5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合與發(fā)展

冼志強

（中通服建設有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著無線通信技術(shù)的普及，人們的日常生活方式發(fā)生了翻天覆地的變化，生活和生產(chǎn)更加智能化。5G通信技術(shù)的發(fā)展將推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在許多方面促進5G通信技術(shù)的深入發(fā)展，通過將2者進行融合，實現(xiàn)更廣泛的應用。

1 物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)就是利用信息傳感設備、激光掃描儀、紅外感應器等對物體進行智能化感知、識別和管理，在物聯(lián)網(wǎng)模式下可以通過各種網(wǎng)絡將物和人相互連接，實時獲取各類信息。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，它將各種傳感器、連接對象匯集在一起，形成了一張連接萬物的龐大網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的適應性更強，普及度更高，應用領(lǐng)域也更廣泛，在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦卸加休^多的應用。物聯(lián)網(wǎng)以傳感器為核心，有著完備的系統(tǒng)和嚴格的技術(shù)規(guī)范，能夠?qū)崿F(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的安全共享[1]。隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提高，許多物聯(lián)網(wǎng)應用已經(jīng)由藍圖變成了現(xiàn)實，例如共享單車、共享充電寶、無線支付設備、智能家居、智慧城市等。

1.2 5G通信技術(shù)

5G通信技術(shù)與其他通信技術(shù)相比，在性能指標方面有了重大突破，其中最大的改變是信息傳輸速度加快。5G通信技術(shù)的傳播領(lǐng)域也在不斷擴大，具有更廣闊的使用空間。5G通信技術(shù)具有完整的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡體制，極大地促進了互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展融合，帶動了社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，給人們的生產(chǎn)生活帶來諸多便利。

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，芯片的國產(chǎn)化速度越來越快，模塊廠商的成本不斷下降。除因產(chǎn)業(yè)鏈成熟而導致的5G模塊價格下跌外，上游芯片等原材料的邊際成本下降也會導致5G模塊的售價有一定下滑[2]。

2 5G通信技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 信息傳輸速度更快

與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)的傳輸峰值達到20 Gb/s，傳輸性能的提升改善了用戶上網(wǎng)體驗。在5G網(wǎng)絡環(huán)境下，用戶可以輕松傳輸分辨率較高的圖片和視頻，更好地滿足了人們對無線通信技術(shù)的要求。

2.2 低延遲傳輸

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏不斷加快，信息的重要性日益凸顯。為了保證數(shù)據(jù)傳輸服務的質(zhì)量和效率，不僅需要較廣的網(wǎng)絡覆蓋范圍，而且還需要提高網(wǎng)絡移動傳輸?shù)倪m用性和連接密度[3]。5G通信技術(shù)的一個重要特征是低延遲傳輸，其延遲最低為1 ms，這樣的延遲幾乎不會讓用戶察覺。與傳統(tǒng)的高延遲通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)能夠很好地滿足工業(yè)對信息傳輸?shù)囊螅瑫r還能實現(xiàn)同步控制。

2.3 低功耗

隨著網(wǎng)絡通信技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，越來越多的通信設備被接入到無線網(wǎng)絡，對基站的工作造成了較大影響。5G通信技術(shù)是利用多樣化覆蓋方式對網(wǎng)絡進行區(qū)域化網(wǎng)格設計，并根據(jù)覆蓋面積的大小選擇不同的設備型號，從而減少設備的總投資和功耗。5G通信技術(shù)通過多個方面的改造來降低能耗，有效保障多臺通信設備同時低功耗運行，極大地便利了人們的工作和生活。

3 基于5G通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

5G通信技術(shù)以超寬帶為基礎進行數(shù)據(jù)傳輸，可以實現(xiàn)高清視頻傳輸和虛擬現(xiàn)實切換，從而滿足無人駕駛、遠程醫(yī)學等領(lǐng)域的應用需求，為各種裝置提供通信連接。5G通信網(wǎng)絡的流量密度和連接數(shù)量都得到了改善，系統(tǒng)的協(xié)同化程度得到了明顯提升[4]。基于5G通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)能將連接更多的設備，提高了數(shù)據(jù)傳輸能力，使得用戶接入網(wǎng)絡更加順暢。在基于5G的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)上，傳輸層與邊緣計算層分離，應用層與云計算層解耦，從而有效解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡的傳輸弊端，實現(xiàn)了網(wǎng)絡資源的分離與共享。基于5G通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G時代的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)總體架構(gòu)

系統(tǒng)在各種傳感器和控制器的作用下完成數(shù)據(jù)收集工作，將所收集到的數(shù)據(jù)傳送至感知層，感知層對收集到的數(shù)據(jù)信息進行處理。傳輸層由5G終端、5G物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）終端、增強型機器類型通信（enhanced Machine Type Communication，eMTC）終端等組成，通過各種終端實現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。邊緣計算層是接入設備和數(shù)據(jù)處理的中間層，通常采用嵌入式終端，通過邊緣運算來減少核心網(wǎng)絡的負荷，從而提高網(wǎng)絡性能。云計算層具有功能定義、接口定義、資源管理、權(quán)限管理等功能，為公共云和私有云的應用層提供服務，將所有數(shù)據(jù)傳送到云計算層，并在數(shù)據(jù)中心處理大量數(shù)據(jù)。應用層是整個體系結(jié)構(gòu)的最高層，上述各個層次都是為應用層服務。

4 5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合應用

4.1 智能制造

利用5G通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對大量的實時數(shù)據(jù)進行分析，可以幫助人們更快地發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷問題，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。在超可靠的5G通信網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)應用下，保證生產(chǎn)自動化[5]。

4.2 智慧農(nóng)業(yè)

鄉(xiāng)村振興是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用日益廣泛，成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字鄉(xiāng)村、智慧農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進程不斷加快，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。例如養(yǎng)殖方面，可以通過溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器等實時監(jiān)測養(yǎng)殖場內(nèi)的溫度、濕度、氣體濃度等變化，保證養(yǎng)殖場的環(huán)境達到最優(yōu)，便于飼養(yǎng)人員進行防疫管理、疾病歸檔。此外，利用物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)對各個種植區(qū)域的環(huán)境進行檢測和記錄，由計算機進行智能分析，能夠更加準確地觀測作物的生長和病蟲害狀況。當有可能發(fā)生病蟲害時，可以利用無人機進行農(nóng)藥噴灑，從而達到對農(nóng)田的動態(tài)保護。

4.3 智慧交通

隨著我國城鎮(zhèn)居民數(shù)量和機動車數(shù)量的增加，城市交通問題日益突出。在此背景下，車聯(lián)網(wǎng)與無人駕駛技術(shù)成為解決城市交通問題的關(guān)鍵，并逐漸引起人們的重視。無人駕駛汽車在降低城市交通擁堵、降低交通事故發(fā)生率、提高道路利用率等方面都有很大的應用價值。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是把所有的汽車都接入互聯(lián)網(wǎng)，共享車輛的信息，然后由云端服務器對城市的車流量進行分析，從而為城市的交通指揮決策提供支持。無論是無人駕駛技術(shù)還是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，都對通信網(wǎng)絡有著極高的要求，不但要求連接速度快、數(shù)據(jù)延時低、連接數(shù)量大，同時對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力要求也較高。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G通信技術(shù)的發(fā)展，將會逐漸解決無人駕駛和車聯(lián)網(wǎng)的問題。

4.4 智能家居

在信息化時代，家居產(chǎn)品的發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)。目前，物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對智能家電領(lǐng)域的研發(fā)力度不斷加大，但智能家居的實際應用效果卻不太理想，設備交互存在延遲等問題。例如，智能家居中的家電設備通過Wi-Fi網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，而Wi-Fi網(wǎng)絡的穩(wěn)定性受諸多因素影響，很難保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定，導致智能家居的推廣得到限制。5G通信技術(shù)由于其本身的優(yōu)點，能夠保證穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳送，從而為智能家居的高效使用奠定基礎。

5 結(jié) 論

5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)相互融合，對于解決物聯(lián)網(wǎng)所面臨的網(wǎng)絡技術(shù)難題、推動萬物互聯(lián)有著重要意義。相關(guān)領(lǐng)域工作人員要明確5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對于彼此發(fā)展的重要性，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式下融入5G通信技術(shù)，有利于推動現(xiàn)代社會智能化發(fā)展的進程，為人們的日常生活和生產(chǎn)提供更加便利的服務。