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探討5G和AI時代下世代物聯網之發展與應用
文／交通大學資訊工程學系終身講座教授、前瞻網路技術研發中心主任 林寶樹
到目前為止，現在運作中的物聯網（Internet of Things, IoT）之應用或服務絕大部份的都要靠3G／4G，將收集的數據輸送到目的地，作更進一步的資料處理和產生其應用及提供服務。然而5G在未來的1至2年內，也將有商用系統在市面上提供服務（如圖一所示）。從另外角度來看，IoT模式可用四個階層的架構，如圖二所表達，其中四階層分別為：最底層為感應和身份（Sensing and Identification），第二層為網路建置（Network Construction），第三層為資訊處理（Information Processing），最高層為整合應用（Integrated Application）。
圖一、物聯網的觀念與參考架構
圖二、四個階層的物聯網模式
5G的來臨其傳輸速率（Data Transmission Rate, Data rate）高出相當多（5G：4G＝20 Gbps：1Gbps），而其延遲率（Latency）比起4G也低了許多（5G：4G =1ms : 10ms）。在此同時，網路產業正在進行開源網路（Open Networking, ON）的典範轉移，網路技術已朝向ON架構進行，且更進一步應用軟體定義網路（Software Defined Network, SDN）和應用網路功能虛擬化（Network Function Virtualization, NFV）的技術，來從事網路軟體化和虛擬化。由於軟體化和虛擬化，使得網路成為軟體可運算在白牌且價位較低的標準硬體（Commodity Hardware）上，也因網路可用軟體程式（Program）來執行，故具有可程式化（Programmability），也能依網路的功能和需求大小，具有延展性（Scalability）及彈性（Flexibility），使AI技術應用到網路的各個層面。如此一來，5G和AI的IoT應用服務可帶來的好處，除了傳送資料速度更高，還能提供使用者經驗品質更滿意的服務，並讓IoT應用更具創新與智能。我們在圖三舉幾個例子來說明：
- 現在IoT行動網路傳送依靠3G／4G，而未來靠5G；
- 現在IoT能處理數據匯集和簡單應用，而未來5G能使IoT用來整合解決方案；
- 5G能處理車聯網（Connected Cars），這是性質艱鉅的任務，應用在「聯網交通」（Mission Critical Connected Transport）的一環；
- 具網路切片（Network Slicing，由於軟體化及虛擬化的關係，使得網路資源可依應用的大小來切成數個切面，並同時執行多個應用）功能的5G，能同時處理數量極大（Massive）的物聯網設備（IoTs）；
- 許多機器學習、深度學習和AI的功能將存在或注入（Embedded）在每一層所構成之元件、軟體、硬體、網路，以及次系統。
圖三、比較現在物聯網與未來物聯網之發展與應用
融合5G的行動網路和AI 的智能，將使得IoT的發展和應用更加多元化，更多領域與跨領域合作（如圖四所示），這種融合5G、AI以及IoT將可產生的新發展方向與應用領域，發展方向朝「智慧連結」（Intelligent Connectivity），而應用領域也將橫跨各種產業方面，包括智慧城市、智慧農業、智慧醫療、智慧交通……等。未來的十年（2020-2030） 將是5G和AI盡全力研究、發展、與網路建置的時代，其成果對下世代的物聯網之發展與應用甚大。
圖四、智慧連結
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