第四代、五代無線通信技術在物聯網應用探究

陳文雄

摘 要：物聯網發展的大背景是國內移動通信產業完成第四代移動通信網絡建設，第五代移動通信技術在部分城市商用。隨著國內物聯網應用領域新需求的不斷提出，對無線通信技術與物聯網應用的融合應用提出了新的要求，這不僅僅會影響到移動通信行業的發展方向，同時對于物聯網行業應用拓展和升級產生了及其重大的推動作用。將無線通信技術積極應用在物聯網之中，特別是四代、五代無線通信技術網絡承載的移動通信技術將在物聯網應用中發揮更加明顯的推動作用。本文主要是從物聯網的基本情況入手，針對移動通信技術在物聯網中的有效應用進行舉例分析和說明。

關鍵詞：第四代通信技術；第五代通信技術；NB-Iot；物聯網；應用平臺

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0040-01

物聯網在各個行業的應用領域很多，主要由終端、平臺和傳輸路由組成。其中終端對移動性的要求非常高。隨著第四代網絡NB-Iot、FDD部分的建設及覆蓋率不斷上升，物聯網的傳輸路由得到解放，物聯網終端的接入數量呈現爆炸性增長，未來第五代通信技術再現有終端接入量級及速度又得到提高，將為物聯網的進一步發展奠定了更加堅實的基礎。第四代、第五代無線通信技術對于物聯網的發展具有明顯的促進作用。

1 物聯網的基本情況

物聯網（Internet of things（IoT））的概念很容易理解。顧名思義就是將物體連接起來的互聯網。早期無線通信網絡的出現解決了將人連接起來的問題，與此同時，部分早期的物聯網也借助無線通信網絡、GPS網絡進行物聯網應用。早期的通信網絡解決了部分GPS網絡無線解決的定位問題，比如室內定位。物聯網的應用終端集成的技術如下：感應器技術、RFID技術、GPS全球定位系統、傳感技術等等。主要的功能是實現時空管理應用：任何物體在一定的時間內處于一定的空間狀態，對該物體的時空狀態進行管理，就形成了物聯網應用。

物聯網早期應用形態，早期物聯網接入終端由于無線通信網絡技術的限制如GPRS接入，終端的接入數量和通信速度有限。導致應用受到比較大的限制。接入終端的數量是如何影響物聯網應用，我們可以舉一個例子：智能家居應用。我們家里，如果看的見的所有東西比如電視、桌子、椅子、鍋、洗衣機、空調等等都可以聯入互聯網，那么智能家居的應用將可以無限制的擴展，未來達到用說話就可以操控家里所有可見物品的應用也能實現。接入終端的通信速度對物聯網的應用影響更大，快速的通信速度，可以實現對接入物體的實時信息交互，實現對接入物體的快速復雜控制，為物聯網高級應用提供可能。

2 第四代、五代無線通信技術在物聯網中的應用情況

2.1 第四代、五代無線通信技術的相關情況

2.1.1 第四代無線通信技術

第四代無線技術及網絡，擁有的高數據傳輸速度，在20MHz帶寬下，理論峰值速率可以達到上行50兆（mbps），下行100兆（mbps）。包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。目前大部分LTE網絡傳輸數據，語音會回退到GSM網絡，VoLTE的發展，語音也將走LTE網絡。2017年下半年，運營商開始部分為物聯網準備的NB-Iot網絡，NB-Iot是窄帶物聯網，只消耗180KHz的帶寬，可以在運營商現有的GSM網絡及第四代網絡的基礎上進行部署，為移動通信運營商大規模介入物聯網行業奠定基礎。

2.1.2 第五代無線通信技術

第五代無線通信技術及網絡，解決的是不斷增長的數據流量問題，密集異構部署、理論傳輸速度比第四代網絡快十倍、百倍。整部1080P高清晰媒體可在1秒之內完成下載。第五代無線通信技術應用D2D通信、大規模MIMO等技術，目前已經在國內13個城市建設試驗網，大規模商業預估時間在2020年。第五代通信技術將打破應用終端的接入數量和通信速度的限制，傳統物聯網應用領域將得到升級、新的物聯網應用將不斷被催生。

2.2 第四代、五代無線通信技術在物聯網中的實踐探討

2.2.1 移動通信技術與物聯網的融合應用探討：窄帶物聯網

2017年下半年，運營商開始部分為物聯網準備的NB-Iot網絡，NB-Iot是窄帶物聯網，只消耗180KHz的帶寬。3GPP窄帶物聯網的標準是3GPP定義的一種技術標準，可以實現室內覆蓋，覆蓋成本、設備功耗較低。可以在運營商現有的GSM網絡及第四代網絡的基礎上進行部署，為移動通信運營商大規模介入物聯網行業奠定基礎。窄帶物聯網組網方案，如圖1所示。

NB-IoT能夠在物聯網中發揮作用，主要是集中在了基礎網絡平臺以及移動通信網絡管理平臺兩個方面。第一，移動通信終端，是物聯網信息接入中的重要終端設備，能夠跟隨著網絡信息節點的移動而發生移動，這期間的信息節點以及網絡通信并不會受到地點和時間方面的限制，能夠發揮更加直接有效的作用。第二，移動通信網絡信息管理平臺，能夠針對網絡設備、系統運行以及具體的用戶業務等方面情況進行良好的、有效的維護和管理，這樣能夠提升網絡系統本身運行的安全性、可靠性，更加增強物聯網系統的運行效果。

2.2.2 無線通信技術為物聯網應用提供統一平臺

當前物聯網的現狀是在各行各業都存在一些各自獨立的平臺。比如交通運輸就有交通運輸的應用平臺，某個公司會為各個運輸企業單獨建立平臺，比如，廣州公交公司。會有一個廣州公交公司的應用平臺，公交公司的公交車上面轉了終端，終端采集的數據通過無線網絡傳輸到公交公司的應用平臺。廣州某某長途運輸公司呢，也會建設一個類似的平臺。可以看出雖然是同樣的運輸行業，應用類似但已經存在各種各樣的應用平臺和終端。明顯存在了重復建設和資源浪費，應用場景小。

像智慧城市這樣大的應用場景需要一個時空連接的統一框架，需要構建一個統一的平臺。而第四代、第五代通信技術恰恰就能夠提供統一的應用基礎平臺和基礎管理平臺。城市中的各種應用可以通過電信運營商的無線網絡統一連接，在可見的未來，通信運營商將建設統一的時空運營平臺，而各個行業各個場景的應用將像云計算的一個實例一樣運行在運營商統一提供的平臺上。或者將會產生一批有實習的平臺公司，借助電信運營商的網絡進行運營。達到資源的有效利用。

2.3 第四代、五代無線通信技術在物聯網應用中的未來發展趨勢分析

物聯網的應用就是時空的組織應用。現階段，無線通信技術的覆蓋廣、速率越來越高，受到空間和時間限制方面越來越小，未來第五代無線通信網絡速率更快，傳輸時延更短，支持接入物體更多、可靠性更高，能為物聯網提供強大的推動能力。將第四代、五代無線通信技術積極應用在物聯網之中，能夠發揮無線通信網絡基礎通信設施的平臺作用，發揮物聯網終端的接入數量、速率優勢。未來的無線通信網絡將是人、物的時空高度融合。

3 結語

第五代通信技術將打破應用終端的接入數量和通信速度的限制，傳統物聯網應用領域將得到升級、新的物聯網應用將不斷被催生。將第四代、五代無線通信技術積極應用在物聯網之中，能夠發揮無線通信網絡基礎通信設施的平臺作用，發揮物聯網終端的接入數量、速率優勢。未來的無線通信網絡將是人、物的時空高度融合。不斷發揮無線通信技術的優勢，為物聯網應用提供更有效率、更快速的統一平臺。

參考文獻

[1]2020年5G網絡將正式商用.北郵教授細說VR/AR.中國測繪網，2017.

[2]5G商業化進程提速 運營商推進網絡智能化轉型.人民網，2017.

[3]徐劼.物聯網中關于移動通信技術的應用研究[J].中國新通信，2016，18（10）：53-53.

[4]3GPP通過NB-IoT標準，物聯網行業蓄勢待發.通信世界網，2016.