，建造公共服务平台

建造包括产业数据中心、云服务平台、实验室和产业联盟的窄带物联网与5G产业融合应用公共服务平台体系，发展大数据应用服务，采用先进的信息安全保障机制，面向行业提供高效节能、安全环保的服务，融合政府、行业、企业及产业的大数据资源，在两化融合、智慧城市建设和管理等领域形成数据共享和开放机制。

5.3 拓展应用领域，建设智慧新城

5.3.1 推动数据共享和感知设备建设

加强基于窄带物联网与5G融合应用的感知设施规划和建设，建立城市一体化物联网接入数据资源平台，构建感知设备的集中管理、接入和数据共享，通过结合通信网络和市政基础设施，完善智能终端和复合传感感知设备节点的建设，通过融合数据开放，推进数据资源开放，同时进一步深化政府数据和社会数据的融合应用。

5.3.2 建设新型智慧城市

在生态宜居、精准治理和惠民服务等方面，推动窄带物联网与5G融合的集成应用，形成典型应用案例并加以推广应用，探索形成具有一定经济效益的商业应用模式，助力建设新型智慧城市。

5.3.3 推进相关领域的应用示范

以新型智慧城市建设为导向，科学、有序地推进NB-IOT与5G融合应用及其产业科技创新在相关领域的应用示范，具体建议如下。

①智慧治安。融合应用NB-IOT和5G技术，进一步提高数据传输及其监控，应用智能报警、人脸识别和实时追踪，完善智慧治安和平安城市的建设；针对汽车、电动车的防盗监控，开展智能资产追查应用；融合运用NB-IOT、5G和北斗定位等技术，在生产、储存、销售、运输、使用和销毁等环节对易爆品及危化品实施精准监控和管理。

②智慧消防。融合应用NB-IOT和5G技术，建立智能烟感报警系统，重点针对学校、养老院和人群密集场所布设报警及消防设备,运用低时延、超高速、大连接的优势，联网至智慧消防监控中心，达到及时发现火情的目的,动态监测消防设备的运行状态，提升消防维护管理和应急能力。

③智慧环保。采用NB-IOT和5G融合应用技术，建设布局合理、规范统一的智慧环保监测网络，深化相关环保监测设备的规模应用,提高水质、城市噪音和空气质量的监测能力，有效应用于建筑工地环境监测、工业污染监测和核废料追踪等环保应用场所。

④智慧食品药品监督。通过采集温度、湿度等信息,融合应用NB-IOT和5G技术，实时动态反馈、控制和调整，智能监控食药品仓库,保障食药品安全。

⑤智慧节能。通过气、热、水、电等智能计量表在城市城区的规划和应用,融合应用NB-IOT和5G技术，实施用电能耗分析、能耗数据实时监测和精细化管理,建立用电设备保障体系，提升智慧节能能力，有效降低能耗，贡献于碳中和、碳达峰及绿色发展。

⑥智慧交通。针对共享单车、智能停车和交通服务等需求，融合NB-IOT和5G应用技术，实施桥梁监测、智能路网养护及围栏监测等应用,有效监测交通设施的运行状态，实现智慧管理和维护。

⑦智慧市政管理。通过融合NB-IOT和5G应用技术，在智慧垃圾箱的应用方面，通过实时监测垃圾箱空载、满载、开闭等状态,可对垃圾回收路线进行优化,有效提升环卫人员及车辆的工作效率；在智慧井盖的应用方面,通过远程实时监控丢失、缺损、移位和非法打开等状态,达到实时报警，并有效提高自动巡检能力，同时，通过建立市政管理数字化平台，可及时监测房产物业、水务、电力和热力等不同行业所属井盖的状况；在智慧管网应用方面,通过构建地下管网管理系统,实时监测热力、燃气、供水、电力、排水、通讯等管线的化学和物理信息,及时了解地下管线的运行状态,为应急处置、规划建设和决策管理提供有益的信息和技术支撑。

5.4 推动规模应用，促进服务创新

5.4.1 推动NB-IOT与5G融合在典型服务业的规模应用

针对健康养老服务业，充分运用养老智能监护设备、家庭服务机器人、便携式健康监测设备、可穿戴设备和自助式健康检测设备等健康养老智能设备，有效提升服务的智能、精细及便利化水平。

针对现代物流服务业，重点在物流集中区域，推动物流业务管理、行为决策、信息感知、作业控制和运营服务等方面的应用创新，形成应用模式。

5.4.2 以应用创新促进服务创新

进一步提高融合应用创新能力和企业数字化水平，需要充分发挥政府引导行为，健全和优化市场环境，有效实施配套政策与行业监管体系，明晰职责，克服行业发展应用的瓶颈，政府在顶层规划层面给予典型企业专项经费扶持，解决数据应用、产生、处理、互联和业务集成的关键性技术问题，可成立沟通协调机制与业务合作平台，以加快5G技术融合应用创新进程，建立应用规范，依靠市场驱动，培育造就一批对接产业需求和供给的行业应用解决方案集成商。

6 结论

本文对窄带物联网与5G特点、趋势及产业应用进行分析，针对产业科技创新存在的问题，提出了窄带物联网与5G融合应用及其产业科技创新的对策建议，包括加强基础设施建设、完善支撑服务、建造公共服务平台、拓展应用领域、促进服务创新等，通过在智慧治安、智慧消防、智慧环保、智慧食品药品监督、智慧节能、智慧交通和智慧市政管理等方面开展应用示范，推动行业规模应用，对于促进经济高质量发展具有现实意义。