基于5G的物聯網應用研究

蔡文平

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基于5G的物聯網應用研究

蔡文平

中時訊通信建設有限公司，廣東 廣州 510030

物聯網作為互聯網的衍生技術，對人們的生活和社會的產業模式進行了重新的定義。在未來，5G通信技術的使用，會推動物聯網的發展，提高物聯網的運行效率，對物聯網終端的發展將會產生重大變革。

5G；物聯網；應用

引言

5G通信技術與物聯網是相互依靠、相互促進的兩種技術。這兩項技術的融合，實現了智能化的網絡應用體系。在我國，應對5G通信技術與物聯網的共生進行定位，通過利用5G網絡，為物聯網的發展提供優良的環境；同時，物聯網的發展同樣為5G通信技術的發展提供依據。

1 5G發展現狀

1.1 5G發展概述

5G，即第五代移動通信（Fifth Generation Mobile Communication Network），其主要的研究意義在于促進互聯網技術的快速發展與推動智能終端的大面積普及。歐盟是最早涉足 5G通信技術研究的組織，其在21世紀初便明確了多個5G相關的研究任務，主要涉及5G通信技術的物理層，包括新型的多載波調制技術、非正交、非同步傳輸技術等。美國、英國、日本、韓國等國家的思科、愛立信、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年開始，我國逐步將5G相關技術的研發任務提上日程，將5G頻譜開發、無線通信等核心技術作為研究的重中之重，并對5G網絡傳輸過程中損耗、延時等性能進行全面的評估。

1.2 5G移動通信的特點

1.2.1 速度快、延時小

當前正被廣泛應用的4G無線通信技術已能滿足人們隨時隨地觀看高清視頻的需求，但5G比4G的傳輸速度更快，可達到10?Gbit/s。一方面，傳輸速度的提升，意味著網絡容量的擴大，在同一時間內，可以允許更多的用戶訪問網絡。5G移動通信在傳輸速度上的提升，大大縮短了通信過程中的傳輸延時；另一方面，各大通信設備廠商在處理信號的元器件方面做出了不小的改進，減小了數據包的排隊時延和處理時延。所以，5G 移動通信網絡的總延時是非常小的。

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，具體體現在傳輸容量、傳輸質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，能夠滿足大量數字信號的傳輸要求，因此特別適合傳輸高清視頻等數字信息。

二是抗干擾能力強。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定和可靠。

三是全天候通信。相對于紅外線和激光來說，毫米波對大氣中的煙霧、沙塵、降雨等的穿透能力比較強，能夠適應更多的惡劣環境，保證通信系統的可持續工作。所以毫米波是實現全天候通信的不二選擇。

1.2.3 支持多連接設備，可以實現同頻全雙工

5G通信選用MIMO技術，通過部署大規模天線陣列，能夠支持幾百根天線同時工作。5G基站支持同頻全雙工，也就是發射器和接收器能夠在同一頻段同時完成接收和發送信息的任務，不僅保證了較低的延時，而且大大提高了網絡吞吐量。所以對比現在4G網絡只能夠支持數量不多的手機或其他移動設備同時接入，5G技術的優勢更加明顯。

1.2.4 需要建設大量的小基站

一方面，毫米波穿透能力較差，所以它在空氣中傳播的過程中就會有很大的衰減；另一方面，毫米波的波長很短，故其元件尺寸可以做得非常小。正是這兩點，使部署大量的小基站成為了現實。有一點需要說明的是，由于小基站體積小，其額定功率遠遠小于傳統基站，因此無需擔心部署大量的小基站會消耗較多的功率。

2 物聯網現狀分析

物聯網實際上是一種由感知層面、網絡傳播層面和應用層面聯合組成的一種傳感網絡體系。這種網絡體系連接了計算機與移動通信網絡，是互聯網發展到本階段的又一次信息產業的新突破。通過無線網絡技術打破人們溝通的瓶頸，物聯網技術具有非常廣泛的發展前景。

5G的大規模MIMO技術使基站在每個物聯網設備周圍組成天線陣列，足以形成對各種傳感和控制節點的信息傳輸全覆蓋網絡?；?G的物聯網實現“物”與“網”的直連，在近端將物聯網終端設備直接連接至5G基站，或者基于D2D技術使設備與設備、設備與管理終端直連；遠端感知層數據直接基于5G網絡傳輸。通過5G的鑒權，加密技術可增加數據傳輸的安全性。應用層根據應用領域的行業標準對收到的數據進行處理和操作，對遠端感知層設備進行檢測和遙控。

3 5G和物聯網相融合

3.1 更快速

現有物聯網主要基于Wi-Fi、ZigBee連接至網絡，當連接或傳輸數據量過大時，由于帶寬容量、設備的數據處理能力等限制易造成網絡堵塞、增加網絡延時，因此感知層數據無法及時傳輸到應用層或者管理員終端。如車聯網應用中，高速行駛的汽車需對攝像頭、雷達等采集的數據進行快速處理和研判，而現有網絡的高延時較難實時滿足車輛安全、快速通行的需求。5G采用大規模MIMO技術，形成類似于Wi-Fi的天線陣列，它的大容量特性使每一個智能設備可以直接與5G基站連接，甚至在近距離下使用D2D技術直連。當智能終端設備產生感知數據時，可直接通過5G網絡將數據傳輸到用戶的手機上，通知用戶進行信息研判及下一步操作。

3.2 更便捷

基于5G的物聯網更利于新網絡的搭建、維護、監測。智能終端設備與用戶隨身攜帶的5G手機的直連不需要進行新的布線規劃，減少了對現有建筑環境的破壞。例如采用此技術對老舊建筑的現代化智能改造可以避免綜合布線對既有建筑物和裝潢的損壞。5G通過毫米波通信，而毫米波通信有利于設備小型化、便捷化。

3.3 更經濟

物聯網設備與5G手機的直連使感知層數據直接通過5G基站傳輸，減少了網絡層設備的使用，例如常用的ZigBee、路由器、交換機等都不再需要，可以節省設備的購買、安裝、維護、升級等費用。5G與物聯網的融合發展將大幅提高5G網絡的接入設備數量規模，也為物聯網提供新的互聯網接入方式。

基于5G的物聯網結構更優、速度更快、安全性更高、經濟效應更好，待5G技術成熟并正式商業運行后，可結合物聯網產品成為新的物聯網搭建解決方案。在城市建成區的智能化升級、老舊樓層的現代化改造、偏遠農村地區的技術普及等場景中，5G與物聯網的融合整套解決方案將具有巨大的優勢。

4 結束語

現階段，我國的技術水平、民眾意識、國家政策等，都使得我國的5G通信技術和物聯網發展處于世界前列。我國有實力憑借5G網絡下的物聯網，促進社會發展，提高我國的社會生產力，促進我國從世界大國走向世界強國，引領全球技術、經濟和文化的發展。

[1]肖清華. 蓄勢待發、萬物互連的5G技術[J]. 移動通信，2015（1）：33-36.

[2]趙晨. 5G網絡多場景覆蓋策略研究[J]. 信息通信，2019（9）：227-229.

[3]張旸. 談5G發展與物聯網潛力激發[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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