深度分析5G+AIoT当前面临挑战 预测未来发展趋势

    5G+AIoT或者直接说成5AIoT，已经成为非常前沿的话题，对于5G与AI能够给予智能家居甚至更大的智慧生活概念以怎样的革新与思考，由CSHIA研究院与《智能家居》杂志共同发起，本期专题依然以白皮书的形式进行探讨。
　　前三期我们带来了5G发展脉络梳理与技术解读。详情请看>>《梳理5G发展脉络 剖析5G+AIoT当前生态》《解读5G技术关键点，如何影响AIoT？》《盘点5G应用场景，看5G+AIoT如何改变未来智慧生活？》。本期继续为大家带来5G当前挑战及未来趋势分析。
　　数据篇
　　根据Gartner预测，到2020年全球IoT设备数量将达260亿件。而IHS数据显示，到2025年，全球IoT设备总量将达754亿件。MarketsandMarkets近日发布报告称，2019年全球AIoT市场规模为51亿美元。到2025年，智能技术将渗透到每个人、每个家庭、每个组织，全球58%的人口将能享有5G网络，14%的家庭拥有“机器人管家”，97%的大企业采用AI。到 2025 年中国将有4.3亿个5G连接，占全球总量的1/3，成为全球最大的5G市场。
　　挑战篇
　　AIoT的发展依然面临着算力、算法、平台兼容性、安全性等挑战。比如在算力方面，普通计算机的计算能力有限，利用其训练一个模型往往需要数周至数月的时间。密集和频繁地使用高速计算资源面临成本挑战。在算法方面，AI的训练所需时间是非常长的，目前仅训练一些简单的识别尚需数周时间，面对未来丰富的应用场景，有必要在算法层面予以增强。并且基础算法非常复杂，应用的企业开发者能力不足。
　　在平台兼容性方面，物联网本身产品碎片化，而各AI公司生态之间又缺乏协同，本地算力、网络连接能力、平台间的不兼容，要把框架里的算法部署到数量众多的物联网设备，大规模部署问题重重。在安全性方面，人工智能决策的正确性受IoT数据的精确度影响，AI的分析结果还缺乏可解释性。AIoT还存在被攻击而成为僵尸物联网的风险。
　　AIoT目前仅是起步阶段，有很大的发展空间，也面临重大挑战。未来AIoT的发展仍然需要推动标准化，也需要企业间合作提升兼容性，还需要威胁情报共享，增强安全保障能力。
　　AIoT本身是一条很长的产业链，其中包括硬件/终端（占比25%），通信服务（占比10%），平台服务（占比10%），软件开发/系统集成/增值服务（55%）。可见，软件开发和系统集成业务占比较高，达55%。AIoT相对拓展了IoT原有的产业链，同时AIoT在产业链上更强调AI芯片和AI能力开发平台，因而将软件开发和系统集成业务占比进一步提高。
　　痛点击溃
　　目前的智能家居市场产品以单件形式存在，针对不同产品的智能硬件需要下载不同的APP端口来进行操作。而5G能够让“孤岛化”的智能家居产品能够实现标准统一化，让“智慧家庭”走进我们日常家居生活，通过各个品牌、各个型号能够在5G中实现兼容，构建“智慧家庭”智能生态链。
　　智能家居的痛点在于如何合理地布线，市场上也有一些无线路由产品来实现无线衔接，不过在带宽等方面还是有不满意的地方。在5G时代，各类智能家居通过5G网络接入云端，一方面可以解决布线问题，另一方面就是语音能力，也就是智能化（AI化）的能力提升。
　　5G助推智能家居跨越式发展，同时也让智能AI越来越聪明，能够懂得人们更深层次的需求，万物都具有感知的智能社会并非是戏言，5G将真正实现移动信息化与社会各行各业的深度融合，打开万物的感知。
　　安全问题
　　5G采用的是通用硬件平台，这就带来了网络安全可靠性低的问题。5G网络可提供对海量用户访问的支持，服务器端将接收到来自海量用户的安全认证需求，这就面临针对海量用户加密方法、加密服务器性能、人工智能病毒攻击等所带来的网络安全问题。
　　过去移动通信协议是专用的，不易招致外部的病毒和木马等攻击，但是5G的协议全面互联网化后被外部攻击的可能性明显增加。与现有相对封闭的移动通信系统相比，业务能力开放的平台使第三方可通过获得的网络操控能力对网络发起攻击，增加安全监管责任主体的划分难度和业务数据泄露的风险。
　　网络切片能够很好地满足各类应用场景对于网络能力的特定需求，同时也对网络构建带来了一定的挑战，以业务切片的安全为例，需要考虑以下安全需求：切片授权与接入控制；切片间的资源冲突；切片间的安全隔离；切片用户的隐私保护；以切片方式隔离故障网元。
　　传统的互联网没有控制面，仅有用户面，很多网络功能由管理面来支撑，即基于网管系统由人工配置。现在5G引入的SDN/NFV和网络切片需要利用控制面信令来动态配置，网络OS不仅要完成传统OSS功能，还要控制网元功能的变换和业务切片的管理，业务信道编排的计算量很大而且相应时间要求很严。5G的智能运维中心是5G的中枢，是安全防御的重点。5G网络具有对外开放业务的能力，需要对开放门户认证管理。同时，还需对来自第三方的APP实施安全认证。
　　覆盖增强技术由密集异构组网构成。通过缩小覆盖半径，以频谱资源的空间复用提高频谱效率，从而提高5G覆盖度。在5G超密集异构网络中，利用宏站和低功率小型基站进行覆盖，通过增加站点密度减少节点间的距离，让网络节点距离终端更近，使频谱效率及系统容量大幅提升。采用毫米波通信能够有效缓解频谱资源紧缺问题，也可提升通信容量，毫米波具有波束集中、波束窄、能效高、方向性好等特点，具有很强的抗干扰能力。通过MIMO天线技术，在接收端及发送端使用多个天线进行接收和发送，大规模的增加天线数量，在不增加频谱资源或总功率耗损的条件下提高信道容量、吞吐量及传送距离，从而改善通信质量。同时，利用OFDM新型传输波形，可使频谱利用率提升近1倍。而NOMA非正交多址接入技术则把功率域由传统的单用户改为多用户共享，并把无线接入能量提升50%，从而满足每个用户不同的路径损耗，实现高效复用。可见光通信是物联网、移动通信等领域的新型技术，除具有高速率、宽频谱、低成本等特点外，还具有极强的保密性，其在未来的5G通信中必然占有重要地位。
　　5G具有三大特性，其中大连接特性带来的安全挑战更为突出。物联网终端数量多，且永远在线，易被劫持和数据被窃取，或被木马入侵，成为DDoS攻击的跳板。如果每个设备的每条消息都需要单独认证，终端信令请求可能超过网络处理能力，则会触发信令风暴。5G物联网需要有群组认证机制。需要采用轻量化的安全机制，简单但不失强度的加密协议，保证物联网在安全方面增加过多的能量消耗，也不致时延太大。
　　与面向消费者的应用相比，面向企业的应用一旦发生信息安全事件，其影响更严重。5G可以用在企业外网或企业内网，后者又分为基于5G公网与5G专网两种。公网针对人的应用，TDD的下行较上行时隙多，而物联网则相反，因此用5G专网作为企业内网更合适，而且内网安全性优于外网。不论5G是作为企业外网还是内网，即便是5G专网，其安全防护都要特别重视。
　　5G实现了计算和通信的融合，基于大数据和人工智能的网络运维，减少了人为的差错，智能化的监控有利于提高网络的安全防御水平。原来运营商的协议是专用的，运营商的能力是封闭的，现在将其开放，就容易产生网络安全问题。因而，如果将4G的安全能力再次沿用到5G上，那么，5G网络将不再安全。因而需要提升5G的安全能力。
　　趋势篇
　　毫无疑问，5G技术对于物联网产业来说具有重要的意义，但5G技术只是一个数据传输的“管道”，想要充分发挥它的价值，就需要应用场景进行支撑。包括水表、电表、智能门锁、车载设备等各式各样的终端设备以及智慧城市、智能工业、车联网、智慧农业等各类应用，都是5G技术的潜在应用场景。
　　目前智能家居行业已经覆盖家居、别墅、酒店等各类生活场所，但是由于技术限制，还有很多生活场所尚未覆盖，比如企业等办公场所、研究院等科研场所。如果要将智能家居覆盖各个生活场所，则意味着信息加密、智能检测等安全技术的需求将进一步提高。
　　人脑与机器脑直接联结的网络，将是未来伟大的联接，2020年底，人类将首次尝试用这种正真人机结合方式，去控制手机和电脑，物理接口被联接后，将会实现新的创造力，智能家居的控制也将从我们可以想象的语音、人脸、表情、手势等控制，提升到新的隔空操控时代，我们的生活越来越网络化、场景化、流动化和碎片化，需要融入整个网络中，进行归宗解放目前劳累的机体。
　　其他还有更多实际的趋势落地，例如5G+Wi-Fi 6的结合应用，能给予智能家居设备很好的组网能力，5G的“网络切片”还可以从端到端保障业务质量，通过5G边缘计算的运用，提高计算和传输效率，提升用户的使用感知体验。
　　伴随着5G正式商用，万物互联成为正在进行时。5G为万物互联的IoT产业提供更高效的信息传输通道，成为各行各业融合创新的催化剂。11月22日下午，“2019 5G+智慧生活高峰论坛”将在安徽省合肥市召开，本次论坛作为第十三届中国(合肥)国际家用电器暨消费电子博览会重要同期活动，将聚焦智能通信技术升级，推进智能家居向未来无限可能的智慧生活时代的迈进。
　　以“互联生态·智慧生活”为主题的本次活动，由合肥市人民政府、安徽省经济和信息化厅主办，合肥市经济和信息化局、中国智能家居产业联盟CSHIA承办，本次论坛聚焦全球家电领域新产品、新技术、新业态和新模式,进一步开拓思路,打造成合作交流、扩大内需的重要平台,促进家电、消费电子和配套产业不断发展壮大。