面向5G的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)研究

常洪濤

（廣東省南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518038）

1 5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為新一代移動模式通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其現(xiàn)實(shí)意義不僅是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級，而是成為了未來信息數(shù)據(jù)大環(huán)境的推動者。根據(jù)5G相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集可以得知，每年移動模式下的網(wǎng)絡(luò)通信流量在以每年61%進(jìn)行遞增，并且在近五年內(nèi)，數(shù)據(jù)增強(qiáng)了10倍左右。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)利用無線接入，并且在宏站所應(yīng)用3.5G低頻率信號，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號的連續(xù)覆蓋性。同時(shí)在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，與4G宏站地址相互流通，其數(shù)量相比4G來說，略有增加，并且在宏站建設(shè)過程中，主要利用小站依靠高頻率技術(shù)保證接入流量。因此目前5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要用于網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)的全面覆蓋，以此作為基礎(chǔ)按照實(shí)際的技術(shù)需要，進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)的部署和安排，而非連續(xù)性的技術(shù)覆蓋。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

隨著2020年網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀，以及未來發(fā)展趨勢來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用會以爆發(fā)模式進(jìn)行持續(xù)增長。其技術(shù)全面增長的同時(shí)，也對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提出了更高的實(shí)際要求。比如：移動模式醫(yī)療技術(shù)、VR、AR等虛擬技術(shù)中所需要的不同分辨率碼數(shù)、虛擬技術(shù)時(shí)間延時(shí)的實(shí)際要求、汽車行業(yè)中的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能家居等功能的大量技術(shù)要求。其中現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的業(yè)務(wù)，需要根據(jù)使用環(huán)境區(qū)分為高、中、低檔三類場景，并且分別對網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)提出了不同的需求。表1為物聯(lián)網(wǎng)速度對延遲的要求表。

表1 物聯(lián)網(wǎng)速度對延遲的要求

高速率場景 ＞lMbps AR、車聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備 Ms級別 5G技術(shù)

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展歷史

通常來說，常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和信息傳輸模式，主要由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的定位、演變以及推進(jìn)等，多種方面進(jìn)行綜合性考量，其中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)程和使用范疇，分為幾種模式。

第一，網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化需要相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及其技術(shù)的演變路線與價(jià)值需要保持一致，不斷進(jìn)行落后技術(shù)的淘汰以及先進(jìn)技術(shù)的推廣。第二，不同行業(yè)或者類型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)也各不相同，同樣不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，與不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能力也各不相同，因此需要根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的實(shí)際要求，確定其對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。第三，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用終端數(shù)量巨大，因此其設(shè)計(jì)和制造成本也相對比較敏感，因此在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與終端產(chǎn)品在制造過程中，終端相關(guān)模型組合的相關(guān)成本價(jià)格，以及其生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度，也直接影響著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[1]。

經(jīng)過對大部分物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)技術(shù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，主要集中在網(wǎng)絡(luò)信息上下行的速度效率、不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息通信消耗、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)移動速度等相關(guān)方面，并且以此作為基礎(chǔ)，與目前主要的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行對比。表2為不同網(wǎng)絡(luò)模式對比表。

表2 不同網(wǎng)絡(luò)模式對比表

根據(jù)表格展現(xiàn)的數(shù)據(jù)可以得知，根據(jù)不同類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，滿足不同業(yè)務(wù)的實(shí)際要求，所以在決定不同類型的網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)計(jì)劃方案時(shí)，需要技術(shù)人員根據(jù)所保留的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)，并且根據(jù)技術(shù)建設(shè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分組和分類，可以有效地滿足互聯(lián)網(wǎng)高、中、低檔不同網(wǎng)絡(luò)速率帶來的不同業(yè)務(wù)要求。同時(shí)結(jié)合上述不同網(wǎng)絡(luò)類型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指向性、不同網(wǎng)絡(luò)速度的綜合體現(xiàn)，進(jìn)行技術(shù)的更新和完善。

3 5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 5G數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)

對于物聯(lián)網(wǎng)的傳輸和應(yīng)用來說，想要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接，除了需要自身帶寬以外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蜁r(shí)間延遲，也是其組成的必要因素。比如：在未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，車輛的無人自動駕駛技術(shù)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要時(shí)刻保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和低延遲性，可以及時(shí)與數(shù)據(jù)交流中心交換交通信息數(shù)據(jù)，一旦延遲時(shí)間加長，會引發(fā)重大的交通事故。因此在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究過程中，降低數(shù)據(jù)的延遲性的根本解決方式就是盡量知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搭建時(shí)，數(shù)據(jù)應(yīng)該積極向上，將EPC結(jié)構(gòu)下沉至本地網(wǎng)絡(luò)的匯聚層，并且向下取消網(wǎng)絡(luò)原有的環(huán)網(wǎng)組合方式，并且將數(shù)據(jù)直接跳轉(zhuǎn)至直達(dá)匯聚層面，致使業(yè)務(wù)直達(dá)EPC，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的扁平化操作，最大限度地降低數(shù)據(jù)的傳輸延時(shí)[2]。

3.2 5G技術(shù)發(fā)展定位

5G的眾多應(yīng)用方向中，數(shù)據(jù)的海量連接功能是專門為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)和完善的，一般在日常應(yīng)用在LPWA類的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和技術(shù)中，其由于自身應(yīng)用的特點(diǎn)，具備以下現(xiàn)狀。

第一，針對LPWA類的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實(shí)際場景，還未引進(jìn)全新的空口技術(shù)以及使用的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。第二，應(yīng)用在實(shí)際的操作和平臺使用過程中，為了保證LPWA類的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和技術(shù)可以順利開展相關(guān)業(yè)務(wù)，3GPP將依靠NB-IoT以及emtc兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的演變和增強(qiáng)，以此滿足用戶對于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際要求。第三，NB-IoT以及emtc相關(guān)的技術(shù)增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案主要與5G空口技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能兼容。

根據(jù)上述現(xiàn)狀進(jìn)行分析可以得出相關(guān)結(jié)論。我國目前5G技術(shù)需要依靠NB-IoT以及emtc兩種技術(shù)來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的滿足，而按照上述對emtc進(jìn)行相關(guān)分析，目前國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，并沒有相關(guān)的技術(shù)部署和方案安排。因此面對此項(xiàng)問題和不足，我國移動運(yùn)營商應(yīng)該積極解決關(guān)于NB-IoT技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力以及互聯(lián)網(wǎng)推廣相關(guān)業(yè)務(wù)。

3.3 5G技術(shù)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

在5G技術(shù)結(jié)構(gòu)中，邊緣云技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心組成部分，其結(jié)構(gòu)功能有效地實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、數(shù)據(jù)儲存等相關(guān)能力下沉，直至接近用戶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的整體水平。在實(shí)際數(shù)據(jù)運(yùn)算過程中，可以將物聯(lián)網(wǎng)終端除了開通通信功能，以及信息數(shù)據(jù)收集功能以外，將其他類型的功能移動至邊緣云平臺中，此外，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身的帶寬功能，可以及時(shí)將收集來的數(shù)據(jù)和信息快速傳送至邊緣云平臺進(jìn)行相關(guān)處理。加上使用5GMEC設(shè)備端口中的協(xié)同技術(shù)，可以將終端整體能力進(jìn)行上調(diào)，以此全面實(shí)現(xiàn)“減重”終端結(jié)構(gòu)，從根本上降低了制造和運(yùn)作成本，以便于應(yīng)用的全面推廣和使用。

4 結(jié)束語

由此可見，隨著5G技術(shù)的全面戰(zhàn)略部署，其網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用將面臨從2G技術(shù)到5G技術(shù)的4代技術(shù)革新，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)，以及5G技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，并且以此作為基礎(chǔ)為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出相關(guān)的建議。