物聯網背景下的5G通信技術應用研究

摘要：“萬物互聯”構建了智能化生活場景模式，AI智能虛擬場景、機器人管家及人臉識別等功能的呈現，帶給人們極其便利且趣味十足的生活。泛互聯網背景下，身為“萬物互聯”核心所在的5G通信技術也迎來巨大的突破。通過關聯物聯網連接技術、大數據計算技術和云計算技術，在5G物聯網云計算方式的運用下，能夠營造更便捷、智能的社會，從而促進萬物互聯時代趨勢的體現。本文在闡述5G通信物聯網架構的基礎上，指出物聯網及5G通信技術特點，分析物聯網背景下的5G通信技術如智能化技術、直接通信技術、頻效提升技術、密集網絡技術、 SDN/NFV技術、毫米波技術等，并提出5G通信技術在智慧城市、虛擬無人機、智能制造與供應及醫療保健中的具體應用，以供參考與借鑒。

關鍵詞：物聯網；5G通信技術；應用

5G時代背景下，人們生產生活中無線通信技術構成的影響更大，通信技術的進步會帶動信息技術水平的同步發展，而通信技術與信息技術相結合后形成的物聯網，能夠密切關聯人們生活中涉及使用的一系列設備，在網絡的基礎上有效連接各種人與事物，“萬物聯網”時代正式來臨，為人們提供更具智能化的生活。通過應用5G通信技術，有利于物聯網技術智能化的提升，相應地也能深入發掘物聯網技術在各領域的作用。基于此，從物聯網背景出發，研究5G通信技術的應用具有極為深遠的意義。

一、5G通信物聯網架構

現階段，5G通信整體容量較大，支持較多設備的連接，能為用戶提供可接入網絡的強大信號[1]。圖1呈現了5G通信物聯網總體架構，該架構中邊緣計算層與傳輸層彼此間分離，云計算層與應用層間有解耦狀態存在，各功能的設計能夠妥善應對存在于傳統物聯網傳輸中的問題，從而達成整體更便捷的信息共享。

系統架構中，感知層主要體現入口的作用，通過感知層能夠順利生成各項數據信息，從而在控制器與傳感器的作用下，通信收集數據信息并向感知層傳輸。而在傳輸數據的過程中，傳輸層主要體現媒介的作用，傳輸層內包含5G物聯網及5G終端等，協議轉換與傳輸的實現離不開一定的終端，感知層通信方式逐步向兼容5G通信技術的方式轉換。邊緣計算層是訪問設備與處理數據的重要媒介，邊緣計算的開展有利于核心網絡負擔的降低，圍繞邊緣計算后的數據信息展開處理，可促進網絡性能的增強，霧計算連接邊緣計算層能夠實現無縫連接網絡，因具備功能較多故而在傳輸數據中能夠體現至關重要的作用。云計算層包含私有云與公有云兩種，向云計算層中傳輸數據后，可在數據中心中存儲和計算大部分數據。整個系統架構中，應用層屬于最高級別的存在，是不同層次服務的終端，在大數據技術的基礎上能夠保障各項任務的順利開展。

二、物聯網和5G通信技術特點

（一）快速傳輸率

移動通信技術目前正處于發展速度不斷提升的階段，信息技術的進步與發展相應地也能提升信息傳輸速度、擴大信息傳輸容量。在對比5G通信技術和4G通信技術后不難發現，前者擁有優勢更明顯的傳輸容量和傳輸速度，被廣泛應用于人們的日常生活中，且逐步形成更廣闊的服務范圍。憑借自身諸多優勢，能夠精準服務各個領域，使人們日常生活工作中的需求得到有效滿足[2]。同時，在頻譜利用方面5G通信技術也體現出顯著的優勢，能為用戶提供10GB/s的體驗峰值服務。

（二）全網絡覆蓋

不斷發展與進步的物聯網技術背景下，各行業對于網絡傳播價值形成更深刻的認知。當前，人們對今后智能生活服務的要求相對較高，物聯網與5G通信技術關聯后，不同行業以自身發展需求為根據進行定制通信的研發，能夠提供更具智能化的服務。5G通信技術憑借自身全網覆蓋能力，能夠全面覆蓋各個用戶，并面向用戶提供針對性的優質服務，使其客觀需求得到有效滿足。現階段，無線網絡用戶數量劇增，且彼此間形成更為密切的聯系，有關時延的要求也在不斷提升，5G通信技術則能有效滿足客戶這一系列需求。因此，有必要對5G通信技術的應用予以高度重視。

三、物聯網背景下的5G通信技術

（一）智能化技術

5G通信技術為物聯網技術的發展注入了一定的活力。5G通信技術的基礎為物聯網技術的計算平臺，云計算平臺支持不同種類數據的迅速處理，而類型不一的處理服務器匯聚在一起形成巨大處理中心，聯合相關設備后，云計算平臺與其他終端設備能夠實現信息通信及殺熟數據的目標。同時，5G通信技術支持海量數據信息的存儲和處理，以客戶需求為根據分析儲存的信息數據，打造優質服務并提供給用戶[3]。此外，物聯網技術與5G通信技術的融合，有利于設備與數據雙向信息系統的實現，可對現有5G通信技術加以優化，實現更順利的傳輸，并智能化變革物聯網技術，進一步突出物聯網技術數據傳輸時效性與安全性。

（二）直接通信技術

5G通信技術中，D2D（Device-to-Device，終端到終端）的應用相當廣泛，對等的兩個用戶節點間支持直接通信，通信網絡不再過度依賴信號中繼站和基站。用戶節點可實現客戶端與服務器兩種角色的同時扮演，從而更有效地保障用戶通信體驗，弱化信號傳輸中受外界客觀環境因素的干擾，能消除基站受損引起網絡中斷的情況。同時，該技術能夠大幅緩解或有效規避無線通信系統中匱乏頻譜資源的問題，能夠賦予通信網絡更安全、穩定的運行保障，從而滿足人們在通信方面的實際需求。

（三）頻效提升技術

5G通信中，頻效提升技術同樣實現了廣泛應用，以應用大范圍天線為基礎接入非正式多地址，并在應用新型編碼技術及傳輸波形后能為數據傳輸提供高效率的保障。5G通信模式下，引入頻效提升技術后可促使通信系統形成更大的信道容量，且有利于數據傳輸距離的延長。而有關5G通信頻效提升技術實踐應用的過程中，正交頻分復用波形控制體現在不可忽視的作用。頻效提升技術在促進頻率利用率提升的同時，同樣能夠有效控制抗頻率選擇性衰落現象。此值得一提的是，有關頻率效率的提升中，非正式多地址接入技術同樣發揮著可觀的作用。

（四）密集網絡技術

現階段，密集網絡技術在日益發展的網絡技術帶動下同樣取得了一定的提升，蜂窩平臺的增加，可促進網絡運營商網絡容量的增加，且能有效改善傳輸過度引起的網絡延遲和擁堵情況。通信技術相比原始數據而言，呈現出更顯著的發展速度，且大幅提升了整體數據傳輸速度。傳統通信組網技術中，傳輸節點基本是以宏基站為主，此類基站盡管具備較高的功率，但覆蓋密度方面卻不樂觀，選址難度較大，難以全面覆蓋人流密集區，一定程度上阻礙了通信效果的提高及用戶信息傳輸能效的提升[4]。而技術人員建立在宏基站這一節點的基礎上，引入小功率基站至戶外人流密集區域用于補充宏基站，有效優化傳統扁平式、單一式的基站組網模式，形成多元立體的基站組網方案，實現人流密集區域內信息傳輸及通信速度與效果的提升，能夠有效規避信息傳輸中可能出現的盲點，并改進網絡環境。根據相關統計數據結果得知，5G通信網絡及物聯網環境下，現有通信基站數目實現不低于10倍的擴增，基站密度更大，能夠有效提高單位環境下系統容量及5G通信網絡頻率復用率，原本人流密集區域內能夠形成更優異的網絡傳輸環境。

（五）SDN/NFV技術

日益復雜的用戶使用環境及趨于多元化的信息傳輸需求背景下，5G通信技術同樣面臨著遠超其他傳統通信技術的安全隱患及安全風險。促進5G通信技術安防性能的提升及規避或消除產生于網絡信息傳輸中的安全隱患，成為現階段相關人員的重要研究課題。SDN（軟件定義網絡）與NFV（網絡功能虛擬化）技術在5G技術應用中能夠有效保障其安防性能，并大幅提升信息傳輸能效。SDN作為新型網絡架構模式，其主要特性包含控制面集中化、控制面板與轉發面互相分離、具有開放可編程接口。該網絡架構由數據轉發層、應用層和控制層三個層面組成，其中數據轉發層主要承擔轉化流表數據和采集分析設備狀態的功能職責，控制層則負責處理數據資源和維護網絡狀態，應用層則負責管理業務與網絡資源及差異化的應用等。

（六）毫米波技術

現代通信模式下，毫米波表示1～10mm波長的電磁波。毫米波與其他類型的電磁波相比，具備更高的傳輸質量，且擁有波段范圍較窄特征，在全天候通信中發揮著極為可觀的作用，如圖2所示。通過毫米波技術的規范應用，可實現匱乏頻譜資源問題的改善，并間接性促進通信質量的提升。而在毫米波技術應用的優化方面，在建設5G通信網絡框架時，需對建設超密集網絡予以重視，并在基站較短間距的情況下混輸數據，以促進數據傳輸中能夠具備更強的干擾抵抗能力，從而為數據傳輸提供質量與效率方面的保障。

四、物聯網背景下的5G通信技術實踐應用

（一）智慧城市

現階段城市發展中，智慧城市屬于重要的新型理念，是在先進通信技術的運用下整合各類資源，打造更優質、豐富的服務并提供給人們，例如物聯網能夠串通醫療及交通等諸多領域，方便人們的生活出行。智慧城市通過5G通信技術的應用科學部署系統，結合數字化技術賦予設施更可觀的自動化運行效率，在同一框架中安置城市內所有內容，并憑借通信技術規避或緩解信息不互通、滯后等現象，實現統一存儲與傳輸信息[5]。

同時，智慧城市中著重強調科學管理能源及交通等，在車站安置物聯網傳感器后，能幫助有關人員實現車站人流情況的及時掌握，迅速緩解或規避擁堵現象。具有獨立性的車輛定位系統中，當網絡出現延遲時可能會有導航信息無法及時更新的問題出現，造成車輛駕駛受影響。而在5G通信技術的應用下，能為信息收集速率提供保障，有效交換數據，從而確保車輛導航信息更新的及時性。

（二）虛擬無人機

物聯網背景下5G通信技術的應用，賦予了無人機大容量數據處理、遠程低時延控制及超高清視頻傳輸等功能，虛擬無人機也應運而生。就其應用而言，主要表現在：一是在線直播，依托全景攝像頭負責采集、拼接和處理視頻流，5G網絡下行傳輸，面向用戶打造通過終端隨時隨地感受情景變化的服務。二是遠程配送，采取遙控、自動飛行的方式，結合低空無人機向目的地自動運送小型貨物一類的包裹，可消除地形干擾、規避交通擁堵，并促進交付效率的提高。三是農林植保，無人機負載可實現機械化植保，在結合5G網絡的前提下，數據中心與無人機之間能夠交換數據。云平臺負責分析負載實時采集的數據，為數據中心遠程操作提供必要的支持。四是智能交通，智能交通運營商模式的誕生，實現了出行市場格局及方式的變更，能為人們提供更安全、高效、經濟、便捷且綠色的出行服務。而在有利政策環境的前提下，人們日常生活中逐漸出現了無人駕駛出租車、自動駕駛出租車、公交車等自動駕駛汽車的身影，例如百度旗下的蘿卜快跑自動駕駛出行服務平臺，面向北京、上海、常州、深圳、廣州、重慶、陽泉、長沙8個城市開設了自助出行服務，截至2022年第一季度，該平臺已實現19.6萬單無人車訂單的供應。根據百度董事長李彥宏的論述來看，目前正在適度推進智能交通基礎設施的部署，憑借5G遠程控制優勢，聯合車路協同，有利于運輸安全性及效率的提高，汽車產業也因此踏上網聯化及智能化的轉型升級道路。

（三）智能制造與供應

5G通信技術能夠打破傳統通信技術面臨的桎梏，可顯著提升技術水平，并實現數據的實時收集及收集效率的提高。在應用5G通信技術后，物聯網設備能夠形成更高的自動化操作水平，物聯網領域中包含傳感器在內的各個設備計算與分析水平更高，在數據高效收集與分析的前提下能夠減少一定的運行成本[6]。同時，5G通信技術無縫傳輸數據，支持傳輸海量數據。供應鏈旨在消費者需求的滿足，以消費者為導向，聯合5G通信技術建立供應鏈管理模式，以路由節點為基礎進行完整供應鏈數據信息的提供，可簡化人工監督，并達成遠程操控與跟蹤的目的。

（四）醫療保健

醫療領域中每日都會有海量數據生成，處理有效性難免不夠理想。通過5G通信技術的運用實時處理數據，精準、高效記錄患者就診信息，便于醫護及醫生間信息共享。同時，在融合物聯網與5G通信技術后，可促進醫療資源配置合理性的提升，并縮短空間距離。例如華為企業2019年攜手通信企業所開展的遠程外科動物手術中，在5G通信技術的運用下傳遞高清圖像數據至醫生一端，面向超出50km距離的機器人下達切除豬肝小葉手術的指令；海南醫院同年度在5G通信技術和物聯網的運用下，實施了患者腦起搏器植入手術。這兩場手術皆取得圓滿的成果，是跨地區手術操作發展新歷程的標志。而醫療技術與新興技術的融合，也成為醫療領域未來發展的主要方向。

五、結束語

綜上所述，物聯網背景下的5G通信技術體現出諸多實際應用優勢，不僅從傳統工作的局限中走出來，促進物聯網中通信技術應用成效的提升，且能賦予網絡更加良好的有效性和安全性，實現高效、安全的數據信息傳輸。同時，5G通信技術可促進系統效率的提高并減少能耗，實現物聯網新業務的快速部署，保障物聯網系統安全，滿足物聯網管理需求，增強移動化及智能化。今后，5G通信技術也勢必能為人們生活與工作提供更多的便捷化服務。

作者單位：趙晨 德施曼機電（中國）有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]黃穎芳.物聯網形勢下的5G通信技術應用分析[J].數字通信世界，2021（09）：117-118.

[2]但梟.物聯網下的5G通信技術應用[J].信息記錄材料，2021，22（03）：169-170.

[3]高許雷.關于物聯網形勢下的5G通信技術應用[J].電子測試，2020（15）：137-138，16.

[4]于海燕.物聯網形勢下的5G通信技術應用探討[J].產業與科技論壇，2022，21（01）：30-31.

[5]楊蓓.論述物聯網形勢下的5G通信技術應用[J].中國新通信，2022，24（06）：21-23.

[6]李徽.物聯網形勢下的5G通信技術應用探討[J].模型世界，2022（02）：4-6.

趙晨（1991.05-），男，漢族，安徽宿州 ，大學本科，中級工程師 ，研究方向：電子工程技術。