物聯(lián)網(wǎng)(IoT)作為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮,其核心在于實現(xiàn)萬物互聯(lián)與智能交互。而無線通信技術,正是實現(xiàn)這一宏偉愿景的“無形脈絡”,是物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)的關鍵基石與前沿陣地。它決定了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的覆蓋范圍、連接規(guī)模、實時性、可靠性與能耗水平,直接影響著最終應用的成敗。
物聯(lián)網(wǎng)應用場景的復雜性與多樣性,催生了對多種無線通信技術的需求,形成了短距離與廣域覆蓋相結(jié)合、高速與低功耗互補的立體技術體系。
在短距離、低功耗的局域連接場景中,一系列經(jīng)典技術各展所長。藍牙(Bluetooth),特別是低功耗藍牙(BLE),憑借其極低的待機與運行功耗、快速的連接建立能力,成為可穿戴設備、智能家居傳感器、個人健康監(jiān)護等設備的首選,構建起以手機或個人網(wǎng)關為中心的“個人區(qū)域網(wǎng)絡”。Wi-Fi技術則以其高帶寬和基于現(xiàn)有基礎設施的易部署性,主導了家庭、樓宇等固定場景下的視頻流、大數(shù)據(jù)量設備接入。ZigBee和Thread等技術,基于IEEE 802.15.4標準,專注于構建低功耗、自組織、多跳的網(wǎng)狀網(wǎng)絡,在智能照明、工業(yè)傳感器網(wǎng)絡等對網(wǎng)絡彈性和電池壽命要求極高的領域發(fā)揮著不可替代的作用。
當連接需求從房間、樓宇擴展到城市乃至全球范圍時,低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)技術便應運而生,成為物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)的熱點。這類技術以犧牲一定的數(shù)據(jù)速率和實時性為代價,換取了超遠的傳輸距離(可達數(shù)十公里)和超低的功耗(電池壽命可達數(shù)年)。其中,LoRa(遠距離無線電)工作在非授權頻譜,以其靈活的私有網(wǎng)絡部署能力和極強的信號穿透力,在智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、資產(chǎn)追蹤等領域廣受歡迎。而NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))和LTE-M(Cat-M1)作為基于授權蜂窩頻譜的“物聯(lián)網(wǎng)專屬”技術,直接依托于運營商的現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡進行部署,具備高可靠性、強安全性和無縫的移動性支持,在智能表計、智慧停車、智慧城市基礎設施等規(guī)模化、標準化應用中優(yōu)勢明顯。
面向物聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術研發(fā)正朝著更融合、更智能、更協(xié)同的方向演進。
技術融合與共存管理成為必然。單一的通信技術無法滿足所有場景,未來的物聯(lián)網(wǎng)設備與網(wǎng)關將普遍集成多種通信模組(如Wi-Fi+BLE+LPWAN),研發(fā)重點在于實現(xiàn)協(xié)議間的智能切換與無縫協(xié)同,以及高效的共存算法以降低相互干擾。
與5G/5G-Advanced及6G的深度融合是重中之重。5G網(wǎng)絡定義的三大場景——增強移動寬帶(eMBB)、海量機器類通信(mMTC)、超高可靠低時延通信(uRLLC)——后兩者正是為物聯(lián)網(wǎng)量身打造。5G網(wǎng)絡切片技術能為不同物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務提供定制化的虛擬網(wǎng)絡,而正在研發(fā)中的5G RedCap(輕量化5G)和面向6G的愿景,將進一步降低海量物聯(lián)網(wǎng)設備的成本和功耗,同時支持通信感知一體化、人工智能原生等全新能力,賦能自動駕駛、遠程精密操控、全息通信等前沿應用。
通信與計算的邊緣協(xié)同是提升系統(tǒng)效能的關鍵。隨著邊緣計算的興起,無線通信的研發(fā)不再局限于傳輸本身,而是與邊緣節(jié)點的數(shù)據(jù)處理、AI推理深度結(jié)合。通過研究語義通信、任務導向通信等新型范式,可以減少不必要的冗余數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)從“傳輸數(shù)據(jù)”到“傳輸價值”的轉(zhuǎn)變,從而極大緩解網(wǎng)絡壓力、降低端側(cè)功耗、提升響應速度。
安全與隱私保護是貫穿始終的生命線。無線信道的開放性使得物聯(lián)網(wǎng)設備極易遭受竊聽、篡改和攻擊。研發(fā)更輕量級的加密算法、更高效的設備身份認證機制、以及基于區(qū)塊鏈的分布式信任管理等,是保障物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化安全部署的前提。
無線通信技術的持續(xù)創(chuàng)新是驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心引擎。從滿足當下多元化的連接需求,到擁抱5G/6G與人工智能帶來的革命性變革,物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)必須在這條“無形脈絡”上不斷深耕,方能編織出一張真正智能、高效、安全的萬物互聯(lián)之網(wǎng),深刻重塑我們的生產(chǎn)與生活方式。