5G無線通信技術在物聯網時代的應用探討

王 亭，戴曉締，李中賢

（北京中網華通設計咨詢有限公司，湖北 武漢 430024）

0 引 言

5G無線通信技術的優勢有高速率、低時延以及大連接，是新一代寬帶移動通信技術。無線個域網中具有面向特定群體的特征，而且活動半徑也有著一定的要求，一般只能夠支持藍牙或者是射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID），主要組成包括自組織網絡以及基礎結構，利用網絡拓撲結構進行訪問，以此實現通信目標，對無線局域網的安全框架進行構建。隨著無線通信技術的不斷發展，不少科技企業對此進行了深入研究，5G無線通信技術應運而生，穩定性更好。其特征主要有以下幾個方面。一是傳輸速率高。5G無線通信技術的應用下，信息傳輸速率可到達10 Gb/s，是4G的百倍，除此之外，5G網絡100 MHz以上的寬帶為信息傳輸速率的提高打下了堅實的基礎。二是信息容量大。5G網絡每平方千米可連接的設備數量超出4G的10倍，并且具有較好的通信質量、較強的通信可靠性，可充分滿足人口密集城市軌道交通的通信需要。三是資源利用率高。5G網絡結構的變化，如端對端通信（Device to Device，D2D）的設計、自組織網絡技術的運用等，不但提高了信息的傳輸速率，而且有效提高了資源利用率，有助于構建綠色化移動通信網絡體系[1]。

1 5G無線通信技術給物聯網產業鏈發展帶來的影響

1.1 積極影響

（1）有利于創新物聯網（Interner of Things，IoT）軟件應用。對于物聯網產業鏈來說，借助于5G無線通信技術，為其發展提供了可靠的技術支持。5G無線通信技術的應用能夠提升通信傳輸速度，豐富通信方式，各項物聯網技術也可以得到進一步的融合，規范智慧城市的創建以及萬物聯網的搭建，統一框架標準。根據現階段5G無線通信技術的應用現狀可知，物聯網發展和智慧城市進行銜接的過程中，非獨立式框架比較常用，讓物聯網產業鏈之間能夠更加緊密地銜接[2]。

（2）有利于拓寬物聯網應用領域。2016年，我國5G無線通信技術呈現了商業化特點，越來越多的行業以及領域與物聯網進行了融合，對物聯網應用領域進行了擴大。例如，在MassiveMIMO技術的應用下，有效解決了信道估計精準性方面的問題，導頻污染等相關問題也得到了有效處理。在致密組網技術應用下，可以對網絡切片進行有效驗證，借助于軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）以及網絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）技術進一步提升5G信息控制的精準性。隨著物聯網和智慧城市建設以及智能家電控制等諸多領域的融合，網絡數據也能夠被實時且精準地感知，確保各項資源得到優化配置，尤其在5G無線通信技術的影響下，局域內的信息傳播速度和精準性有所提升，有效避免了正常通信受到其他終端信息的影響[3]。

（3）有利于物聯網硬件廠商的經濟發展。2017年，MillimeterWave技術進入了現場測試環節。受到該技術影響，對物聯網產業鏈的基礎框架作出了一系列的優化，在發展物聯網產業鏈的過程中，硬件廠商資源得到了進一步的豐富。物聯網硬件廠家在5G無線通信技術的影響下獲得了更多的紅利，這就進一步對新興技術的更新和研發提供了動力[4]。

1.2 消極影響

（1）物聯網產業鏈的安全性受到威脅。5G無線通信技術對物聯網產業鏈起到了積極的影響，但是由于5G無線通信技術和物聯網都處于發展階段，因此還存在網絡漏洞以及技術缺陷。例如，毫米波技術的傳輸距離相對較短，高層建筑物之間進行信息傳輸以及聯網時很容易出現信號不良，甚至是信息丟失等問題，這就需要對物聯網產業鏈進行安全方面的保護，進一步加大5G無線通信技術的研究力度，為物聯網產業鏈的長遠發展奠定基礎。合理應用信息加密技術，確保物聯網的信息傳遞速度得到提升，保證信息安全性[5]。

（2）制約物聯網產業的成本發展。在物聯網中，節點數量能夠達到上百億，這就需要具有海量的配套基礎設施進行支撐。由于物聯網正處于發展初期，無論是電子標簽，還是設備讀寫都需要花費很多資金，這樣就會對物聯網產業鏈的發展造成阻礙，如果不能夠對成本進行有效管控，則將會影響物聯網產業的發展規模。因此，5G無線通信技術發展的過程中要提升資源的利用率，建設性能好、成本低的物聯網基礎設施，積極應用現有的技術以及設備對物聯網產業鏈進行優化和改造，以此滿足物聯網的發展要求[6]。

2 物聯網環境下的5G關鍵技術

2.1 多層級專網可靠性設計

5G設備單板和電源主設備實現單板級可靠性，射頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU）環形組網實現網元級可靠性，5G低碼率表、回程重復、上行重復等方式實現鏈路級可靠性，多終端冗余、無線雙平面、端到端會話雙平面實現網絡級可靠性。在空口環境比較惡劣的場景下，也能充分發揮5G無線通信技術能力，保障在線業務不丟失。對用戶層可靠性要求極高的情況下，通過冗余設計保障安全。即使從無線側到核心側整條鏈路上出現故障，也能充分保證端到端業務連續性[7]。

2.2 5G切片技術的運用

基于5G切片的無線差異化保障，可應用于不同切片下相同的差異化保障。在5G公網中部署基于資源預留的切片，可靈活滿足高可靠、高安全的物聯行業應用。結合帶內上行增強和時頻深度協同技術，對速率進行增強。通過低時延高可靠通信（Ultra-Reliable Low-Latency Communications，URLLC）的時延增強功能，實現URLLC和增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）兩種下行業務共存，滿足URLLC對低時延的高要求。同時，5G無線通信技術允許對終端和核心網有定制化的需求，可以通過系統面控制精準地對時延進行確定性的管控并減少速率抖動[8]。

2.3 5G業務組網及網絡分流

物聯網的發展中，網絡組網方案非常關鍵。核心側，5G無線通信技術通過網絡級分流、網元級分流以及會話級分流對網絡分域分流管理，以提升安全可靠性；無線側，實現不同物聯網業務在同一張5G無線大網下各自的業務保證。

2.4 專網行業定制化需求

5G無線通信技術通過大帶寬可實現3～5 m精準定位能力，具備高精度、全場景、易維護、低成本優勢，降低網絡運維復雜度和系統開銷，提升可商用性。高精度網絡授時技術賦能物聯網行業數字化改造，對電力、工控、交通以及自動駕駛等物聯應用提供同步和高效協同的基礎保障能力。5G網絡廣覆蓋下，基站位置靈活，可以充分確保重要的專業物聯網絡無縫連接，端到端的服務質量（Quality of Service，QoS）監控能夠實現精準檢測保障[9]。相比傳統網絡，5G網絡具備端到端時延和抖動等關鍵指標，是實時的測量手段，且不占用大量資源開銷，使得物聯網大連接情況下充分得到網絡質量保障監控，并且能夠實現用戶側的可視、可管、可控，業務服務可保障、可承諾。

3 5G物聯網帶來的新機遇

3.1 用戶側數字化變革

在數字化轉型的趨勢下，更多的數據將從邊緣處理、工業制造以及電力物聯網逐步走向智能物聯。5G網絡可通過簡化邊緣App開發和適配，憑借深度開放的邊緣計算和安全防護能力幫助用戶實現制造、管理、檢測、維護以及安全等智能化管理，提高生產效率，提升公共服務用戶滿意度。

3.2 與多種新技術新領域融合

物聯網與5G無線網相融合形成移動物聯網，應用于智能家居、車聯網、可穿戴設備、智能設備以及健康養老等很多領域與工業、農業、能源等傳統行業深度融合形成產業物聯網，成為智慧工廠、智慧農業、智慧能源等行業轉型升級所需的基礎設施和關鍵要素。物聯網立體化城市信息采集系統正在加快構建，智慧城市成為智慧安防、智慧消防、智能停車等安全防護性應用的綜合平臺[10]。

3.3 4G和5G物聯網共存化、網絡切片、綜合運維

5G網絡的廣覆蓋預計到2025年左右可以實現無縫部署。從網絡層面看，運營商不可能同時全面轉向5G。從4G到5G，涉及虛擬設備和傳統非虛擬設備的混合運維與管理，這對目前的綜合運維方式有很大的沖擊和挑戰。5G網管與云對接，實現監控、編排、升級等云網業務一體化是綜合運維的重點任務，需要做到網元共管、Pool管理，支持虛擬資源的編排，利用SDN實現5G部署切片網絡配置和端到端切片的部署管理。

4 5G無線通信技術與物聯網產業鏈融合的對策

4.1 制定科學可行的融合方案

物聯網產業鏈發展遇到困難是不可避免的，但在未來的發展過程中依然需要堅持5G無線通信技術的應用，充分發揮物聯網產業鏈的相關優勢。針對5G無線通信技術、物聯網產業鏈，制定2者融合方案時可從以下幾點考慮：第一，對于5G無線通信技術進行實際應用之前，需要對地方性的物聯網產業鏈進行深入的調查和研究，在出現相關問題時，應該提前進行干預，采取有效的解決措施，從而有效避免較大偏差出現，確保能夠獲得良好的成績；第二，制定方案的過程中，也要對5G無線通信技術融合備案進行分析，讓2者都能夠做出相應的科學的轉變，把控動態因素，為后續工作的順利開展奠定基礎[11]。

4.2 科學部署地方的物聯網產業鏈

5G無線通信技術應用于物聯網產業鏈是時代發展的必然趨勢，針對地方物聯網產業鏈進行部署的過程中需要對此進行深入研究。一般，可以從以下兩方面著手：第一，就5G無線通信技術來說，由于其正處于研發階段，所取得的技術成果還不能夠做出準確的判定，因此部署物聯網產業鏈時，應該與地方的優勢以及劣勢進行充分結合，利用國家宏觀調控等方式科學部署，使得物聯網產業鏈能夠得到科學調整，突出地方優勢的同時為互聯網產業鏈的良性發展奠定基礎，讓5G無線通信技術在實際應用過程中獲得滿意的成績；第二，就物聯網產業鏈來說，需要在大數據分析上加大力度?，F階段來看，隨著市場需求以及社會需求的多樣化發展，物聯網產業鏈需要進行數據分析，與5G無線通信技術融合，提升全方位的網絡升級效果[12]。

4.3 全面開展5G無線通信技術試驗

物聯網時代，5G無線通信技術帶來的影響不言而喻，為了能夠讓5G無線通信技術創造更多的價值，需要開展技術試驗，讓未來的工作能夠取得更多的成就。一般可以從以下幾方面進行5G無線通信技術試驗：第一，與不同的企業進行合作，使得2者可以深度融合，從多元化角度挖掘問題的解決方法，讓5G無線通信技術的未來應用更加可靠；第二，5G無線通信技術測試的過程中要結合多方面內容作出深入分析，靈活應用技術分支，同時要顧及全局技術發展方向，讓物聯網產業鏈在未來發展中能夠減少阻礙，根據特色模式打造物聯網產業鏈，創造更多價值。

5 結 論

目前，4G時代已經逐步向5G移動時代演進，無線通信技術的迭代將對社會生產生活模式產生更為巨大的影響，信息意識水平也隨著通信科技的迅猛發展而不斷躍進。相關領域工作人員要充分發揮5G無線通信技術的應用優勢，實現信息傳輸和網絡建設的協同發展。研發5G無線通信技術與物聯網融合發展下的功能，為人們的日常生活和生產提供更加便利可靠的服務。