李世杰 天津恒达文博科技股份有限公司

关键字：5G 移动通信 物联网安全 mMTC（大规模物联） uRLLC（高可靠低延迟关键任务型物联）

1 前言

物联网是互联网的一种发展和应用演进形式，移动通信网络是它重要的载体之一。5G 移动通信网络在交通、仓储、展馆、工厂等物联网复杂应用环境中具有低功耗、低成本、低延时以及高速率、高可靠的特点。并且5G 移动通信网络的相关标准中还专门制订了物联网应用场景。

2 5G 移动通信技术之于物联网的演进和应用

5G 移动通信网络相关标准的制定和推出的时间正逢产业互联网发展的关键时期，处于各行业从消费互联网向产业互联网转型升级的机遇期和窗口期。作为产业互联网的基础，基于5G 移动通信网络的物联网应用发展，将进一步打破产业互联网发展的瓶颈，并对物联网在各产业应用中的发展起到重大的推动和促进作用。

提到5G 移动通信技术之于物联网的演进和应用就不得不提网络切片技术(Network Slicing)。网络切片技术，简单的说就是将5G移动通信网络运营商的物理网络，根据实际需求划分为多个类型的“虚拟网络”，不同的虚拟网络根据不同的应用诉求，如带宽、延时、可靠性、安全性等来规划设计，以最高效、最贴合应用目标的方式来应对不同的网络应用场景。当前5G 移动通信网络主要应对大宽带移动通信（eMBB）、大规模物联（mMTC）和高可靠低延迟关键任务型物联（uRLLC）。 5G 标准在定义初期，就把物联网应用纳入考虑，三大应用场景中有两个是和物联网应用相关的，足见ITU（国际电信联盟）对于物联网应用的重视。

5G mMTC 大规模物联，针对大规模的物联网业务，重点运行于6GHz 以下频段，可看做是NB-IoT、LTE 等的演变。以往广泛应用的Wi-Fi、RFID、紫峰、蓝牙等非蜂窝联网技术属于自建小范围通信技术，广域回程链路主要靠4G LTE 等蜂窝网络。而5G mMTC 的发展很可能会使未来物联网领域变为“租赁”的时代，5G 时代连接设备密度将会是4G 时代的100 倍以上，达到每平方公里数百万个。消费者将不再一定靠购买联网设备和自建私有物联网来达成所需的目的，透过公有的运营商5G 移动通信mMTC 物联网所形成的租赁服务，来实现私有的物联网本地化应用将越来越普及。例如像是场馆环境温湿度监测，遗址、文物预防性保护监测等应用的数据传输量小，对网络延迟时间的要求也不高，采用mMTC 会是比较理想的选择。这些应用场景的共同特征在于同时在线连接的设备数量非常多，相对低量的对延迟非敏感的数据，低成本和非常长的电池寿命要求。

对于某些攸关人身安全的物联网应用，例如工业领域危险环境下的远程作业，智能交通行业的无人驾驶车联网应用，远程医疗手术等，网络延迟时间和可靠性就显得非常重要。

5G uRLLC 高可靠低延迟关键任务型物联，以足够低的延迟和足够高的可靠性支持需要实时响应的关键应用。无人驾驶汽车的应用场景要求控制信令的通信延迟低到几毫秒的级别。发布自NHTSA(美国国家公路交通安全管理局)的调查报告指出，80%的公路交通事故是由驾驶人在事故发生前3s 内的疏忽大意造成的。汽车主机厂商的实验也表明，如果提前0.5s 警告驾驶人，可以大概率避免60%左右的追尾事故。若驾驶人能提前1.5s 得到预警并采取适当措施，则可以避免90%以上的追尾事故。我们目前使用的4G 网络，平均数据传输时延达到了50ms 以上，无法实现实时控制。5G 网络通信uRLLC 的到来，让端到端的数据传输时延可达1ms 以内，满足自动驾驶的苛刻要求。同时借助物联网，自动驾驶汽车可以自动化收集各种数据，包括加速、刹车、转向等重要参数，以及ECU、ESP、ABS 等输出的关键数据，车厂使用算法可以利用这些数据跟踪车况和改善车辆设计。在生产制造型工厂，大量设备内建传感器，从传感器、传输网络、下发指令，再回传设备本身的这些过程，如果以现有的4G网络传输，将出现很明显的延迟，可能引发生产安全事故。有鉴于此，uRLLC 将网络延迟时间压低到1 毫秒以下，将使应用广域蜂窝物联网和公有工业云的智慧工厂形式成为可能。医疗健康领域也将会是5G 与物联网结合应用的重点之一，随着心电监护、超声波检查设备、CT、MRI 等不同医疗设备尤其是医疗机器人成为物联网应用中的一环，医疗健康服务也将受益于基于5G 的医疗物联网发展。缺乏医疗设施和高水平医师的农村地区或偏远地区的患者将受益于高可靠低延迟关键任务型物联网连接。随着低延迟、高可靠的5G uRLLC普及，使得之前只存在于科幻影片中的远程协同外科手术成为可能。国内顶尖医院的机器人远程手术中心通过5G 网络，协同省市级医院成功完成了全球首例多人5G 远程协同手术。

3 5G 移动通信技术之于物联网应用的安全隐忧

信息产业发展的种种迹象表明“万物互联”的时代正在5G 通信技术的支持下加速到来，将深刻的改变这个社会和我们的生活。但挑战总是和机遇并存，物联网安全问题成为了不得不重视的隐忧。

根据Statista 统计与调查门户的数据显示，物联网设备使用量将会加速增长，到2020 年将有310 亿支持物联网的设备在线，到2025 年在线连接设备将增加到740 亿。通过这些数量我们就能大概预测黑客攻击的方式和可能性将会发生较大的改变。到2025 年，黑客很可能将有机会在广域物联网安全链的近千亿个可能入侵点中进行选择。黑客不仅可能会攻击社会基础设施和电网系统，而且还可能破解医疗设备，让联网自动驾驶汽车陷入失控状态乃至引发事故。由于5G 移动通信物联网络通过巨大、不可见的无线网络相互连接海量的重要设备，事关国计民生的各个方面，我们必须高度重视5G 移动通信网络的安全问题。

5G 移动通信时代的物联网应需要应对技术进步带来的新威胁。单靠人力无法跟踪和解决大型5G 通信网络中的所有安全威胁，但是具有AI 能力的机器可以。5G 移动通信网络可以通过AI 机器“学习”新的安全威胁，实时识别这些威胁，并启动自动修复策略。安全技术和安全框架的发展必须能够及时跟上技术和应用的进步。

4 结束语

当下5G 通信技术之所以火热，让各大阵营挣得“头破血流”，其原因在于5G 网络带来的，不仅仅是网速的变化，更多的将是生活方式的颠覆。可以说，谁掌握了5G 通信技术和上下游产业链，谁就掌握了下一个信息时代。5G 通信技术的高速发展，物联网可能是最大的受益者。分散在各垂直领域的物联网应用，正是组成5G 生态圈的重要基础。5G 移动通信网络技术的应用和发展有助于解析和吞噬各种复杂数据，满足不同用户对物联网的多样化需求。在当前的社会背景下，对5G 移动网络通信相关技术的深入研究，可以有效促进移动物联网络的可持续发展，为物联网的后续发展铺平道路。