5G無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代

王曉聞

(銀川能源學(xué)院 電力學(xué)院，寧夏 銀川 750003)

0 引 言

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)正在持續(xù)高速增長(zhǎng)。2011年，國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模只有2 600億元，2016年超過(guò)9 300億元，增速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他行業(yè)。但是，我國(guó)80%以上的RFID核心芯片、100%的物聯(lián)網(wǎng)微機(jī)電系統(tǒng)傳感器仍然依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口。我國(guó)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代(4G)，正在走向5G。需將無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中，以最低成本建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)代生活、生產(chǎn)與服務(wù)方式的革命性升級(jí)。

1 無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

1986年，在芝加哥出現(xiàn)了“大哥大”。它屬于1G無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)，只能進(jìn)行語(yǔ)音傳輸，而且語(yǔ)音質(zhì)量差、信號(hào)不穩(wěn)定、覆蓋范圍有限[1]。1996年，2G手機(jī)上市，語(yǔ)音品質(zhì)高、信號(hào)穩(wěn)定、涵蓋范圍廣，通信具有高度的保密性，系統(tǒng)容量也有很大增加，并實(shí)現(xiàn)了手機(jī)上網(wǎng)，可以接收電子郵件。2008年，國(guó)際電信聯(lián)盟正式公布3G標(biāo)準(zhǔn)。2009年，3G手機(jī)在我國(guó)上市。它的通信質(zhì)量好、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強(qiáng)，還可以傳輸畫(huà)面信號(hào)和大量數(shù)據(jù)。用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)收發(fā)語(yǔ)音郵件、進(jìn)行視頻通話(huà)、遠(yuǎn)程辦公、看電視以及非現(xiàn)金支付購(gòu)物。2013年，我國(guó)進(jìn)入4G時(shí)代。2018年，我國(guó)4G手機(jī)用戶(hù)超過(guò)11億。盡管4G手機(jī)外觀(guān)與3G手機(jī)看起來(lái)一樣，但4G手機(jī)下載速度達(dá)到100 Mb/s，上傳速度達(dá)到20 Mb/s，可以播放高清視頻，進(jìn)行GPS導(dǎo)航定位。目前，世界各國(guó)正在積極研發(fā)5G技術(shù)，我國(guó)也正在進(jìn)行5G布局。

4G無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括無(wú)線(xiàn)終端、4G接入網(wǎng)和4G核心網(wǎng)三部分。4G無(wú)線(xiàn)終端覆蓋了11億部4G手機(jī)和難以統(tǒng)計(jì)的其他終端(這些手機(jī)正在向智能化方向升級(jí))。4G接入網(wǎng)通過(guò)RNC設(shè)備實(shí)現(xiàn)11億部4G手機(jī)及其他無(wú)線(xiàn)終端與通信網(wǎng)絡(luò)的連接，4G核心網(wǎng)則進(jìn)行通信過(guò)程中的信息處理。

2 物聯(lián)網(wǎng)

1990年，美國(guó)施樂(lè)公司推出網(wǎng)絡(luò)可樂(lè)售賣(mài)機(jī)。1999年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首次提出“物聯(lián)網(wǎng)”。2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟正式使用“物聯(lián)網(wǎng)”一詞。此后，韓國(guó)、日本、歐盟、美國(guó)與我國(guó)開(kāi)始競(jìng)相研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)[2]。2016年，全球物聯(lián)網(wǎng)安裝設(shè)備接近150億臺(tái)，全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)7 000億美元。

物聯(lián)網(wǎng)是因特網(wǎng)的應(yīng)用拓展，通過(guò)GPS、紅外感應(yīng)器、射頻識(shí)別和激光掃描器等傳感器，將網(wǎng)絡(luò)與物品連接起來(lái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換和無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的識(shí)別、GPS定位/追蹤、遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。簡(jiǎn)言之，物物互聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護(hù)、車(chē)輛交通、醫(yī)療服務(wù)、公共安全、智能家居、遠(yuǎn)程護(hù)理、水源監(jiān)測(cè)、商品溯源、城市管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及工業(yè)制造等許多領(lǐng)域都有廣泛用途。目前，美國(guó)正在著力建造“智慧地球”。東芝應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能工廠(chǎng)，上海浦東機(jī)場(chǎng)、濟(jì)南園博園也已經(jīng)應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)包括RFID感知技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和云計(jì)算。

物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以劃分為三個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層是物聯(lián)網(wǎng)信息的源頭，由RFID標(biāo)簽、二維碼標(biāo)簽、GPS等各種傳感器和接入網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，通過(guò)傳感器采集信息數(shù)據(jù)，利用RFID芯片完成信號(hào)發(fā)射與識(shí)別，在接入網(wǎng)關(guān)匯總所有數(shù)據(jù)信息并向后臺(tái)傳送。網(wǎng)絡(luò)層由云計(jì)算平臺(tái)、廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成，負(fù)責(zé)傳輸和處理來(lái)自感知層的信息，并將信息傳送至應(yīng)用層。應(yīng)用層連接終端用戶(hù)，面向不同行業(yè)、不同用戶(hù)提供多元化、人性化服務(wù)。廣大用戶(hù)可以通過(guò)終端了解自己所需要的信息，并自主開(kāi)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的各種智能應(yīng)用。

盡管世界各國(guó)都在積極研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)，但從總體上來(lái)看，仍然停留在概念炒作階段，離真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物智能物聯(lián)還有一定的距離。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，而且物聯(lián)網(wǎng)給一切物品加上了網(wǎng)址，網(wǎng)址數(shù)量呈幾何指數(shù)增長(zhǎng)?，F(xiàn)有的IPv4資源無(wú)法滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要，向IPv6過(guò)渡還要考慮如何兼容與升級(jí)。物聯(lián)網(wǎng)的五大核心技術(shù)如何在實(shí)踐中融合，如何保證物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全與用戶(hù)隱私，如何實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物低成本互聯(lián)，是亟待突破的難點(diǎn)。

今后，物聯(lián)網(wǎng)將延伸產(chǎn)業(yè)鏈，主動(dòng)追求產(chǎn)業(yè)融合，走向智能化與IP化。當(dāng)前，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我國(guó)亟待突破RFID技術(shù)，亟待發(fā)展具有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高頻、高兼容射頻識(shí)別技術(shù)。

3 無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)建立在無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的基礎(chǔ)上。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)展了互聯(lián)網(wǎng)的范圍。物聯(lián)網(wǎng)又建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，所以無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信與物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交集，兩者之間存在著融合的基礎(chǔ)。無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的終端與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層接口存在共通性，無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已經(jīng)超過(guò)30年，用戶(hù)數(shù)以十億計(jì)，技術(shù)發(fā)展日趨成熟，網(wǎng)速達(dá)到100 Mb/s(5G網(wǎng)速將達(dá)到10 GB/s)，幾乎實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有發(fā)達(dá)國(guó)家的全方位覆蓋，完全可以充當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層[3]。無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信已經(jīng)擁有管理、維護(hù)4G網(wǎng)絡(luò)的成熟經(jīng)驗(yàn)，物聯(lián)網(wǎng)可以通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。最重要的是，基于無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信為物聯(lián)網(wǎng)建立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)省大量費(fèi)用與通信成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電信事業(yè)轉(zhuǎn)型(目前傳統(tǒng)電信市場(chǎng)已經(jīng)飽和，亟待尋找新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn))。

國(guó)內(nèi)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信商應(yīng)該主動(dòng)攜手物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，通過(guò)融資、合并等方式進(jìn)行雙向融合，依靠無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)打造物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層，將無(wú)線(xiàn)移動(dòng)終端設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)，讓11億部手機(jī)變身為物聯(lián)網(wǎng)的傳感器(手機(jī)掃描商品二維碼獲取它的產(chǎn)地信息，已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用形式)。利用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)提供無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，從而充當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支撐。主動(dòng)拓展無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的信息傳輸內(nèi)容，不僅為用戶(hù)提供語(yǔ)音、視頻信息，而且可為用戶(hù)提供所需物品的信息。因此，完全可以預(yù)見(jiàn)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中的前景。

3.1 智能出行

當(dāng)每一輛汽車(chē)都接入交通物聯(lián)網(wǎng)后，交管部門(mén)可以根據(jù)GPS動(dòng)態(tài)定位，利用云計(jì)算合理指揮、分流車(chē)輛流量。用戶(hù)也可以將手機(jī)直接接入交通物聯(lián)網(wǎng)，由交通物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算、選擇最佳行車(chē)路線(xiàn)。

3.2 智能監(jiān)控

當(dāng)所有的住宅與商用樓都覆蓋公共安全物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)傳感器后，警方可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)犯罪事件并及時(shí)出警。用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)對(duì)自己的家庭、子女實(shí)施視頻監(jiān)控。

3.3 智能醫(yī)療

病人及家屬可以通過(guò)手機(jī)追查醫(yī)院里血液、藥品、疫苗、針劑從生產(chǎn)到使用的全部信息，對(duì)保護(hù)病人生命安全、減少“長(zhǎng)春長(zhǎng)生疫苗”等醫(yī)療事故意義重大。

3.4 智能工廠(chǎng)

當(dāng)制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建成后，用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)把自己對(duì)產(chǎn)品的要求發(fā)送給設(shè)計(jì)師。設(shè)計(jì)師根據(jù)用戶(hù)的意見(jiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，投入智能生產(chǎn)線(xiàn)，很快就可以制造出讓用戶(hù)滿(mǎn)意的產(chǎn)品(無(wú)論是轎車(chē)、服裝還是鞋子)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化生產(chǎn)。由于產(chǎn)品也接入了物聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)還可以通過(guò)手機(jī)就產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行追責(zé)(甚至可以追溯到是哪一個(gè)環(huán)節(jié)存在問(wèn)題)。

3.5 智能建筑業(yè)

建筑業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的工廠(chǎng)化生產(chǎn)、組裝，提高房地產(chǎn)建設(shè)的機(jī)械化水平，減少建筑工人數(shù)量節(jié)約大量原材料、能源與水，減少環(huán)境污染。所有的建筑預(yù)制構(gòu)件都接入物聯(lián)網(wǎng)，徹底解決當(dāng)前建筑材料以次充好、無(wú)法保證建筑質(zhì)量的問(wèn)題。用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)參與房屋的設(shè)計(jì)與組裝過(guò)程，打造讓自己放心的家。

3.6 智能文娛

體育舞蹈中心、網(wǎng)球俱樂(lè)部可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)尋找場(chǎng)地，合理安排時(shí)間，并通過(guò)手機(jī)組織人們?nèi)⒓游璧妇W(wǎng)球等體育活動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)與融媒體的結(jié)合，將使用戶(hù)獲得通過(guò)手機(jī)制作電視和其他文化娛樂(lè)節(jié)目的權(quán)利。融媒體也可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)上收集的信息、數(shù)據(jù)分析每一部節(jié)目的收視率，提高節(jié)目質(zhì)量，不斷推出精品。

3.7 智能物流

物流物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)智能物流。當(dāng)用戶(hù)在線(xiàn)上購(gòu)買(mǎi)一件商品時(shí)，物流物聯(lián)網(wǎng)便自動(dòng)建立用戶(hù)手機(jī)與商品之間的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)，尋找距用戶(hù)距離最近的商儲(chǔ)地發(fā)貨。用戶(hù)可以通過(guò)GPS實(shí)時(shí)監(jiān)控商品的運(yùn)輸，而快遞小哥也通過(guò)物流物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算出最短路線(xiàn)將商品送到用戶(hù)手里，讓雙方都滿(mǎn)意，節(jié)約物流成本，提高物流效率

4 結(jié) 論

無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信與物聯(lián)網(wǎng)的融合，將為人們創(chuàng)造一個(gè)更美好的新時(shí)代，應(yīng)該加速雙方的融合，讓這個(gè)新時(shí)代早日到來(lái)。