6G物联网未来应用场景梳理

面向未来构筑全域物联、全域智联的可持续数字生态系统的发展目标，6G物联网将进一步构建智享生活、智赋生产、智焕社会三大类应用场景，实现人民生活幸福感提升、行业生产全面自治和社会可持续发展。

1.智享生活

1.1 智慧健康

基于物联网的环境感知网络和传感基础设施，智慧健康可以为人们提供实时的、智能的、无处不在的医疗保健服务 [8]。通过对人们的数据整合并结合AI算法，可提高个人健康医疗服务水平，实现精准化、个性化、感知化、实时化、多元化的健康管理[9]，及时发现潜在的健康问题。未来智慧健康将改变传统医疗的监测模式，不受时间地点限制，实现微创或无创的实时监测[10]。

6G 物联网为智慧健康带来更大的价值和更多的可能性（如图2 所示）。无线脑机接口为用户与医疗设备之间提供智能通信，结合AI 算法建立完整的大脑活动人工神经模型，进行远程感官信息传输，实时解读人类的思想和行为，有望成为治疗神经系统损伤和疾病的最直接途径，同时提供崭新的人与环境交互模式[11]。可以预见，人与环境智能交互模式对时延和速率要求更高，其传输时延将小于 1 毫秒，用户体验速率将大于 10Gbps [12]。身体区域网络数字孪生对人体进行数字建模和虚拟仿真，能够更精准地实现对身体各部位数值化、实时化的监测[13]，可广泛应用于医疗健康机构，提高急诊室利用率、降低操作成本、增强患者体验并且有助于加速新药和新型医疗器械的研发[7]。生物纳米物联网将纳米材料与生物传感元件组合，对人体进行高灵敏、高精度检测，利用无线通信技术进行远程监测和控制，对个体或组织的微小变化作出更早阶段的预警，为医疗诊断提供更准确、及时的信息 [14]。

为了提供实时、智能、可靠、精确的智慧健康服务，6G 物联网需要提供高速低时延通信，保证数据的实时远程传输和反馈。智慧健康需要大量智能设备、医疗设备、医生和用户之间高效的协同工作，需要借助6G 物联网支持巨量设备 8 互联和设备之间的能力分发，实现数据的自动采集、快速传输和智能处理。据测算，医疗场景下 6G 网络的关键性能指标为：下行峰值速率为1670Gbit/s，上行峰值速率为 10Gbit/s，时延为 1 毫秒[15]。同时，智慧健康服务采集用户的敏感数据，需要确保 6G 物联网的数据安全不被外泄，其中数据加密传输、数据隐私保护、系统和终端设备安全防护必不可少，区块链技术和量子通信技术有望成为6G 物联网保障安全的关键 [16]。

1.2 智慧家庭

随着物联网技术的深入发展，从冰箱、电视、洗衣机、热水器等集成了传感功能的家用电器，到照明、窗帘、安防等智慧控制系统，家庭环境中联网设备数量不断提升。家庭设备通过 6G 物联网的感知、互联、自动化控制和协同能力，可以实现高度定制化的全屋智能、智慧交互，提供从生活体验到安全环境的全方位自动化控制、监测、管理等多种功能。

未来，6G 物联网通感一体的能力可以实现对人行为感知和目标定位，进而实现老年人/儿童居家守护等，在智慧家庭中发挥重要作用。例如：利用无线网络感知，对老人的摔倒等危险情况报警，当小孩爬到窗口阳台上，自动开窗器自动关好窗户，防止孩子坠落[17]。通过 6G 物联网的感知和控制能力还可以实现家庭自动化，提供更加舒适便捷的居住环境。例如，在未来，每个家庭都将拥有24 小时工作的机器人管家。清晨起床后，机器人管家介绍当日天气和日程，推荐定制化早餐，并协同智能厨房开始快速准备 [18]。智能衣柜会自动筛选出衣柜内适合的单品，并在试衣镜上显示出搭配效果，当服饰搭配被选定后，数据将自动传输至美妆镜，自动展示妆容效果和步骤。此外，6G 物联网极小体积、可清洗、 9 灵活可折叠的蜂窝无源标签，可以贴在钥匙、护照、手机等易失物品上，实现物品快速定位查找，这需要网络支持数十至数百的标签连接，以及数十米至百米内的室内通信[19]。 对于智慧家庭场景而言，需要大量的物联网终端互联互通，确保信息得到有效传递，需要 6G 物联网具备海量接入能力、大带宽数据传输能力和低功耗能力，设备能够支持长达 20 年的续航 [12]，以更好的满足智慧家庭未来的各类应用，提高整个智慧家庭系统的效率和可靠性。

1.3 智慧教育

6G 物联网可实现身临其境的沉浸式智慧教育，支持与虚拟对象进行互动，或在虚拟场景中探索和操作，提供更具参与感和互动性的学习体验。在虚拟与现实全面交织，人类与机器全面连结，学校与社会全面互动下，最终实现在虚拟世界中开拓教学场所，创造一个完全平行于现实世界的在线数字教学空间，即实现教育元宇宙 [20]。 6G 物联网将通过提供高速、低延迟的通信能力、强大的连接能力、智能感知和交互能力，使虚拟实验室、3D 模型可视化、虚拟社交、个性化学习成为可能，实现跨越时间和空间的学习体验。在未来的沉浸式教室中[21]，教学互动也不仅限于视频、声音等传统媒介，通过 AI/ML 技术和 XR 技术，学生能够在虚拟实验室中进行各种实验操作，观察反映过程和结果，更好理解科学原理的同时，降低了危险性和成本。在 3D 模型可视化场景中，利用 AR、VR 技术，学生可以观察并操纵虚拟的三维模型，例如：人体解剖结构或复杂的分子结构等，帮助其更好的理解抽象的概念和复杂的体系。在虚拟社交场景中，学生可通过与等比例全息图像构成的虚拟人物进行互动和情感交流，虚拟人物具备每秒30 帧以上，30Gbits 每帧图像的肉眼视网膜级别精度[22]，让学生能更好的学习情绪管理、同理心、团队合作等重要的社交和情感技能。在个性化学习场景中，通过对学生的学习数据、个性特征等信息进行精细化感知和数据分析，能够形成个性化的学习内容反馈，使学生获得有针对性的指导和支持。

为支持智慧教育的各类新应用，6G 物联网需要提供更高的数据传输速率和更低的通信延迟，速率需达到 1Tbps 量级，延迟小于 1 毫秒[23]。还需要提供更广 10 泛的设备连接和更大规模的数据传输，学生可以随时随地访问各类学习资源。6G物联网还需要支持精细化的感知能力和各类便捷的交互能力，例如，可以通过姿态、眼控、手势、语音甚至脑机接口等方式来实现虚实交互，并且具备高效的数据处理和分析能力，为个性化学习提供支持。

1.4 智慧文旅

智慧文旅，即智慧文化旅游，围绕当地自然景观、历史人物等特色文化资源，利用物联网、大数据、云计算、人工智能等前沿技术，实现文化场馆与旅游景区全面智慧升级。随着信息技术快速发展，5G 物联网让信息传输速度不再成为制约文旅产业智慧化发展的主要障碍，6G 物联网则为智慧文旅的未来开辟出更多的想象空间，让“书与远方”触手可及，助力打造“超越现实,身临其境,移步换景,寻古问今”的文旅新业态。 凭借超低时延、超高带宽等优势，6G 物联网将推动XR 技术进入全面沉浸化时代，摆脱线缆束缚 [11]，实现用户和环境的语音交互、手势交互、头部交互、眼球交互等复杂业务，让场景体验深化到具体感官，打造极致的文旅体验。6G物联网赋能沉浸式展览与演艺，可实现高清视频与图片内容海量、实时、高速传输，让观众通过全景式的视、触、听、嗅觉交互体验，“超越现实”、“身临其境”地沉浸在演出情景与艺术体验之中，打造感官震撼与沉浸体验的双重享受。在未来，6G 物联网可以赋能虚拟旅行，打开环球旅行“任意门”，打破旅行时间与空间的限制，让“移步换景”“访古问今”拥有无限可能，足不出户即可感受川流不息的长江与奔涌澎湃的黄河。此外，6G 物联网具备高传输速率和无缝组网的能力，可以实时追踪藏品等馆中物理实体的位置与状态，实现博物馆物理实体全生命周期的智慧化、数字化管理[24]。

未来智慧文旅的核心在于打造真正的沉浸式用户体验。为实现XR 沉浸式体验，6G 物联网需支持 16K 超清传输，具备 0.9Gbps 带宽（压缩比1/400）、低于2.5 毫秒的空口时延和 Tbps 量级的数据速率，同时还要能识别多形态业务的数据流，满足不同数据流的差异化网络需求 [25][26]。此外，沉浸式业务与藏品精细化管理需要更丰富的环境感知信息，需要 6G 物联网实现通信与感知深度融合。

2.智赋生产

2.1 智慧工业

工业物联网是通过工业资源的网络互连、数据互通和系统互操作，实现制造原料的灵活配置、制造过程的按需执行、制造工艺的合理优化和制造环境的快速适应，达到资源的高效利用，从而构建服务驱动型的新工业生态体系[27]。6G物联网是未来工业物联网发展的重要支撑，利用信息技术提升传统工业的创新能力，赋能工业数字化转型和智能化升级，实现智慧工业。 6G 物联网使能的智慧工业可以通过无处不在的连接、通信以及计算资源，将工厂内的生产设备、操作人员、物料、环境及产品等连接起来，利用高精度高可靠的工业传感器实时感知监测生产环境的各种参数，采集的数据通过6G 网络传输至云端平台并被汇总和存储，基于计算机模拟和实时仿真的技术手段，将实际工业运行行为建模到计算机系统中，构建工业数字孪生,形成工业全生命周期的虚实共生互操作、智能高效闭环的工业体系新范式，实现设备预测性维护、远程监控、智能供应链等各种新型的工业智能化应用[13]。同时，结合人工智能技术，能够进一步发现新的工业机理，优化方案和实现流程，优化资源利用和供应链管理，提高生产效率和产品质量。

面向智慧工业核心生产控制场景，业务对通信 QoS 要求较高，例如，生产线紧急处理的继电控制器，对于传输时延和传输可靠性有极高要求，时延需要达到微秒级别，抖动需要达到稳定的百纳秒级 [28]，可靠性需达到7 个9，时钟同步精度要求达到稳定的百纳秒级，影像采集类业务需要更高带宽支持，同时质量管控类业务对安全和隐私保护的要求很高，需防止敏感信息泄露和网络攻击，大规模的工业感知设备对高密度通信、实时互动、智能协作、低功耗等也提出了较高要求，异构的 DCS、PLC 等智能控制系统也对 6G 物联网提出了高兼容性的能力要求。

2.2 智慧建造

智慧建造是以人工智能为代表的新一代信息技术与先进建造技术深度融合形成的工程建造创新模式，通过系统融合物联网、大数据分析、智能算法等技术，实现知识驱动的工程全生命周期建造活动。6G 物联网将深度赋能智慧建造应用场景，助力形成建筑业高质量发展体系，优化产业结构，保障工程质量安全，大幅提升建筑工业化、数字化、智能化水平。

6G 物联网可以连接建筑工地上的“人机料法环”等关键要素的数据，例如:各种设备和工具实现实时远程监控和管理，通过传感器和摄像头监测施工进度、工人安全以及设备的使用情况，从而提高工程效率，降低事故风险，优化资源分配；需要追踪和管理建筑材料，提高供应链和可视化和透明度,需要跟踪建筑材料的运输、储存和使用情况，提高库存管理和材料的质量控制。未来在建筑行业，建筑机器人应用将越来越广泛，而且建筑材料的品类和数量将会越来越多。6G物联网可以与建筑机器人及智能装备深度融合，快速实现机器人及智能装备的状态数据接入、设备状态远程监测进行集中一体化监控，对告警与控制设备进行联动，大大的提高建筑机器人及智能装备的运维效率。6G 物联网可以结合无人机（机群）及其测绘技术，为建筑行业提供更加科学的手段和可靠的数据。此外，利用 6G 物联网的高速通信和低延迟特性，可以实现建筑安全监控系统的实时响应和预警。例如：通过将传感器与消防系统、安防系统等集成，可以实时监测火灾、煤气泄漏等紧急情况，并迅速采取行动。

智慧建造对 6G 物联网的需求主要体现在大规模可靠连接，支持边缘计算的高速率、低延迟、大带宽通信，结合低轨卫星提供的高精度定位、大场景语音通信以及融合应用等方面。同时，6G 物联网需要具备强大的数据处理能力，支持海量传感器数据、视频流和建筑相关数据的实时处理、存储和分析。此外，工程建筑涉及的数据通常具有一定的敏感性和机密性，6G 物联网需要提供安全和隐私保护的能力，支持加密通信、身份认证和访问控制等安全机制。

2.3 智慧能源

智慧能源是一种面向煤矿、电力等能源系统的各类业务环节，综合利用传感器、网络通信、人工智能等技术，通过全面感知、高效应变、灵活处理，协调能源生产、存储、分配、利用等功能的智能化能源系统。未来，6G 物联网将广泛赋能智慧煤矿、智慧电网中能源设备实时监测与维护、能源消费管理和新能源集成与优化等场景。 在 6G 物联网背景下，智慧能源在实现能源系统的智能化管理和优化、提高能源利用效率和系统稳定性等方面具有巨大潜力。蜂窝无源物联网能够支持更多设备联网，6G 网络能够进一步加强数据采集和分析的实时性，进而实现智能决策和精细化运营，降低能源损耗和运维、传输成本。以智慧煤矿为例，通过地压、瓦斯、电力等环境监控节点能够实时监控矿井中的各种参数，其中传感器设备的数据传输频次、通信频次往往受限于供能装置，然而，受限于矿山的地理位置及内部环境因素，设备电池更换及电线部署存在极大不便及安全隐患，同时，信号穿透损耗也导致严重的通信覆盖问题。未来蜂窝无源物联网技术结合6G 通信技术，可通过在矿山中或在移动矿车上部署基站，在车辆通行时同步给无源标签进行充电并通信，通过采集环境能量有效延长设备的使用寿命，提高网络通信能力。

在智慧能源领域，6G 物联网需要具备广泛覆盖、海量接入等能力，满足能源设备大规模随机间歇性接入能源网络的需要。以电力为例，需要为大范围电力用户参与电网需求侧响应提供基础数据连接需求，为风光互补路灯、风光互补监测控制等提供几乎不受地域范围限制的数据连接。此外，为延长能源行业现场感知设备的使用时间，6G 物联网感知终端需要具备环境能量自采集能力，其网络能效需达到 5G 网络的 10-1000 倍。同时，在涉及能源设备运行参数等生产敏感信息的传输与交互应用中，6G 物联网需要具备安全防护能力，保障能源领域终端安全、数据传输安全、网络管理及平台安全。

2.4 智慧农牧

智慧农牧是指通过连接和集成各种农牧设备、传感器、数据平台和决策支持系统，对农场和养殖场进行实时监测、管理和控制，提高农牧业的生产效率和生产质量，实现农牧业的自动化、智能化和可持续发展。

在 6G 物联网的使能下，农牧业能够实现精准种植、农机自动化、农牧产品溯源和质量监测等创新应用场景，推动农牧业数字化转型。6G 物联网可以支持精准农业的实施 [29]，如智能灌溉系统、精准施肥系统和作物生长预测模型，通过精确的传感器和数据分析，根据具体需求通过远程控制的UAV 自适应的为农作物提供适当的水和肥料，预测和预防病虫害的发生。在农机自动化场景中，依托6G 物联网可以实现农机自动控制和远程操作，例如，通过传感器和远程控制系统，可以监测和控制农机的运行状态，提高农业生产的效率和准确性。在农牧产品溯源和质量监测场景中，未来蜂窝无源标签将为农作物和牲畜的全生命周期提供准确、高效和可追溯的管理和控制手段。通过统一的数据编码将农牧产品的关键信息记录并保存，如：种植/养殖地点、品种、生长周期、生长条件等，进而追溯农牧产品的整个生产、加工和物流过程，保证信息的透明度和可信任度，确保农牧产品质量和安全性。

在农牧业场景中，大量的农机设备、传感器等具备联网需求，需要6G 物联网提供大规模的连接支持。高清监控视频、传感器数据等海量数据需要6G 物联网提供高带宽和低延迟的网络传输能力，并且具备高可靠性和安全性。同时，农牧业中的设备和传感器通常分布在广阔的地理空间，并且需要长时间运行，因此6G 物联网需要支持低功耗的特性，以减少电池更换的频率和维护成本，并支持50km 以上的长距离传输 [29]。同时，6G 物联网技术的普及将有助于降低农牧业生产成本和劳动成本，并提高生产的安全性。

3.智焕社会

3.1 智慧城市

智慧城市是运用信息通信技术，有效整合各类城市管理系统，实现城市各系统间信息资源共享和业务协同，推动城市管理和服务智慧化，提升城市运行管理和公共服务水平，提高城市居民幸福感和满意度，实现可持续发展的一种创新型城市 [30]。6G 物联网能够促进城市各部门之间的组织与协调，以进一步打通城市各系统间的信息孤岛，实现更加智能化、立体化、精准化的城市治理。6G 物联网能够为智慧城市提供端到端的技术原动力，进一步支持数字孪生城市创建和运行，赋能应急抢险、社区管理、生态治理等场景。智慧应急可汇聚城市生命线安全风险、公共安全风险、生产安全风险和自然灾害风险等监测数据，如：大气污染、水文水利、地质灾害、桥梁运行、消防隐患、交通情况、高危险企业运行情况等，进行模拟重现和分析复盘，为城市风险防范提供有效的经验指导。在社区治理方面，6G 物联网可支持社区中海量多源异构时空数据的采、传、算、用，实现全量数据归集和资源共享，构建感知、认知于一体的社区治理三维数字孪生底座。在城市生态治理方面，6G 物联网通感一体技术可利用运营商站点、基于太赫兹的水分子吸收谱特性以及对化学信息的“指纹谱”特性，通过通信信号的变化来实现广域、高精度和实时的降雨量、大气湿度等气候指标的测量、污染气体排放监测以及空气质量监测等[17]。

面向城市复杂的自然环境、多样化基础设施和个性化应用场景的需求，6G物联网需要具备多维度、精细化、智能化的实时感知能力，支持0.1-10 Gbit/s/m2 的流量密度 [31],提供针对公共场所或建筑内设备的米级至厘米级定位[32]，需要具备全域网络覆盖能力和数据承载能力，需要具备极高的网络传输速率和可靠性，以实现智慧城市不同系统之间的信息传递，以及未来数字孪生城市物理域和数字域之间的双边信息传递，进一步提升各业务环节的效率和准确性，实现城市的精细化管理。

3.2 智慧交通

智慧交通是基于人工智能、大数据、数字孪生、物联网等相关技术，利用实时交通数据及数据分析方法，实现交通系统的智能化监测和管理。随着信息技术不断创新突破与多模态交通出行工具持续升级，交通出行的目标和理念逐渐从“到达”向“快乐出行”转变，6G 物联网的赋能将进一步促进智慧交通向“智慧驾乘，全域感知，互联共享，自由出行”的方向演进。

6G 物联网可以为交通参与者提供更高速率、更可靠、更低时延、更广覆盖的通信服务，实现人、车、路、云之间高效、可靠的连接，支持自动驾驶汽车、交通系统全天候全域实时感知、数字孪生驱动下的交通管理与控制等智慧交通应用 [33][34]。同时，6G 物联网能为车辆提供更精准的定位和导航服务[35]，包括超高频定位、毫米波定位等，支持高精度自动驾驶、智能导航和位置感知应用。此外，6G 物联网也可以通过在车辆附近部署边缘计算节点和AI 模型，实现更快速的数据处理和智能决策，减少对中心服务器的依赖，提高响应速度和隐私保护。未来，6G 物联网技术将赋能更多样、立体的超能交通（如图4 所示），让新型“海-陆-空-太空”多模态自由出行成为可能，全自动驾驶汽车、飞行汽车、海空两用飞行船、太空巴士、胶囊火车、水中巴士等自由出行方式将走进人们日常生活，真正实现即时的点对点、门到门的智慧出行 [36]。6G 物联网将支持智慧交通应用的创新发展，在交通管理方面提升信息互联互通与管理的主观能动性，在出行理念方面将更加凸显“出行及服务”体验，从而实现交通事故减少、道路拥堵缓解、环境污染降低、出行更为便捷舒适的目标 [37]。

智慧交通对于 6G 物联网的需求主要体现在超低时延、精准定位和全连接通信等方面。未来无人驾驶车辆最高时速将达百公里，相对速度可达100-300km/h，为确保高速移动场景车辆行驶安全，需要 6G 物联网支持1 毫秒以下时延、百Mbps至 Gbps 量级体验速率，同时需要满足交通终端始终达到厘米级的精准定位。此外，为满足新型“海-陆-空-太空”多模态交通方式出行要求，6G 物联网需支持超过 1000 km/h 移动速度，并需要 10GHz 以下的连续大带宽频率，用以保证无缝的地面覆盖 [35]。同时，6G 物联网需打造集地面、卫星、海洋于一体的全连接通信世界，满足多模态交通出行对沙漠、无人区、海洋等“盲区”信号覆盖的要求。

3.3 智慧生态

智慧生态基于环境治理、灾害防护、长期环境检测、生物多样性维护等相关技术，旨在实现对自然环境的智能化监测、管理和保护。智慧生态是绿色化与数字化的融合，以数字化促进绿色化、推动经济社会发展全面绿色转型。随着全球环境问题日益突出，包括气候变化、生物多样性丧失和资源枯竭等，智慧生态成为保护地球生态系统的关键举措。在智慧生态场景中，未来6G 物联网可以实现对环境污染、自然灾害、生物入侵等问题的实时监测和预警，从而采取针对性的措施进行环境治理和保护。

未来的 6G 物联网将为智慧生态场景带来巨大的价值。首先，6G 物联网的高速、低延迟通信能力将使得环境监测数据的采集、传输和分析更加高效和实时。通过多传感融合、微瓦级功耗、极小尺寸等特性，可以实现对大规模的环境数据进行持续监测，包括空气质量、水质情况、土壤污染等，为环境治理和保护提供准确的数据支持。智慧生态可以利用 6G 物联网的空天地海全覆盖网络进行无人区及海洋的远程数据采集，支持偏远地区的灾害预防和土地的长期监测等；同时可以利用采集到的大量数据进行环境预测性维护、生物多样性维护等。数字孪生通过 6G 信息通信技术对森林、海洋等生态环境进行数字建模和虚拟仿真，为生态治理全流程提供支撑。

在未来智慧生态场景中，森林、海洋环境的海量数据采集和实时处理需要6G 物联网提供大规模的连接支持以及大带宽、低延迟的数据传输能力。对生态系统的全面监测和管理需要通过 6G 物联网的空天地海全覆盖网络实现。大量传感器需要部署在偏远地区并长期使用，需要 6G 物联网设备具备超低功耗的特性。

3.4 智慧零售

智慧零售是零售业数字化的显性表现形式，其核心是数据驱动，是商品、会员、门店、品牌、营销和订单交付等数字化的集合。6G 物联网将为智慧零售提供更高速率、更多连接、更广覆盖，以满足在高度动态环境中的各类零售应用需求。

6G 物联网具备智能化、自主化和共享化的特征 [38],能为智慧零售注入新的动能。智能化体现在零售终端有更强的感知能力，支持实时交互，能够实时处理多种类型的数据，具有更快的处理速度和更高层次的理解能力。自主化体现在对于无人值守的应用环境，零售终端具备极强的环境适应能力和自我管理能力，可依据现有环境进行自组织和自重构，主动处理终端故障、移动及迭代升级等动态变化，学习服务对象的个性化特征。例如，利用蜂窝无源物联网，商店管理系统可根据与传单相同的定价数据源与定价策略自动更新价格标签，避免纸质价格标签可能出现的与广告传单价格不符问题。该场景需要网络支持海量终端接入，特定零售区域的蜂窝无源设备密度可能高达 50 个/m 3[39]。共享化体现在零售终端之间不仅能够实现综合资源的共享，包括数据、知识、算力、通信资源等，使智慧零售应用能及时处理更大规模的数据和更复杂的任务，还可以通过资源共享来增强物联网的容错性，使任务处理更加可靠。

智慧零售对实时交互和边缘计算能力有着迫切需求。通过6G 物联网的高速低延迟传输，智慧零售可以实现设备、传感器和系统之间的快速数据交换。通过了解用户与 6G 设备、网络资源、业务和应用的交互方式、时间、地带和类型的模式和偏好，为用户提供个性化用户体验。边缘计算能够减少零售数据传输延迟和带宽占用，通过在边缘设备上执行智能算法，实现即时的数据处理和智能决策。