論述物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術(shù)應用

【摘要】? ? 近年來，信息時代基于計算機、數(shù)據(jù)電子為媒介，結(jié)合人和事物，以“梅特卡夫定律為主要觀點，旨在描繪人和數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)性和價值性。羅伯特·梅特卡夫認為，網(wǎng)絡的價值與聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)的平方呈正比，用戶數(shù)與網(wǎng)絡價值的增長的平方成比例。這意味著網(wǎng)絡效應正以前所未見的指數(shù)級增長沁入人們的生活，向世界展現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的概念?！叭f物互聯(lián)”向我們展現(xiàn)一個高度智能化的生活場景模式——想象一下，人臉識別，機器人管家，AI智能虛擬場景構(gòu)建，這些科技大片中呈現(xiàn)的場景?，F(xiàn)如今，在泛互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的背景下，5G通信技術(shù)作為“萬物互聯(lián)”的核心必將不斷迭代。基于此，筆者分析了5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)背景下的優(yōu)勢、具體應用。這將有助于發(fā)揮5G技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的優(yōu)勢，為人們的生產(chǎn)帶來更多便利。并提出物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術(shù)的發(fā)展前景分析，將云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)計算技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)相結(jié)合，可以利用5G物聯(lián)網(wǎng)云計算方式，讓整個社會的運行更加智能化、便捷化，以此實現(xiàn)萬物互聯(lián)的時代趨勢。

【關(guān)鍵詞】? ? 物聯(lián)網(wǎng)? ? 5G通信技術(shù)? ? 網(wǎng)絡安全? ? 發(fā)展

引言：

當前，經(jīng)濟全球化、市場經(jīng)濟的快速融合，使得信息技術(shù)、通信技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了技術(shù)條件。技術(shù)條件的局限性使得物聯(lián)網(wǎng)難以達到預期的效果，5G通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)正處于早期發(fā)展階段，要在網(wǎng)絡環(huán)境中獲得技術(shù)優(yōu)勢還有很長的路要走。

一、物聯(lián)網(wǎng)

（一）技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)可分為感知、網(wǎng)絡和應用?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡延伸，物聯(lián)網(wǎng)的用戶和信息交換延伸通信網(wǎng)絡，構(gòu)建成事物和事物、事物與人物、人物與數(shù)據(jù)的組合。進一步細化可知，通過智能感知、識別技術(shù)、分布式計算等通信識別技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)利用局域網(wǎng)，連接傳感器和控制器，兼容所有應用，包括互聯(lián)網(wǎng)上的所有資源，實現(xiàn)人與物、物與物連接。

（二）物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)核

物聯(lián)網(wǎng)是技術(shù)進步的產(chǎn)物，通過建立物與物之間的聯(lián)系，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)來發(fā)展、完善信息，可以有效地實現(xiàn)各種信息交流。在物聯(lián)網(wǎng)中，人們將電子標簽應用到各種物理對象上，電子標簽包含了基本信息。物聯(lián)網(wǎng)是當今各領(lǐng)域發(fā)展的重要方向，對促進經(jīng)濟發(fā)展、提高人民生活水平具有重要的促進價值。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的逐步完善為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件，5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用，必將帶動物聯(lián)網(wǎng)更快的發(fā)展。

通過上述所表述的，實現(xiàn)人與物、物與物連接，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)各種信息交換，完善互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有信息，是技術(shù)進步的產(chǎn)物之一。物聯(lián)網(wǎng)在各個領(lǐng)域的發(fā)展方向不同。例如，將電子標簽應用到各種物理對象上，將物與物之間通過數(shù)據(jù)進行傳導。

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的構(gòu)建為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展構(gòu)造有利條件，逐步完善、創(chuàng)造5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用，可促進經(jīng)濟發(fā)展，提高人民生活水平，必將帶動物聯(lián)網(wǎng)的更快發(fā)展。

二、5G 通信技術(shù)

（一）5G 通信技術(shù)概念

5G通信技術(shù)是一種低網(wǎng)絡時延、低功耗、高數(shù)據(jù)速率的移動通信，伴隨國家對5G通信技術(shù)的研究力度，該技術(shù)的應用、傳播滲透進各行各業(yè)，未來該技術(shù)應用必將加速信息化，這也致使通信技術(shù)在高強度的發(fā)展中持續(xù)性推動。

（二）5G 通信技術(shù)特征

1.數(shù)據(jù)流量增長

在生產(chǎn)生活領(lǐng)域，網(wǎng)絡成為越來越重要的元素之一，因此需要更先進的移動通信技術(shù)來維持正常的生活活動，實現(xiàn)信息的高效傳輸。5G通信技術(shù)增加了信息傳輸容量，數(shù)量流量也顯著升高。

2.聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量擴大

5G通信技術(shù)鏈接聯(lián)網(wǎng)設備，使設備的應用在網(wǎng)絡和通信工程中發(fā)揮著重要作用。因此，信息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量、網(wǎng)絡覆蓋范圍都與設備數(shù)量息息相關(guān)。假設設備數(shù)量較少，網(wǎng)絡范圍相對有限，5G通信技術(shù)就會受阻，無法確保網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。

3.峰值速率升高

5G通信在4G技術(shù)的基礎(chǔ)上提升了速度、峰值。在網(wǎng)絡傳輸中，5G通信技術(shù)的峰值速度優(yōu)勢明顯，4G傳輸速度最高可達600Mbps，5G通信技術(shù)可達4G最高速度的10倍，[2]保證了信息傳輸?shù)募皶r性。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)形式下 5G 通信技術(shù)的應用

（一）SDN/NFV技術(shù)

在某種程度上，5G通信技術(shù)可以幫助建立相應的發(fā)展規(guī)劃。軟件、虛擬化的實現(xiàn)對5G通信技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用。 SDN、NFV是5G通信技術(shù)的基礎(chǔ)，可以有效地創(chuàng)建控制層、管理層、應用層。在一定程度上，簡化通信網(wǎng)絡的管理模式，實現(xiàn)多層次、多規(guī)模的自動調(diào)整，從而可以省去人工操作步驟，不斷優(yōu)化網(wǎng)絡系統(tǒng)，充分融合5G通信技術(shù)、SDN、NFV技術(shù)，可以以某種方式提高無線信號覆蓋性能。構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，這種虛擬網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以很好地滿足網(wǎng)絡各行各業(yè)的要求。[3]

（二）遠程醫(yī)療治療及手術(shù)

5G通信技術(shù)+物聯(lián)網(wǎng)的形式，融合時間、空間維度，是的距離不再是跨度。在醫(yī)療科技中，應用該技術(shù)，拉近了醫(yī)患之間的距離。

福建醫(yī)科大學孟超肝膽醫(yī)院通過高清圖片、信號傳輸、機器人手術(shù)鉗遙控、電刀等手段，遠程控制在50公里外的機器人手術(shù)鉗切除豬肝小葉。同年3月16日，中國人民解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院成功完成韓國首例5G遠程人體手術(shù)——帕金森病“腦起搏器”移植。凌志培主任在5G移動網(wǎng)絡的指導下進行心臟起搏器植入手術(shù)。凌主任說“這是一次異常的跨區(qū)域手術(shù)、指導。信息技術(shù)、醫(yī)療保健技術(shù)幫助患者降低醫(yī)療保健成本，在醫(yī)學領(lǐng)域意義非凡?！边@是華為與中國聯(lián)通福建分公司、福建醫(yī)科大學、蘇州康多機器人有限公司合作應用5G5G通信技術(shù)的成功案例。

（三）全頻段技術(shù)

5G通信技術(shù)核心取決于全頻段，全頻段可有效解決頻譜資源。在5G通信技術(shù)中利用全頻段，整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的傳輸效率將提高。目前，全頻段技術(shù)發(fā)展還不成熟，但未來技術(shù)發(fā)展空間巨大。

（四）虛擬現(xiàn)實無人機

基于5G技術(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)無人機提供實時超高清視頻傳輸、遠程低時延控制、大容量數(shù)據(jù)處理等非常重要的功能。

1.在線直播

全景攝像頭完成視頻流的采集、拼接、處理，5G網(wǎng)絡下行傳輸給用戶可以隨時隨地通過終端感受情景變化。

2.遠程配送

低空無人機可以通過遙控、自動飛行將包裹（小貨物）自動運送到目的地，避免交通擁堵，消除地形干擾，提高交付效率。

3.農(nóng)林植保

無人機的負載實現(xiàn)植保機械化，5G網(wǎng)絡的結(jié)合，實現(xiàn)無人機與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)交換。云平臺對負載采集的實時數(shù)據(jù)進行分析，支持數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)遠程操作。

4.智能交通

智能交通運營商模式將改變出行市場格局和出行方式，讓每個人的出行安全、便捷、高效、經(jīng)濟、綠色。

受益于創(chuàng)新的有利政策環(huán)境，自動駕駛出租車、公交車、無人駕駛出租車等自動駕駛汽車已經(jīng)開始走進普通人的日常生活。例如，百度已經(jīng)為北京、上海、廣州、深圳、重慶、長沙、常州、陽泉8個城市的市民提供了自主出行服務，北京、重慶、陽泉已正式開始充電運營，接待旅客超過50萬人次。去年第四季度，自主出行服務平臺蘿卜快跑訂購了約21.3萬名乘客，幾乎是上一季度的兩倍。

百度董事長兼首席執(zhí)行官李彥宏表示，智能交通基礎(chǔ)設施的部署正在適度推進，利用5G的遠程控制優(yōu)勢，通過車路協(xié)同，提高運輸效率和安全性，推動汽車產(chǎn)業(yè)向智能化、網(wǎng)聯(lián)化轉(zhuǎn)型升級。

四、物聯(lián)網(wǎng)形勢下5G通信技術(shù)應用發(fā)展趨勢

（一）優(yōu)勢分析

5G通信技術(shù)之所以受到世界各國的高度重視，并投入大量精力、資源進行研究，是因為其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展不可或缺的重要優(yōu)勢。首先，5G通信技術(shù)比4G通信技術(shù)具有更高的信號質(zhì)量，網(wǎng)絡信息可以高速傳輸，信息傳輸時延可以大大降低。其次，5G通信技術(shù)信息存儲量大，可以保證數(shù)據(jù)信息的長期存儲、備份。由于5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)背景下的諸多優(yōu)勢，智能設備將不斷與時俱進，成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的主要推動力。

（二）面臨的挑戰(zhàn)

當前現(xiàn)狀下，5G通信技術(shù)的發(fā)展仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。其中，通信速度由所使用的頻譜決定，頻譜資源豐富的毫米波研究尚不完善，5G通信技術(shù)速度有待提高。此外，物聯(lián)網(wǎng)時代的人們對計算機帶寬的要求越來越高，但難度、高投入也增加了使用5G寬帶的成本。因此，如何解決低成本寬帶，成為不得不正面面對的問題之一。 5G通信技術(shù)融入物聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)是多種多樣的，需要政府、相關(guān)部門給予足夠的重視。

五、基于5G的物聯(lián)網(wǎng)前景展望

（一）5G+物聯(lián)網(wǎng)的融合

1. 5G物聯(lián)網(wǎng)——快速性

現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之所以慢，主要是通過wifi/zigBee入網(wǎng)，所以如果連接太多或者要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)太大，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)處理能力擁塞、延遲現(xiàn)象，網(wǎng)絡容量不足的情況。識別層的信息數(shù)據(jù)不能被應用層、管理者端有效地獲取。例如，在物聯(lián)網(wǎng)中使用傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)時，網(wǎng)絡中的高延遲問題會阻礙車輛的攝像頭、雷達等設備及時傳輸、解讀信息。這增加了發(fā)生不利于車輛運行的交通事故的可能性。在基于5G的物聯(lián)網(wǎng)應用中，由于Massive? MIMO技術(shù)在5G網(wǎng)絡中的優(yōu)越性，形成的天線陣列極大滿足很多設備使用，并且D2D技術(shù)也可以在該陣列中使用。在這個陣列中，D2D技術(shù)可以短距離直接連接，當智能終端設備產(chǎn)生傳感數(shù)據(jù)信息時，數(shù)據(jù)可以與5G連接，直接發(fā)送到用戶的設備，提供實時通知以優(yōu)化用戶服務并預判信息。

2. 5G物聯(lián)網(wǎng)——便捷性

5G通信技術(shù)具有便捷優(yōu)勢，技術(shù)的演進、普及，智能電子設備的研發(fā)、應用將為物聯(lián)網(wǎng)提供發(fā)展平臺。優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展格局，為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供良好契機。 5G通信技術(shù)的普及，將使通信設備更加輕便、便攜，讓人們隨時隨地通過技術(shù)操作，方便了人們的工作、生活。例如，在日常線路規(guī)劃時，用戶攜帶的5G設備直連時，無需改變現(xiàn)有布線方案，有效防止繞遠路，節(jié)省了大量時間成本。還比如，在對過去建造的大樓進行優(yōu)化時，無需在改造過程中破壞現(xiàn)有的布線、裝飾，即可利用5G通信技術(shù)合理規(guī)劃最優(yōu)方案。

3. 5G物聯(lián)網(wǎng)——經(jīng)濟性

在5G網(wǎng)絡建設使得物聯(lián)網(wǎng)設備與5G手機直接相連，基站讓兩者之間的連接速度更快，有效減少網(wǎng)絡層設備，實現(xiàn)降低成本的目標。例如，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S多路由器、交換機等網(wǎng)絡層設備都不再采用這項技術(shù)，這降低了相關(guān)網(wǎng)絡層設備的成本，使其更加經(jīng)濟?？偟膩碚f，基于5G網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)將在實際應用中展現(xiàn)出強大的生命力，兩者的共同發(fā)展將為現(xiàn)代生活提供更便捷的體驗。在設備連接數(shù)方面，可連接5G網(wǎng)絡的設備數(shù)量將大幅增加，充分滿足當前各領(lǐng)域、各行業(yè)、各人的需求，物聯(lián)網(wǎng)也將變得越來越快。 基于5G的物聯(lián)網(wǎng)應用中，物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)將越來越完善，未來隨著不斷優(yōu)化，物聯(lián)網(wǎng)在運行速度、安全性、經(jīng)濟性方面將得到快速發(fā)展。當未來5G網(wǎng)絡更加成熟、普及時，將商業(yè)化結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，制定最適合未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的運營方案。在城市城區(qū)、老區(qū)、偏遠農(nóng)村地區(qū)，通過各種針對性的解決方案，推廣5G網(wǎng)絡，建設合理、正確網(wǎng)絡通信規(guī)則，全面提升人民生活質(zhì)量，為社會做貢獻。更明顯的是，網(wǎng)絡運營商提供物聯(lián)網(wǎng)保障用戶體驗的同時，也展示了基于5G網(wǎng)絡帶來巨大收益、成果。

（二）發(fā)展戰(zhàn)略

為了不斷提升上述數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)能力和應用成果，廣義人工智能結(jié)合了統(tǒng)計、計算、優(yōu)化等多學科交叉技術(shù)，成為連接互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的紐帶。如今，互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的應用取得了長足的進步。在用戶上網(wǎng)行為數(shù)據(jù)采集、用戶購物偏好和個性特征分析、產(chǎn)品精準展示、視頻推薦、廣告推送等方面的應用還處于起步階段。廣電行業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展受到雙向網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換、云平臺建設等諸多客觀因素的制約，隨著這些制約因素逐漸消失，大數(shù)據(jù)必將得到廣泛應用。[6]以智能駕駛領(lǐng)域的無人駕駛汽車為例。憑借其強大的全球傳感器設備、算力架構(gòu)、車輛和機器優(yōu)化，33個傳感器、激光雷達組和11個高清攝像頭，通過人工智能結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)、無限感知結(jié)論和機器視覺反饋。

智能技術(shù)是5G通信技術(shù)應用中非常重要的一項技術(shù)，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)狀況的不斷變化提供各種服務，向網(wǎng)絡終端上傳海量復雜的數(shù)據(jù)。 5G通信技術(shù)的云計算平臺可承受一系列傳輸。云計算并不是目的，而是借用云計算的概念、思想和方法，通過虛擬化、自動化和標準化，將現(xiàn)有的技術(shù)系統(tǒng)，正在開發(fā)的系統(tǒng)集成，為整合提供技術(shù)便利。云平臺建設是一個漸進的過程，隨著云平臺規(guī)模的不斷擴大，現(xiàn)有的全站網(wǎng)絡業(yè)務將逐步向云平臺過渡。

基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，已經(jīng)達到并提供了一種全新的智能運營標準，滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。為了實現(xiàn)遠程控制，基于物聯(lián)網(wǎng)的云平臺解決方案，提供了將模塊連接到現(xiàn)有控制器的設計流程，并制定了控制器與控制器之間的串行通信協(xié)議。對此，無論是物聯(lián)網(wǎng)云平臺建設，還是5G通信技術(shù)無論在生活中還是在經(jīng)濟發(fā)展中都發(fā)揮著重要的作用。

六、結(jié)束語

與此同時，我國市場需求不斷變化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展面臨機遇和挑戰(zhàn)。5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，對當前物聯(lián)網(wǎng)形勢下通信網(wǎng)絡的發(fā)展和發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。因此，各國應重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與5G通信技術(shù)的相互融合，互補優(yōu)勢和劣勢，實現(xiàn)國民經(jīng)濟和科技的平穩(wěn)較快發(fā)展，向各個領(lǐng)域進展。通過了解和掌握5G通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的引入和發(fā)展的相關(guān)知識，理性看待5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展面臨的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

作者單位：楊蓓? ? 中移鐵通有限公司上海分公司

參? 考? 文? 獻

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