基于5G的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究

蔡文平

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基于5G的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究

蔡文平

中時(shí)訊通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510030

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的衍生技術(shù)，對(duì)人們的生活和社會(huì)的產(chǎn)業(yè)模式進(jìn)行了重新的定義。在未來(lái)，5G通信技術(shù)的使用，會(huì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，提高物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行效率，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生重大變革。

5G；物聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用

引言

5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)是相互依靠、相互促進(jìn)的兩種技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)了智能化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系。在我國(guó)，應(yīng)對(duì)5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的共生進(jìn)行定位，通過(guò)利用5G網(wǎng)絡(luò)，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供優(yōu)良的環(huán)境；同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展同樣為5G通信技術(shù)的發(fā)展提供依據(jù)。

1 5G發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 5G發(fā)展概述

5G，即第五代移動(dòng)通信（Fifth Generation Mobile Communication Network），其主要的研究意義在于促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展與推動(dòng)智能終端的大面積普及。歐盟是最早涉足 5G通信技術(shù)研究的組織，其在21世紀(jì)初便明確了多個(gè)5G相關(guān)的研究任務(wù)，主要涉及5G通信技術(shù)的物理層，包括新型的多載波調(diào)制技術(shù)、非正交、非同步傳輸技術(shù)等。美國(guó)、英國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家的思科、愛(ài)立信、Intel、LG、諾基亞、高通和三星等多家通信公司，也相繼投入大量的人力、物力，不斷取得新的成果。從2013年開(kāi)始，我國(guó)逐步將5G相關(guān)技術(shù)的研發(fā)任務(wù)提上日程，將5G頻譜開(kāi)發(fā)、無(wú)線通信等核心技術(shù)作為研究的重中之重，并對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中損耗、延時(shí)等性能進(jìn)行全面的評(píng)估。

1.2 5G移動(dòng)通信的特點(diǎn)

1.2.1 速度快、延時(shí)小

當(dāng)前正被廣泛應(yīng)用的4G無(wú)線通信技術(shù)已能滿足人們隨時(shí)隨地觀看高清視頻的需求，但5G比4G的傳輸速度更快，可達(dá)到10?Gbit/s。一方面，傳輸速度的提升，意味著網(wǎng)絡(luò)容量的擴(kuò)大，在同一時(shí)間內(nèi)，可以允許更多的用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。5G移動(dòng)通信在傳輸速度上的提升，大大縮短了通信過(guò)程中的傳輸延時(shí)；另一方面，各大通信設(shè)備廠商在處理信號(hào)的元器件方面做出了不小的改進(jìn)，減小了數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延和處理時(shí)延。所以，5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的總延時(shí)是非常小的。

1.2.2 采用毫米波

毫米波的頻段處于紅外波與微波的頻段之間，因此具備兩種波的特點(diǎn)，具體體現(xiàn)在傳輸容量、傳輸質(zhì)量及全天候通信等方面。

一是通信容量大。毫米波覆蓋的頻帶范圍非常寬，能夠滿足大量數(shù)字信號(hào)的傳輸要求，因此特別適合傳輸高清視頻等數(shù)字信息。

二是抗干擾能力強(qiáng)。毫米波的頻率比較高，干擾源比較少，所以毫米波信道比較穩(wěn)定和可靠。

三是全天候通信。相對(duì)于紅外線和激光來(lái)說(shuō)，毫米波對(duì)大氣中的煙霧、沙塵、降雨等的穿透能力比較強(qiáng)，能夠適應(yīng)更多的惡劣環(huán)境，保證通信系統(tǒng)的可持續(xù)工作。所以毫米波是實(shí)現(xiàn)全天候通信的不二選擇。

1.2.3 支持多連接設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)同頻全雙工

5G通信選用MIMO技術(shù)，通過(guò)部署大規(guī)模天線陣列，能夠支持幾百根天線同時(shí)工作。5G基站支持同頻全雙工，也就是發(fā)射器和接收器能夠在同一頻段同時(shí)完成接收和發(fā)送信息的任務(wù)，不僅保證了較低的延時(shí)，而且大大提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。所以對(duì)比現(xiàn)在4G網(wǎng)絡(luò)只能夠支持?jǐn)?shù)量不多的手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備同時(shí)接入，5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

1.2.4 需要建設(shè)大量的小基站

一方面，毫米波穿透能力較差，所以它在空氣中傳播的過(guò)程中就會(huì)有很大的衰減；另一方面，毫米波的波長(zhǎng)很短，故其元件尺寸可以做得非常小。正是這兩點(diǎn)，使部署大量的小基站成為了現(xiàn)實(shí)。有一點(diǎn)需要說(shuō)明的是，由于小基站體積小，其額定功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)基站，因此無(wú)需擔(dān)心部署大量的小基站會(huì)消耗較多的功率。

2 物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀分析

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是一種由感知層面、網(wǎng)絡(luò)傳播層面和應(yīng)用層面聯(lián)合組成的一種傳感網(wǎng)絡(luò)體系。這種網(wǎng)絡(luò)體系連接了計(jì)算機(jī)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到本階段的又一次信息產(chǎn)業(yè)的新突破。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)打破人們溝通的瓶頸，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有非常廣泛的發(fā)展前景。

5G的大規(guī)模MIMO技術(shù)使基站在每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備周圍組成天線陣列，足以形成對(duì)各種傳感和控制節(jié)點(diǎn)的信息傳輸全覆蓋網(wǎng)絡(luò)。基于5G的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“物”與“網(wǎng)”的直連，在近端將物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備直接連接至5G基站，或者基于D2D技術(shù)使設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與管理終端直連；遠(yuǎn)端感知層數(shù)據(jù)直接基于5G網(wǎng)絡(luò)傳輸。通過(guò)5G的鑒權(quán)，加密技術(shù)可增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。?yīng)用層根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和操作，對(duì)遠(yuǎn)端感知層設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和遙控。

3 5G和物聯(lián)網(wǎng)相融合

3.1 更快速

現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)主要基于Wi-Fi、ZigBee連接至網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)連接或傳輸數(shù)據(jù)量過(guò)大時(shí)，由于帶寬容量、設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力等限制易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞、增加網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，因此感知層數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)傳輸?shù)綉?yīng)用層或者管理員終端。如車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，高速行駛的汽車需對(duì)攝像頭、雷達(dá)等采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理和研判，而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的高延時(shí)較難實(shí)時(shí)滿足車輛安全、快速通行的需求。5G采用大規(guī)模MIMO技術(shù)，形成類似于Wi-Fi的天線陣列，它的大容量特性使每一個(gè)智能設(shè)備可以直接與5G基站連接，甚至在近距離下使用D2D技術(shù)直連。當(dāng)智能終端設(shè)備產(chǎn)生感知數(shù)據(jù)時(shí)，可直接通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩舻氖謾C(jī)上，通知用戶進(jìn)行信息研判及下一步操作。

3.2 更便捷

基于5G的物聯(lián)網(wǎng)更利于新網(wǎng)絡(luò)的搭建、維護(hù)、監(jiān)測(cè)。智能終端設(shè)備與用戶隨身攜帶的5G手機(jī)的直連不需要進(jìn)行新的布線規(guī)劃，減少了對(duì)現(xiàn)有建筑環(huán)境的破壞。例如采用此技術(shù)對(duì)老舊建筑的現(xiàn)代化智能改造可以避免綜合布線對(duì)既有建筑物和裝潢的損壞。5G通過(guò)毫米波通信，而毫米波通信有利于設(shè)備小型化、便捷化。

3.3 更經(jīng)濟(jì)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與5G手機(jī)的直連使感知層數(shù)據(jù)直接通過(guò)5G基站傳輸，減少了網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備的使用，例如常用的ZigBee、路由器、交換機(jī)等都不再需要，可以節(jié)省設(shè)備的購(gòu)買、安裝、維護(hù)、升級(jí)等費(fèi)用。5G與物聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展將大幅提高5G網(wǎng)絡(luò)的接入設(shè)備數(shù)量規(guī)模，也為物聯(lián)網(wǎng)提供新的互聯(lián)網(wǎng)接入方式。

基于5G的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)更優(yōu)、速度更快、安全性更高、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)更好，待5G技術(shù)成熟并正式商業(yè)運(yùn)行后，可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品成為新的物聯(lián)網(wǎng)搭建解決方案。在城市建成區(qū)的智能化升級(jí)、老舊樓層的現(xiàn)代化改造、偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)的技術(shù)普及等場(chǎng)景中，5G與物聯(lián)網(wǎng)的融合整套解決方案將具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，我國(guó)的技術(shù)水平、民眾意識(shí)、國(guó)家政策等，都使得我國(guó)的5G通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展處于世界前列。我國(guó)有實(shí)力憑借5G網(wǎng)絡(luò)下的物聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展，提高我國(guó)的社會(huì)生產(chǎn)力，促進(jìn)我國(guó)從世界大國(guó)走向世界強(qiáng)國(guó)，引領(lǐng)全球技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和文化的發(fā)展。

[1]肖清華. 蓄勢(shì)待發(fā)、萬(wàn)物互連的5G技術(shù)[J]. 移動(dòng)通信，2015（1）：33-36.

[2]趙晨. 5G網(wǎng)絡(luò)多場(chǎng)景覆蓋策略研究[J]. 信息通信，2019（9）：227-229.

[3]張旸. 談5G發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)潛力激發(fā)[J]. 江蘇通信，2016，32（2）：61-62.

5G-Based Internet of Things Application Research

Cai Wenping

China Times Communications Construction Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510030

The Internet of Things as a derivative technology of the Internet has redefined the people’s life and the social industry model. In the future, the use of 5G communication technology will promote the development of the Internet of Things and improve the operational efficiency of the Internet of Things. The development of the Internet of Things terminal will have major changes.

5G; Internet of Things; Application

TN929.5；TP391.44

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