5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與技術(shù)分析

山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 裴 亮

首版5G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，代表5G時(shí)代真正到來(lái)，當(dāng)前各國(guó)都加快了5G網(wǎng)絡(luò)部署步伐，為5G通信技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。當(dāng)前，多個(gè)領(lǐng)域都在積極融合并引進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)，以通過(guò)5G通信技術(shù)促進(jìn)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是5G通信技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大與發(fā)展速度的加快，其對(duì)應(yīng)用技術(shù)提出了更高要求；同時(shí)，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境形成過(guò)程中，一定程度上促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，滿足了當(dāng)代物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)及發(fā)展需求。為此，本文著重分析5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀，促使5G和物聯(lián)網(wǎng)建立更密切的聯(lián)系。

在物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)發(fā)展過(guò)程中，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)提出了更高的技術(shù)需求，而5G通信技術(shù)能夠有效推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，滿足新時(shí)期各領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)提出的技術(shù)新要求。在5G技術(shù)體系中，有一些關(guān)鍵技術(shù)可以從基本上推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，促使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)入到更深層次和更廣領(lǐng)域。為此，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域需要深刻理解5G通信技術(shù)相關(guān)內(nèi)涵與概念，并積極建立和物聯(lián)網(wǎng)有機(jī)融合，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展。

1 5G和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)介紹

1.1 5G通信技術(shù)

所謂5G，就是第5代移動(dòng)通信技術(shù)，屬于前代蜂窩通訊技術(shù)的有效延伸。目前商用性質(zhì)5G頻譜帶寬可延伸至100 MHz，持續(xù)加寬的頻譜已經(jīng)成為移動(dòng)通訊發(fā)展的重要趨勢(shì)。在2G時(shí)代下，頻譜帶寬只能達(dá)到200 KHz，這種狀態(tài)下只可傳遞語(yǔ)音文字；到了3G時(shí)代，頻譜帶寬延伸至5 MHz，成就了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代；而到了4G時(shí)代，頻譜帶寬可達(dá)到20 MHz，能夠滿足流暢播放視頻的要求?；谕ㄓ嵓夹g(shù)歷代發(fā)展特點(diǎn)，5G通訊技術(shù)會(huì)呈現(xiàn)更高每秒傳輸能效和速率，與前代通訊技術(shù)相比，5G通信技術(shù)其傳輸速率最高可以達(dá)到10 Gbis/s，這一速率不僅僅比之前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)要高，并且已經(jīng)超出了當(dāng)前的有線互聯(lián)網(wǎng)。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)延遲方面，4G的ping在30ms至70ms區(qū)間，但5G能夠做到小于1 ms。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是各種物品在實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)之后，基于RFID傳感技術(shù)把所獲取信息傳輸至互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，再通過(guò)物品內(nèi)置軟件和硬件系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是依靠傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，并可以進(jìn)行有效操作。物聯(lián)網(wǎng)基于其工作模式，主要包含三層結(jié)構(gòu)，分別是應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層，其中感知層主要是進(jìn)行信息的獲取，網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和操作。物聯(lián)網(wǎng)中三層結(jié)構(gòu)在協(xié)同合作過(guò)程中，真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物相聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中應(yīng)用的各種技術(shù)，主要應(yīng)用在這三層關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)當(dāng)中，包括云計(jì)算技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)等，在各種技術(shù)和相關(guān)結(jié)構(gòu)層協(xié)調(diào)管理過(guò)程中，構(gòu)建起完整的物聯(lián)網(wǎng)體系。

2 5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

5G時(shí)代的到來(lái)，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要機(jī)遇。物聯(lián)網(wǎng)作為重要的信息承載平臺(tái)，其最主要的技術(shù)就是通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行收集、運(yùn)算、分析與感知，進(jìn)而對(duì)物實(shí)現(xiàn)管理、反饋和優(yōu)化；同時(shí)向人提供實(shí)時(shí)反饋信息。在互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，信息傳輸可靠性、及時(shí)性、競(jìng)爭(zhēng)性、穩(wěn)定性都會(huì)影響到物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行效率和效能，將5G通信技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，能夠使物聯(lián)網(wǎng)加快信息傳輸速率，賦予物聯(lián)網(wǎng)更高效能。接下來(lái)，本文著重結(jié)合5G通信技術(shù)，分析5G時(shí)代下的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)。

2.1 基于5G的商業(yè)應(yīng)用，不斷優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體驗(yàn)

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，信息傳輸屬于重要基礎(chǔ)功能，而5G的應(yīng)用能使信息傳輸效率顯著提升。5G通信技術(shù)在未實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的時(shí)候，物聯(lián)網(wǎng)必須通過(guò)其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或是4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，而在4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，信息傳輸速率相對(duì)較低，并且具有較長(zhǎng)的延時(shí)，這一定程度上會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知效果與反應(yīng)速度產(chǎn)生影響。雖然無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可對(duì)這一弊端加以緩解，但受到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有限的輻射范圍影響，也會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍產(chǎn)生限制；另外，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中對(duì)所連接終端數(shù)量也有限制要求。在我國(guó)發(fā)放首批5G商用牌照之后，5G技術(shù)能夠使物聯(lián)網(wǎng)在信息傳輸層面打破傳輸速率的障礙，通過(guò)應(yīng)用5G通信技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用體驗(yàn)。

2.2 5G加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有助于擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域

目前中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信等通信運(yùn)營(yíng)商都在加速布局5G基站，5G基礎(chǔ)設(shè)施也加快了建設(shè)進(jìn)度。5G基站數(shù)量的快速提升，使基站利用效率不斷增加，一些通信運(yùn)營(yíng)商也開始轉(zhuǎn)變?cè)兴季S，推進(jìn)5G基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)共享，以緩解5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)存在的不足。隨著5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，將

快速擴(kuò)大5G覆蓋區(qū)域，這將使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也隨之?dāng)U大了其應(yīng)用領(lǐng)域。比如：在5G覆蓋區(qū)域持續(xù)擴(kuò)大過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)可通過(guò)應(yīng)用5G通信技術(shù)，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在智慧安防管理、智能交通系統(tǒng)、智慧城市管理等多領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)進(jìn)一步擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將大幅提升整體盈利能力，促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展并持續(xù)迭代，最終步入良性發(fā)展循環(huán)。

2.3 在5G改進(jìn)信息安全技術(shù)過(guò)程中，有利于擴(kuò)大互聯(lián)網(wǎng)客群

在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，其客群擴(kuò)大步伐一直相對(duì)緩慢。這不僅是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)存在體驗(yàn)不佳的實(shí)際情況，也和物聯(lián)網(wǎng)存在一定信息安全問(wèn)題有很大的關(guān)系；特別在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到信息管理、安防管理等領(lǐng)域中，客戶更加看重信息安全性，此點(diǎn)不足一定程度上也阻礙了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍的全面擴(kuò)大。5G通信技術(shù)比較看重信息安全保護(hù)，并在此方面加大了技術(shù)研發(fā)力度，所以目前5G可以在基本不影響信息傳輸性能條件下使信息安全性得到顯著提升。將

5G應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，能夠有效推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；反之，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也將在5G安全信息技術(shù)支持下，更有力的吸引大量客群，促使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，提高客群覆蓋率。目前國(guó)家、各行業(yè)、各企業(yè)均高度關(guān)注5G技術(shù)安全，所以5G在建設(shè)與發(fā)展過(guò)程中，非常重視信息傳輸安全，這將使得5G應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中之后，促使物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)獲得更好得發(fā)展。

3 物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.1 SDN/NFV技術(shù)

可拓展技術(shù)在5G通訊技術(shù)中屬于一種關(guān)鍵性技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用非常廣泛。隨著云計(jì)算、云儲(chǔ)存、三網(wǎng)融合等技術(shù)的出現(xiàn)，其要求移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)具備更大帶寬與更快網(wǎng)速，而這種客觀需求一定程度上促進(jìn)了5G技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全是各領(lǐng)域比較關(guān)注的熱點(diǎn)，因此5G必須加大力度研究安全技術(shù)。SDN/NFV技術(shù)有助于提升網(wǎng)絡(luò)安全性，其在5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中可建立起新型通信架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通訊的虛擬化和軟件化，同步為數(shù)據(jù)提供隔離支持，促使5G技術(shù)更加完善。5G通信技術(shù)可基于傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建基礎(chǔ)層和應(yīng)用層，并可有效調(diào)用自動(dòng)化程序，促使5G通信技術(shù)提高管理效果和管理水平。在5G通信技術(shù)下，網(wǎng)絡(luò)管理功能更加簡(jiǎn)化；在系統(tǒng)運(yùn)行中，5G通信系統(tǒng)可以始終保持被控制狀態(tài)，其可對(duì)物聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)提供重要支持。

3.2 全頻段通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用于4G通信技術(shù)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)工作頻段主要是3 GHz；通過(guò)應(yīng)用5G通信技術(shù)，可基于該技術(shù)當(dāng)中的高頻段技術(shù)和全頻段技術(shù)有效解決頻譜資源缺失或者過(guò)少等問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上全面提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，顯著增加系統(tǒng)容量。在5G技術(shù)持續(xù)完善和發(fā)展過(guò)程中，5G通信頻段可進(jìn)一步拓展應(yīng)用范圍，這將更加明顯的提升通信傳輸效率，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量。5G通信技術(shù)目前利用的基本上都是全頻段通信技術(shù)，用戶在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)器通信，并確保通信穩(wěn)定可靠，這一技術(shù)有利于推動(dòng)移動(dòng)終端的微型化、多元化發(fā)展。5G還可通過(guò)高頻毫米天線實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射，由于該天線具有小型化、增益高等特點(diǎn)，有助于持續(xù)改進(jìn)與完善5G通信技術(shù)，而將其應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，也將有效推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3.3 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)其網(wǎng)絡(luò)流量可到達(dá)4G通信技術(shù)千倍甚至更高，并且在無(wú)線接入技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，可顯著提升5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)整體覆蓋率。5G通信技術(shù)通過(guò)應(yīng)用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有助于促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展與完善。密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于5G通信技術(shù)中，可在布置通信宏基站基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高增益天線的布設(shè)，以進(jìn)一步擴(kuò)大室外通信空間，并顯著增加5G系統(tǒng)容量，有效提升5G網(wǎng)絡(luò)下的信息處理靈活性。同時(shí)，在宏基站布置基礎(chǔ)上，還可布置密集網(wǎng)絡(luò)天線，通過(guò)發(fā)揮密集網(wǎng)絡(luò)天線功能的作用，通信網(wǎng)絡(luò)可增加協(xié)作效率，促使相鄰節(jié)點(diǎn)通信具有更高靈活性、有效性，并同步改善相鄰節(jié)點(diǎn)之間存在的信噪比?；诿芗W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可有效增強(qiáng)5G通信網(wǎng)絡(luò)下的空間動(dòng)態(tài)變化和時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，全面增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，提升網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)應(yīng)用其相關(guān)技術(shù)，也可促使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、高效。

結(jié)束語(yǔ)：物聯(lián)網(wǎng)在和大數(shù)據(jù)技術(shù)融合過(guò)程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)更加多樣化，融合了新技術(shù)后的物聯(lián)網(wǎng)能夠加快實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)目標(biāo)。目前，物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有技術(shù)水平難以滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的需求，所以，有必要將5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)相融合。在5G優(yōu)勢(shì)技術(shù)推動(dòng)下，滿足物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)确矫娴男滦枨?，提升社?huì)智能化程度。在5G時(shí)代下，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域要充分認(rèn)識(shí)到5G通信技術(shù)為自身帶來(lái)的機(jī)遇，并積極的將5G技術(shù)深入應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展。