基于5G網絡的物聯網技術在智慧城市中的應用

周 巖

（青島藍灣信息科技有限公司，山東 青島 266100）

0 引 言

近幾年，隨著移動物聯網等新一代信息基礎技術的快速發展，智慧城市快速發展，整個城市社區居民生活品質水平不斷提高，使得城市綜合治理、生態環境、交通出行以及公共安全等新的需求逐漸突顯。因此，基于我國新一代信息網絡技術的城市智慧現代體系建設尤為重要。基于5G無線網絡物聯網信息技術的智慧新型城市基礎建設，利用新一代移動信息網絡技術手段實施搞好智慧城市綜合治理，是不斷提高地方政府整體信息快速反應管理能力、提升智慧城市基礎建設與管理的現代化管理水平和提高社會主義經濟效益的必要手段。因此，本文基于5G無線網絡的智能物聯網應用技術在我國智慧家居城市建設中的應用場景進行深入探討與分析。

1 基于物聯網的智慧城市建設的必要性

城市基本管理工作是指以城市這開放的復雜巨系統領域為管理對象，以有關城市基本管理信息的交流為管理基礎，運用政府決策、計劃、組織、指揮等一系列管理機制，采用國家法律、經濟、行政、技術等多種手段，通過地方政府、市場與經濟社會的有效互動，圍繞現代城市經濟運行和社會發展需要進行的城市決策協調引導、規范協調、服務和經營管理行為。智慧城市的管理涉及到治安、市政、道路、交通、醫療、環境、城管以及宣傳等眾多對象，專業化程度高，涉及部門繁多，流程繁瑣，城市設施運營難度大。傳統的城市管理以“人”為載體，通過人工方式，利用各專業的傳統智能化手段進行城市管理及運營，存在管理不及時、城市運行效能較低以及信息交流和反饋機制不暢等問題。

1.1 傳統智能化系統在智慧城市建設中存在的問題

城市傳統智能化建設以各系統獨立運行為主。同一個城市各個行政區域中，各個專業多個設備品牌、多個智能化子系統集成度低，無法實現充分的互聯互通，僅滿足智能化管理基本需求。

城市中區與城市區、專業與專業、建筑物與建筑物之間各自的子系統相對獨立，存在諸多信息管理孤島，無法有效實現城市集中一體化信息管理，且公共服務質量標準不一致，數據采集孤立，系統業務聯動難以實現。

前端傳感部件種類少，回傳數據匱乏，無法滿足全面、深入的基層數據分析需求。后端缺乏覆蓋包括農村社會保障、綜合治理、應急風險管理以及社會保險救助等“多網合一”類的網格化管理數據平臺，應用可擴展性差，擴展成本較高。

城市傳統智能化系統自治能力有限，需要多數人員參與社區前端管理和維護工作，消耗大量的系統管理和前端維護成本，無法真正實現高效、便捷的企業集中式生產管理，運營難，成本高。重要設備正常運行故障狀態無法實時進行監控，難以實現事故應急預警。

1.2 物聯網技術應用將使傳統智能化系統發生根本性變化

物聯網與基于傳統城市智能化的物理架構具有很多相似性，各類傳感器、各類系統結構相當于城市物聯網的一個數據采集處理節點，利用物聯網采集技術將各類數據采集匯聚傳送到大型數據中心，通過大數據分析和信息處理，為每個城市管理者、運營事業單位、居民用戶提供24小時的城市動態數據采集應用服務，從而使之與傳統城市智能化物理系統架構發生根本性質的變化。

因此，基于云和物聯網的我國智慧新型城市基礎建設必將成為未來我國智慧新型城市的發展趨勢，而基于物聯網的我國智慧新型城市基礎建設是從城市數據綜合接入、數據處理、數據綜合應用3個技術層面提供統一的數據平臺。

2 5G網絡概述

所謂5G移動網絡指的是在移動通信實際網絡應用發展過程中的第五代移動網絡。與之前的四代網絡移動通信網絡相較而言，5G移動網絡在實際通信應用發展過程中能夠表現更突出，擁有更加強化的網絡功能。5G網絡在實際網絡應用開發過程中已經表現出明顯的性能優勢和更加強大的網絡功能。具體地，5G網絡具有高速率、低功耗大連接以及低延時3大特點[1]。

2.1 高速率

按照5G的技術指標，5G網絡峰值的下行速率達到20 Gb/s，而上行速率也可以達到10 Gb/s。4G的峰值下行速率是1 Gb/s，即5G的速度是4G的20倍。這種飛躍將徹底改變當前的網絡模式，也將為智慧城市開啟以大視頻為數據主體的應用模式。

2.2 低功耗大連接

5G網絡擁有低功耗大連接的特點，全面應用后將會降低連接成本。大連接對應的是物聯網等較大的應用。根據相關標準，每平方公里可支持100萬個設備的連接。同時，它結合了IPv6的組合使用，不僅能有效解決網絡地址量和資源連接數量巨大的問題，而且可有效解決多種網絡設備同時連入網絡的連接障礙。5G的大規模連接網絡特性將為輕松實現萬物無線互聯、為智慧城市提供超大規模傳感器的連接提供基礎。

2.3 低延時

5G網絡基礎技術中將首次提出全新的光網技術，這是實現低時延的重要網絡支撐。新型的雙址網絡技術可大大節省系統開銷。同時，基于網絡軟件的自定義虛擬網絡（SDN）和多種網絡路由功能切片虛擬（NFV）實現多種網絡功能切片，并結合flexE網絡技術，可以使網絡業務流以最短、最快的路由到達目的用戶。5G的低延時特點為智慧城市需要實時響應的場景提供了條件。

3 物聯網概述

物聯網網絡即“萬物相連的互聯網”，是指在互聯網基礎上一個延伸和不斷擴展的信息網絡，將各種新型信息傳感器和設備與現代互聯網技術結合聯動而發展形成的一個巨大信息網絡，實現在任何時間任何地點人、機、物的信息互聯互通。物聯網系統可以劃分為信息感知層、網絡層和應用層[2]。

3.1 感知層

感知層主要的功能是感知和識別周圍的物體，并輔助采集需要的信息。采集的物體信息主要包括二維碼標簽和數據讀取器、智能化系統等。感知層通過各類傳感器設備或系統對信息（包括設備自身的運行狀態等）進行大規模和分布式采集。

3.2 網絡層

網絡層顧名思義主要負責信息的傳遞和處理，實現網絡信息的實時匯集和對組網的自動化控制。IPv6技術將網絡地址的長度限制為128 bit，地址存儲空間增大，解決了互聯網中IPv4地址存儲空間不足的技術難題，理論上已經滿足當前物聯網的自動化需求。與傳統互聯網中域名解析的服務類似，對象名解析的服務也可以很好地實現將一個網站或物體的地址定位在物聯網某一具體地點的自動化功能。

3.3 應用層

應用層提供豐富的基于物聯網的應用，是智能物聯網技術未來發展的根本方向和目標。應用層智能分析和智能決策過程中的信息快速完成，同時高效率完成特定的服務任務，以更好地展現智能作用。

4 基于5G網絡物聯網技術在智慧城市中的應用

基于5G網絡具有的高速率、低功耗大連接以及低延時的3大技術特點，物聯網才能在智慧城市的應用中發揮優勢，更好地為智慧城市提供支撐。物聯網在建設智慧城市發展過程中的應用關系各各方面，從智慧城市綜合治理的智能化、公共安全管理智能化、交通智能及其他基礎應用的智能化等方面均可應用物聯網技術。

4.1 城市綜合治理智能化

基于5G網絡的智能物聯網系統技術，可實現對城市信息技術資源的全面整合和業務協同，通過智能化手段，全面提升城市管理體制和人們之間的相互溝通和信息鏈接，使城市服務更方便、更人性化，不斷提高智能城市管理效率和效果。

基于5G綜合治理網絡的城市物聯網綜合治理技術，構建具備開放式、共享式的城市政府信息和電子物聯網綜合治理體系，可以同時完成多行業、多角度的政府信息數據采集協同、共享，為個人、企業及地方政府部門提供詳細的適用于城市物聯網運作及商業管理信息服務的開放式物聯網城市公共信息綜合服務體系。城市綜合治理系統還包括城市物聯網應急管理體系、城市地圖導航及城市生態環境管控等。

4.2 公共安全智能化

基于5G無線網絡的數字化物互聯網公共監控管理技術，建構通過數字化物聯網對城市公共設施的實時監控，完成了政府的城市設施數字化建設公共安全監督管理。

4.3 智能交通

信息資源的集成和智能的自動共享基于物聯網技術的5G網絡，具有高度分析和預測能力，實現便捷、安全、經濟、高效的交通，為城市運行和經濟發展的智慧城市提供支持。

基于5G網絡技術，通過感知、互聯化和智能化方式，形成一個完整的網絡流量信息、智能交通設備、運輸效率和服務水平高的現代交通發展新模式，充分利用信息和通信技術，通過運輸設備和交通之間的網絡感知、智能交互，實現全自動化、合理、高效的交通管理服務狀態，最大限度地提高運輸效率。

5 結 論

隨著智慧城市新一代物聯網信息一體化技術的應用和發展，未來基于5G網絡技術能夠更好地發揮新一代物聯網信息技術的優勢，充分支撐智慧城市的一體化建設，推動智慧城市各類信息技術應用的持續發展。