物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下的5G通信技術(shù)運(yùn)用分析

陳衛(wèi)康

（廣東宜通衡?？萍加邢薰荆瑥V東 廣州 510630）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)之間存在著密切的聯(lián)系。一方面，5G通信技術(shù)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。未來(lái)是一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，而通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。相比于4G通信網(wǎng)絡(luò)，5G通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬較大，通信能力較強(qiáng)且定位精準(zhǔn)，能在實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋的同時(shí)滿足物聯(lián)網(wǎng)各類基礎(chǔ)應(yīng)用的高速傳輸需求。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展拓寬了5G通信技術(shù)的應(yīng)用范圍。新一代的移動(dòng)通信技術(shù)不能單純局限于通信和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)這一方面，而是要借助物聯(lián)網(wǎng)來(lái)拓寬應(yīng)用范圍，如智能家居、智慧城市以及智能制造等[1-4]。

1 物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新興網(wǎng)絡(luò)。互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間虛擬的信息交換與傳遞，而物聯(lián)網(wǎng)則是通過(guò)物品與互聯(lián)網(wǎng)之間的連接，借助互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品與物品、物品與人之間的信息交換。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體的精準(zhǔn)識(shí)別、監(jiān)控以及定位，對(duì)于開啟智能化時(shí)代具有十分積極和重要的意義。物聯(lián)網(wǎng)涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，在交通出行、健康醫(yī)療、工業(yè)制造、建筑以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值[5-9]。

1.2 5G通信技術(shù)

現(xiàn)階段的5G通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)趨于成熟，進(jìn)入到5G信號(hào)的全面覆蓋階段。相比于4G通信技術(shù)，5G通信技術(shù)具有寬覆蓋、低延時(shí)以及高傳輸速度等的特征，其關(guān)鍵技術(shù)包括以下3種。一是高頻傳輸技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能夠極大提升移動(dòng)寬帶的速率。二是密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)能夠擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，為5G通信技術(shù)的多領(lǐng)域應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。三是軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用能夠推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能自動(dòng)化與虛擬化的實(shí)現(xiàn)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序自動(dòng)化操作的實(shí)現(xiàn)提供了可能。

2 5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 信號(hào)覆蓋范圍廣

信號(hào)覆蓋范圍廣是5G移動(dòng)通信的一大主要優(yōu)勢(shì)，也是5G通信技術(shù)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的主要原因所在。在5G通信技術(shù)的支持下，可以為用戶提供移動(dòng)性和連續(xù)性的目標(biāo)，拓展設(shè)備連接的數(shù)量，并且支持不同設(shè)備之間進(jìn)行連接。除了能夠利用智能手機(jī)等終端來(lái)進(jìn)行控制之外，還包括各種佩戴式裝備和家庭智能設(shè)備等，通過(guò)擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋范圍，為實(shí)現(xiàn)更為有效的遠(yuǎn)程控制提供了可能。

2.2 傳輸容量大

隨著5G通信技術(shù)的不斷發(fā)展，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量大的優(yōu)勢(shì)也日益凸顯。5G通信網(wǎng)絡(luò)采用多基站通信的方式，利用高頻毫米波來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)與信息的傳輸，減少了信號(hào)傳輸中的擁堵問(wèn)題，為區(qū)域內(nèi)用戶提供更為高速率的傳輸服務(wù)，提高了網(wǎng)絡(luò)流量的密度。用戶可以隨時(shí)隨地進(jìn)行快速的網(wǎng)絡(luò)接入，保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。在5G通信技術(shù)的支持下，能夠進(jìn)一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)的性能體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)低延時(shí)設(shè)備控制，提高物聯(lián)網(wǎng)端到端的傳輸性能[10]。

3 5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的具體實(shí)踐應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)下，5G通信技術(shù)的運(yùn)用主要是體現(xiàn)在智慧城市、智慧交通、智能家居以及一些人工智能生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，如圖1所示。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人與物體之間、物體與物體之間以及端到端之間都能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信息傳輸，而如何利用5G通信技術(shù)來(lái)保證信息傳遞的穩(wěn)定性和可靠性是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

圖1 5G在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 智慧交通

在智慧城市建設(shè)過(guò)程中離不開對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，而智慧交通作為智慧城市的重要組成部分，通過(guò)構(gòu)建智能化的交通系統(tǒng)，借助5G通信技術(shù)完善車聯(lián)網(wǎng)能夠很好地滿足人們的日常出行需求，同時(shí)也為解決城市交通擁堵問(wèn)題提供了新的思路。在城市智能公共交通領(lǐng)域，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)的融合，在各個(gè)類型的公共交通工具上安裝相應(yīng)的射頻識(shí)別設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，采集與感知公共交通工具的到站信息和乘客信息，同時(shí)利用5G通信技術(shù)來(lái)構(gòu)建快速的信息傳遞通道，能夠?qū)@取的基本信息及時(shí)傳遞到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層。這樣乘客就可以通過(guò)下載客戶端或者是登錄有關(guān)的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行相關(guān)信息的實(shí)時(shí)獲取和查詢。借助于平臺(tái)與服務(wù)處理信息數(shù)據(jù)，完善智慧化公共交通服務(wù)功能，幫助乘客合理安排出行時(shí)間和出行計(jì)劃，選擇最為合適的公共交通工具。此外，城市車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)在5G通信技術(shù)的支持下能夠不斷豐富車輛的駕駛功能，讓駕乘人員在駕駛途中可以通過(guò)實(shí)時(shí)信息獲取道路信息和擁堵情況，這些都是建立在5G通信低延時(shí)和高傳輸速率的基礎(chǔ)上。通過(guò)獲取準(zhǔn)確的道路信息，人們可以合理規(guī)劃路線，及時(shí)選擇變更路線，從而避開擁堵路段，給人們的出行帶來(lái)極大便利[11,12]。

3.2 自動(dòng)化生產(chǎn)

我國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)制造已經(jīng)在逐漸朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，應(yīng)用到非常多的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，極大提高了生產(chǎn)效率。但是，從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的角度來(lái)看，這些自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備大部分還是進(jìn)行人工的控制與操作，沒有實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間的有效銜接。而在5G通信技術(shù)的支持下，可以將智能化與自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備連接成物聯(lián)網(wǎng)，設(shè)置中央控制室，提供可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)真正實(shí)現(xiàn)從訂單管理和智能調(diào)度到裝配生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化和智能化管理?；?G通信技術(shù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程大體如圖2所示，先由用戶將定制化生產(chǎn)需求告知業(yè)務(wù)平臺(tái)，業(yè)務(wù)平臺(tái)接收指令通過(guò)數(shù)據(jù)同步分析來(lái)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線開始生產(chǎn)動(dòng)作，最后借助于各生產(chǎn)線上的5G小站實(shí)時(shí)地對(duì)生產(chǎn)信息和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行信息同步，工作人員只需要通過(guò)遠(yuǎn)程的信息接收就可以完成相關(guān)的生產(chǎn)作業(yè)，從而進(jìn)一步提升生產(chǎn)的智慧化水平，為經(jīng)濟(jì)效益的提升奠定了重要基礎(chǔ)。

圖2 基于5G的智能生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程

3.3 智能家居

物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)將相關(guān)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)來(lái)改變物理對(duì)象之間的連接和控制方式。物聯(lián)網(wǎng)的興起和應(yīng)用給智能家居設(shè)計(jì)提供了重要基礎(chǔ)，當(dāng)前人們已經(jīng)可以利用手機(jī)或者是平板等的智能終端通過(guò)與家用智能系統(tǒng)之間的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)洗衣機(jī)、智能照明燈乃至電飯煲的控制。而伴隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，在智能家居領(lǐng)域，除了能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的開關(guān)控制之外，5G移動(dòng)通信高速率和大容量的特點(diǎn)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能家居和各類智能家電的信息采集、感知識(shí)別以及語(yǔ)音識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居的可視化監(jiān)測(cè)與利用?？梢酝ㄟ^(guò)安裝智能攝像、智能探頭以及溫感設(shè)備等，接入智能安防系統(tǒng)與智能溫控系統(tǒng)，通過(guò)自主識(shí)別與感知來(lái)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)和溫度調(diào)節(jié)，從而極大提升家庭智慧化水平。

3.4 綠色建筑

隨著5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用，也給綠色建筑設(shè)計(jì)提供了新的思路。綠色建筑作為現(xiàn)代城市發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分，為進(jìn)一步提高綠色建筑的節(jié)能與環(huán)保性能，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展，可以利用5G通信技術(shù)分析綠色建筑內(nèi)部和外部的構(gòu)建，從而建立智能建筑系統(tǒng)和采光控制系統(tǒng)等。通過(guò)采集和分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的，分析優(yōu)化和調(diào)整綠色建筑設(shè)計(jì)方案，盡可能減少綠色建筑使用過(guò)程中產(chǎn)生的能耗，從而發(fā)揮5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層中的作用。

3.5 遠(yuǎn)程醫(yī)療

近年來(lái)，依托于物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)得到了快速的發(fā)展，可以通過(guò)遠(yuǎn)程診斷及遠(yuǎn)程會(huì)議來(lái)完成對(duì)手術(shù)方案的制定。而5G通信技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)疑最大程度地提升了遠(yuǎn)程醫(yī)療的穩(wěn)定性和可靠性。在使用遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)手段的過(guò)程中，基于5G通信技術(shù)能夠更好提升移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量，降低網(wǎng)絡(luò)延遲，為快速的傳遞和獲取高分辨率圖片及影像資料提供了可能，減少遠(yuǎn)程醫(yī)療的誤差，從而推動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療事業(yè)的健康和向前發(fā)展。

4 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)使智慧化生活成為了可能，也推動(dòng)了智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用。5G通信技術(shù)作為支撐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，要充分發(fā)揮其價(jià)值和作用，使其深入物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活提供保障。