淺談物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)及應(yīng)用

夏誠(chéng)

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引言

物聯(lián)網(wǎng)是信息時(shí)代發(fā)展的重要產(chǎn)物，也是促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)和信息技術(shù)有效融合的重要手段。在物聯(lián)網(wǎng)的深度影響下，5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)深入，使得全球經(jīng)濟(jì)整體性增強(qiáng)，是未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心。為保障物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，亟須全方位地推進(jìn)5G通信技術(shù)的發(fā)展，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)建奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。因此，研究物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)及應(yīng)用具有極為重要的意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具備相應(yīng)的規(guī)律性、廣泛性等特性，主要用于解決人和物、人和人、物和物之間的連接問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的越發(fā)深入，這不僅改變了人們的生活方式，還促進(jìn)了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)的使用范圍非常廣泛，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)人人相連與物物相連，還能夠有效地促進(jìn)人和物的連接，在交通、安防、軍事以及醫(yī)療等方面均有應(yīng)用。從發(fā)展初始至今，物聯(lián)網(wǎng)的傳輸接入效率一直是重點(diǎn)探討的問題，而5G技術(shù)的深度應(yīng)用是有效解決這一問題的途徑，為物聯(lián)網(wǎng)的深度應(yīng)用提供技術(shù)支撐[2]。

1.2 5G通信技術(shù)概述

5G通信技術(shù)作為當(dāng)前最為先進(jìn)的一種通信技術(shù)，受到了學(xué)術(shù)界和行業(yè)的關(guān)注和重視。5G通信技術(shù)的運(yùn)行峰值為4G的10倍，能夠極大程度地提升信息傳送速度。將5G通信技術(shù)深入應(yīng)用到數(shù)據(jù)傳輸工作中，將大幅提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，切實(shí)有效地?cái)[脫時(shí)間和空間的限制。從本質(zhì)上來講，5G通信技術(shù)的信息承載量非常高，可以有效避免人們?cè)谑褂脮r(shí)遇到的網(wǎng)絡(luò)卡頓的問題?，F(xiàn)階段，5G通信技術(shù)已經(jīng)正式開始投放使用，有效提高了用戶的使用體驗(yàn)感，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著堅(jiān)實(shí)的支撐作用[3]。

2 5G移動(dòng)通信相關(guān)技術(shù)

2.1 SDN/NFV技術(shù)

SDN/NFV技術(shù)指應(yīng)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，能夠切實(shí)有效地推進(jìn)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全應(yīng)用。借助SDN和NFV技術(shù)的有效融合，在龐大的通信系統(tǒng)中構(gòu)建嶄新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[4]，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信軟件化和虛擬化，完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的合理分離，為現(xiàn)代5G移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展奠定更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。SDN/NFV技術(shù)是5G移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)支撐，核心組成部分為原始通信網(wǎng)絡(luò)，作為基礎(chǔ)構(gòu)建出5G通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層、控制層以及應(yīng)用層，用以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信程序的自動(dòng)調(diào)用，從而擺脫手動(dòng)配置的限制簡(jiǎn)化5G通信網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，保證5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)刻處在受控制的狀態(tài)。

2.2 全頻段通信技術(shù)

現(xiàn)階段，4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的核心工作頻段為3GHz，頻譜資源無法滿足用戶的需要。而5G移動(dòng)通信的頻段通常在28～100 GHz之間，這種采取全頻段和高頻段技術(shù)在相當(dāng)大程度上解決了通信系統(tǒng)中存在的頻譜資源缺乏的問題，同時(shí)也能夠提高通信系統(tǒng)的使用范圍和整體傳輸速率。現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展使得5G通信技術(shù)越發(fā)成熟，全頻段通信技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升移動(dòng)寬帶用戶運(yùn)用設(shè)備的密度進(jìn)行大規(guī)模機(jī)器通信，推進(jìn)了移動(dòng)終端的綜合化和多樣化發(fā)展。在現(xiàn)代電子信息技術(shù)迅猛發(fā)展下，5G通信技術(shù)的各種技術(shù)性缺陷正在被逐漸彌補(bǔ)。未來5G通信的應(yīng)用前景要更為廣闊，將會(huì)成為未來物聯(lián)網(wǎng)社會(huì)的重要支撐[5]。

2.3 直接通信技術(shù)

目前，移動(dòng)通信系統(tǒng)通常采用固定站點(diǎn)分布的方式，以基站為中心向周邊拓寬發(fā)展，實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)的有效覆蓋，用以完成通信目標(biāo)的基本構(gòu)建。實(shí)際工作的過程中，需要在相對(duì)寬敞的區(qū)域設(shè)計(jì)基站，且基站需要具備相應(yīng)的固定性，這對(duì)連接基站光纜的要求顯著提高。這說明只有處于基站的信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)，才能夠接收信號(hào)。若移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用主體和基站的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，那么信號(hào)接收便會(huì)受到巨大沖擊，整體質(zhì)量和效率難以保障。5G通信技術(shù)的研發(fā)與使用能在很大的程度上解決上述問題，明確傳統(tǒng)基站網(wǎng)絡(luò)傳輸存在的限制性問題。若將此作為核心支撐構(gòu)建通信技術(shù)平臺(tái)，即便沒有基站的支撐，也能夠完成對(duì)移動(dòng)通信數(shù)據(jù)的有效傳輸，在滿足未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展需要的同時(shí)，還能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展奠定下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6]。

2.4 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速能夠到達(dá)1Gbp/s，網(wǎng)絡(luò)流量幾乎是4G通信技術(shù)的上千倍，并且5G通信技術(shù)采用的是嶄新的無線接入技術(shù)，能夠完成對(duì)龐大通信范圍的覆蓋。為提升5G通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)覆蓋率，需在5G通信技術(shù)融合密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在5G通信技術(shù)中的主要表現(xiàn)包含以下幾點(diǎn)：首先，在移動(dòng)通信宏基站以外，布設(shè)大量高增益的天線，用以有效拓寬移動(dòng)通信的室外空間，同時(shí)還能夠增加5G通信技術(shù)的系統(tǒng)容量，提升信息處理速率和信息處理靈活性；其次，在宏基站的外部設(shè)置大量分布密集的網(wǎng)絡(luò)天線，用以促進(jìn)多通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作互動(dòng)，提升相鄰節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，保證相鄰節(jié)點(diǎn)的信噪比，保障網(wǎng)絡(luò)通信的科學(xué)性。因此，在物聯(lián)網(wǎng)新形勢(shì)下，采用嶄新的密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以保障移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，全面提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，充分展現(xiàn)出5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所具備的優(yōu)勢(shì)[7]。

3 物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下5G通信技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

5G通信技術(shù)具備良好的用戶感知和超高的數(shù)據(jù)容量，能夠有效推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)發(fā)展，充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為智慧家庭、智慧城市等應(yīng)用提供了有利條件。

3.1 智慧家庭

智慧家庭屬于最早出現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)也是和日常生活最為接近的、最能被廣大群眾所認(rèn)可的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。在其應(yīng)用場(chǎng)景中，家庭內(nèi)部的大量物品全部存在有電子標(biāo)簽，住戶可以結(jié)合智慧家庭管控系統(tǒng)，明確家庭內(nèi)部的各種物品的狀態(tài)，并作出相應(yīng)的操作。在智慧家庭的應(yīng)用過程中，主要包含兩類技術(shù)應(yīng)用，這兩類技術(shù)應(yīng)用均需要5G通信技術(shù)的支撐：首先，足夠高的帶寬速率，如4 K甚至是更高分辨率的遠(yuǎn)程對(duì)話，以VR或AR技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬搭建與應(yīng)用等；其次，低功耗和超長(zhǎng)在線，如智能遙控和自動(dòng)抄表系統(tǒng)等，用以完成對(duì)5G通信技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)窄帶物聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)發(fā)展。

3.2 智慧城市

物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)的同步發(fā)展說明現(xiàn)代社會(huì)將會(huì)逐漸進(jìn)入新時(shí)代。在智慧城市的具體應(yīng)用過程中，智慧交通等多元化管理系統(tǒng)往往需要通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的支撐完成，主要做法是連接當(dāng)前城市內(nèi)部的監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)大量圖像資源和視頻資源的同步傳輸，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)容量以及延遲具有非常高的要求。而5G通信技術(shù)所具有的大帶寬、大容量、低延遲等特性能夠滿足智慧城市建設(shè)的需求。伴隨現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，5G通信技術(shù)的商用化步伐加快，智慧城市的多項(xiàng)體系建設(shè)將會(huì)更為完善，逐漸從固定方式向固定和移動(dòng)融合的方式轉(zhuǎn)化，監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)更為完整，為智慧城市的長(zhǎng)遠(yuǎn)建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有效解決現(xiàn)階段存在的各種通信問題。

從現(xiàn)有城市工業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)來看，5G通信技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用尚且不夠深入，未來5G通信在城市工業(yè)化進(jìn)程中的應(yīng)用將會(huì)成為其發(fā)展的新趨勢(shì)。互聯(lián)網(wǎng)是智能機(jī)器間的連接，最終目標(biāo)則是實(shí)現(xiàn)人、物的連接。通過相應(yīng)軟件和大數(shù)據(jù)的支撐，重新構(gòu)建現(xiàn)有工業(yè)形態(tài)，有效激發(fā)生產(chǎn)力。5G通信無論是在移動(dòng)、延遲、穩(wěn)定性以及靈活性上都能夠滿足未來工業(yè)的發(fā)展需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真正的萬物互聯(lián)。

4 結(jié)束語

總之，伴隨現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)越發(fā)成熟，業(yè)務(wù)發(fā)展正在面臨更多的挑戰(zhàn)。在嶄新的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，對(duì)5G通信技術(shù)的需求越發(fā)迫切。萬物互聯(lián)需要綜合利用多元化的技術(shù)方案，用以構(gòu)建更為完整以及龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在未來社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將會(huì)更關(guān)注用戶的體驗(yàn)，結(jié)合用戶的基本需求和變化，有效地應(yīng)用多元化的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，科學(xué)合理地布置網(wǎng)絡(luò)基站，更好地滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，締造出更為可觀的經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益。