未来网络技术的新征程：5G、物联网与边缘计算（1010）

一、5G 网络：引领未来通信新潮流

（一）5G 网络的特点

1. 高速率：5G 依托良好技术架构，提供更高的网络速度，峰值要求不低于 20Gb/s，下载速度最高达 10Gbps。相比 4G 网络，5G 的基站速度可以达到 10Gb/s，比 4G 的理论速度要快 100 倍。实际使用时，5G 的网速大概比 4G 快 10 倍。例如，5G 网络下仅需要 33 秒就可完成一部电影的下载，每秒的速率达到 726Mbps，而 4G 的 LTE Cat.12 网络下载速率仅 62.2Mbps，花掉了 6 分钟 25 秒的时间。
2. 泛在网：广泛覆盖和纵深覆盖，不仅覆盖生活各个地方，还能改善网络品质不好的区域，如卫生间、地下停车库等。泛在网有两个层面的含义，一是广泛覆盖，可大量部署传感器，进行环境、空气质量甚至地貌变化、地震的监测等；二是纵深覆盖，可把以前网络品质不好的卫生间、地下停车库等都用很好的 5G 网络广泛覆盖。
3. 低功耗：支持大规模物联网应用，降低功耗，改善物联网产品的用户体验。5G 要支持大规模物联网应用，就必须要有功耗的要求。5G 能把功耗降下来，让大部分物联网产品一周充一次电，甚或一个月充一次电，大大改善用户体验，促进物联网产品的快速普及。例如，低功耗物联网设备的兴起已成为蜂窝漫游扩展的强大催化剂，5G 物联卡具备低功耗的特点，能够在短时间内完成数据传输并进入休眠状态，大大降低了设备的能耗，延长了物联设备的续航时间。
4. 低时延：最低要求 1 毫秒，满足无人驾驶、工业自动化等新领域应用。5G 对于时延的最低要求是 1 毫秒，甚至更低。这对网络提出严酷的要求，而 5G 是这些新领域应用的必然要求。例如，在无人驾驶汽车中，一个制动，需要瞬间把信息送到车上做出反应，100 毫秒左右的时间，车就会冲出几十米，5G 可在最短的时延中，把信息送到车上，进行制动与车控反应。在 5G 网络下，远程驾驶的时延仅有六七毫秒，一旦遇到紧急情况，远程驾驶的刹车距离可能会比普通汽车多出 8 到 10 厘米，而 4G 信号刹车距离就有可能多出 1 到 2 米。
5. 万物互联：让更多不同类型的设备成为智能设备，实现实时管理和智能化功能。5G 的互联性让手机电脑等上网设备以及越来越多智能家电设备、可穿戴设备、共享汽车等更多不同类型的设备以及电灯等公共设施成为智能设备的可能。5G 除了人与人之间的通信，将提供使能 Internet of Things (IoT，物联网) 的平台，以用户为中心构建全方位信息生态系统，提供各种可能和跨界整合。5G 技术将实现未来海量物联网的连接，主要应用在智慧家居、智能城市，以及海量的工业物联网等方面。很多权威的机构都做出预测，到 2020 年，社会中大概会有 500 亿个设备通过人与物、物与物的连接方式实现海量物联网。

（二）5G 网络的潜在影响

1. 移动信息安全挑战：信息泄露多发，对抗网络攻击难度加大，大量物联网设备接入存在 DDOS 风险等。5G 日益普及，各种新技术、新应用也迎来爆发的契机。5G 技术的超高速率、超大连接、超低时延等特性，必然会涉及到更多的个人信息，甚至是个人敏感信息，由于个人信息被滥用，造成移动信息泄露事件层出不穷。同时，由于 5G 的应用场景比 4G 更加复杂化、多样化，包括增强型移动宽带场景、海量机器通信场景、超可靠低时延通信场景，这些新的通信场景对 5G 网络提出了新的安全要求，5G 网络自身的新安全机制也将给 5G 网络带来新的问题和新的安全挑战，使得对抗移动网络攻击的难度增加。此外，大量物联网设备接入存在 DDOS 风险、伪基站安全威胁依然存在、不同的场景有不同的安全要求、大量异构设备和多种接入方式对认证构成挑战。
2. 环境和社会影响：5G 需要更多基站和天线，可能增加无线电频率辐射，更耗能，但也能降低能源消耗和污染，对温室气体排放和气候变化有积极影响，还可能影响水资源和海洋生态系统等。5G 技术的出现有可能彻底改变我们的生活和工作方式。从技术角度来看，与前几代无线技术相比，5G 将需要更多的基站和天线，这可能导致人口密集地区的无线电频率辐射增加。预计 5G 网络比现有网络更耗能，这可能会对环境产生影响。然而，5G 技术也有积极的一面，其能源效率可达 4G 技术的十倍，意味着 5G 技术可以减少高达 90% 的温室气体排放，降低高达 70% 的能源消耗，从而降低电费。5G 技术带来的节能也可以对气候变化产生积极影响，减少对化石燃料的依赖，减少空气污染和数据中心的碳足迹。同时，联合国环境规划署的报告指出，5G 基站使用大量的水来冷却其组件，这些水通常被排入大海或其他水体，可能会对当地海洋生物造成严重后果，5G 网络使用的额外无线电频率可能会干扰水生生物的功能，这可能对海洋生态系统的健康产生长期影响。

二、物联网：连接万物的新挑战

（一）物联网的网络需求

1. 低延迟：物联网中的一些应用对延迟非常敏感，比如生产线或油气开采等场景需要低延迟的网络来确保实时控制和高效运作。而像停车计价器这类设备则可以接受较高的延迟，因为它们不需要即时响应。联网的停车计价器可能不需要每分钟报告一次以上，所以像 LoRaWAN 这样的延迟感应无线选项可能是完全可以接受的。对于不耐延迟的应用程序，应使用工业以太网或特别是低延迟的无线链路。
2. 低数据吞吐量：很多物联网设备的数据传输需求非常低，只需每秒几 KB 甚至更少的数据量。具有低带宽要求的设备包括智能建筑设备，例如连接的门锁和灯开关，其大多数表示 “打开” 或 “关闭”。低功耗 WAN 和 Sigfox 可能没有足够的带宽来处理大量流量，但它们非常适合不需要首先移动大量数据的连接，并且它们可以覆盖重要区域。
3. 适度处理能力：物联网设备自身的处理能力会影响网络。如果一个设备不断地将原始数据流到网络上，而不进行任何有意义的分析或对其本身进行塑造，那么它所带来的流量负担，可能会比至少完成部分工作的设备更大。在边缘设置中，部分或全部数据分析在靠近端点的设备上完成，这样可以减少网络上的流量。