物聯(lián)網(wǎng)及5G通信系統(tǒng)綜述

陳連順

摘要：本文對物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、下一代移動通信系統(tǒng)（5G）相關技術進行了簡要介紹，同時，對物聯(lián)網(wǎng)及5G網(wǎng)絡的特點和主要應用進行了概括總結(jié)。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);5G通信系統(tǒng);通信網(wǎng)絡

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0029-01

0 引言

隨著智能化社會不斷發(fā)展，人們希望通過將不同事物、不同服務、不同人組成一個龐大的異構(gòu)網(wǎng)絡來進行信息交互。由于第四代移動通信技術（4G）體制的限制，人們需要一種新的能夠提供高速率、低延時、大容量的下一代移動通信系統(tǒng)來滿足聯(lián)網(wǎng)需求，由此推動了第五代通信系統(tǒng)（5G）應運而生。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術及架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是指通過信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)的目的是實現(xiàn)不受地點、時間限制，長期快速的連接如智能家庭、智能城市和郊區(qū)等應用環(huán)境中的移動設備，這種連接人和物的需求也是推動5G發(fā)展的兩大需求之一，如圖1所示。文獻[1]介紹了物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同工作平臺架構(gòu)，其包括以下三層：

（1）感知層：設備感知物理環(huán)境，收集實時數(shù)據(jù)，重建虛擬世界中數(shù)據(jù)的一般感知。用來識別物理對象和感知物理參數(shù)應用的是射頻識別（RFID）和傳感器技術。而用于數(shù)據(jù)采集的是IEEE 802.15.4和藍牙技術;（2）傳輸層：將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉贸绦蚝筒煌耐獠糠掌?。通過網(wǎng)關和諸如有線、無線和衛(wèi)星等異構(gòu)通信技術以及尋址和路由來訪問網(wǎng)絡;（3）應用層：對信息流進行處理和分析，向應用程序和服務發(fā)送數(shù)據(jù)，提供反饋以控制應用程序。它還負責如設備發(fā)現(xiàn)、管理、數(shù)據(jù)過濾和信息利用/分發(fā)等關鍵功能的實現(xiàn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術特征及應用場景

以感知和數(shù)據(jù)采集為目標的物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，將給我們的生活帶來許多好處，例如在農(nóng)業(yè)中，它可以為生產(chǎn)者或消費者提供關于農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到屬性等細節(jié)信息。文獻[2]提出了物聯(lián)網(wǎng)技術包括三個特征：

（1）事物綜合感知：識別和認證物體是實現(xiàn)感知的前提。利用射頻識別（RFID）、傳感器和條形碼隨時隨地的獲取信息，是綜合感知技術的發(fā)展方向;（2）信息可靠傳輸：由于可以用不同的異構(gòu)網(wǎng)絡傳輸感知數(shù)據(jù)，信息可以在任何時間任何地點通過包括有線和無線傳輸技術、交換、網(wǎng)絡和網(wǎng)關技術進行交換。它進一步創(chuàng)造了物理世界、虛擬世界、數(shù)字世界和社會之間的信息交換;（3）信息智能處理：通過分布式云計算，物聯(lián)網(wǎng)可以瞬間處理數(shù)十億的數(shù)據(jù)，并將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)收集到數(shù)據(jù)庫中。

3 5G通信網(wǎng)絡技術

作為下一代移動通信技術，5G結(jié)合正交頻分多址（OFDMA）和非正交多址（NOMA）作為自己的復用技術。形成一個“以用戶為中心”、個性化定制的新型無線網(wǎng)絡，通過支持更為靈活的資源調(diào)度和復用，來滿足多樣化的應用需求，同時提高網(wǎng)絡資源利用率。文獻[3]介紹，5G網(wǎng)絡支持三的個通用服務：增強的移動寬帶（Enhanced mobile broadband，eMBB）、大規(guī)模機器類型通信（Massive machine-type communication，mMTC）和超可靠和低延遲通信（ultra-reliable and low-latency communication，URLLC）。

增強的移動寬帶（eMBB）：提供更高的數(shù)據(jù)速率和更大的網(wǎng)絡覆蓋面積;大規(guī)模機器類型通信（mMTC）：控制大量無線設備之間的數(shù)據(jù)流，以保證網(wǎng)絡性能水平;超可靠低延遲通信（URLLC）：為諸如自動駕駛和健康監(jiān)控等關鍵應用提供認證服務。

4 5G通信網(wǎng)絡的優(yōu)勢及應用

5G網(wǎng)絡可以為用戶提供高效率，低不可達率，更大的靈活性和低成本的移動網(wǎng)絡接入體驗，文獻[4]總結(jié)并說明了5G通信系統(tǒng)在兩個主要方面的應用優(yōu)勢：

（1）移動寬帶：5G網(wǎng)絡允許用戶體驗高速數(shù)據(jù)和低延遲，以支持3D和超高清視頻應用的無線寬帶網(wǎng)絡;（2）物聯(lián)網(wǎng)：5G網(wǎng)絡支持將大規(guī)模不同的設備連接在一起，形成一個龐大的網(wǎng)絡集群。

5G通信系統(tǒng)的發(fā)展在諸多領域所帶來的收益：（1）遠程醫(yī)療：用戶可以通過遠程健康監(jiān)控系統(tǒng)隨時隨地獲得醫(yī)生的幫助;（2）遠程地理數(shù)據(jù)處理應用：用戶可以通過查詢?nèi)蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）來獲得位置;（3）遠程教育：通過網(wǎng)絡平臺繼續(xù)教育，提供低成本甚至免費的學習機會;（4）人工智能：通過開發(fā)與人類和機器溝通的智能系統(tǒng)，以方便人類生活;（5）經(jīng)濟增長：基于網(wǎng)絡和新系統(tǒng)的大規(guī)模開發(fā)，將使消費者和企業(yè)受益;（6）信息安全：執(zhí)行各供應商之間的認證、授權(quán)、加密、服務策略協(xié)議的建立與實現(xiàn)等功能。

5 結(jié)語

總之，下一代移動通信技術（5G）與物聯(lián)網(wǎng)具有密切關系，可以說物聯(lián)網(wǎng)技術的應用需求持續(xù)推動著移動通信技術發(fā)展。

參考文獻

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