物聯(lián)網(wǎng)下的5G通信技術(shù)應(yīng)用

王宏玉

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，人與人之間的溝通和交流更加便捷，不僅有效提升了人們的生活和工作效率，更使人們的生活方式發(fā)生了極大轉(zhuǎn)變。有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)針對物聯(lián)網(wǎng)以及5G通信技術(shù)進(jìn)行全面且深入的研究和分析，并對其應(yīng)用方向進(jìn)行有效把控，進(jìn)而使5G通信技術(shù)的應(yīng)用更加規(guī)范，推動技術(shù)的全面發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)的概述與聯(lián)系

1.1 概 述

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)

一般來說，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）主要是指通過各種信息傳感技術(shù)、射頻識別技術(shù)、感應(yīng)技術(shù)以及掃描技術(shù)針對各類物體的聲光電熱與理化信息進(jìn)行采集，從而實現(xiàn)物與物、物與人之間的聯(lián)系，使人們能夠針對物品進(jìn)行有效的智能化感知、識別和管理工作。

1.1.2 5G通信技術(shù)

5G通信技術(shù)即第五代移動通信技術(shù)，是具有高速率、低延遲以及大連接等特點和優(yōu)勢的新一代寬帶移動通信技術(shù)，是實現(xiàn)人、機、物相互聯(lián)動與信息共享的技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)前提[1]。

1.2 相互之間的聯(lián)系

由于5G通信技術(shù)的優(yōu)勢和特點較為顯著，因此在應(yīng)用過程中已逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建和聯(lián)通的重要保障，其速率和延遲方面的特性不僅在自動化生產(chǎn)、控制以及自動化監(jiān)控等方面具有重要的應(yīng)用價值，更在智能互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)領(lǐng)域中實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

2 5G通信技術(shù)的應(yīng)用原則

2.1 信息安全原則

確保信息安全是當(dāng)前5G通信技術(shù)應(yīng)用的首要原則。雖然各網(wǎng)絡(luò)運營方都提供了較為充分的信息保護(hù)策略，然而受各方面因素的影響和制約，導(dǎo)致用戶仍處于信息泄露的風(fēng)險下，因此如何確保信息安全已成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信運營人員的重點研究方向[2]?，F(xiàn)階段常用的信息安全保護(hù)技術(shù)包括分布式認(rèn)證技術(shù)、權(quán)限等級劃分技術(shù)以及主動防御技術(shù)等。

2.2 兼容性原則

除信息安全原則外，兼容性原則同樣也是當(dāng)前5G通信技術(shù)的重要發(fā)展原則。在現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境下，各類業(yè)務(wù)應(yīng)用與5G通信系統(tǒng)之間的接口兼容性仍存在一定的問題，不僅會對通信效能產(chǎn)生影響，還提升了通信網(wǎng)絡(luò)的運營成本，因此采取針對性措施實現(xiàn)5G通信與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容和匹配也極為重要。

2.3 資源節(jié)約原則

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出和不斷落實，綠色低碳已成為現(xiàn)階段5G通信的發(fā)展方向。為提高資源節(jié)約效能，減少網(wǎng)絡(luò)運營過程當(dāng)中產(chǎn)生的無謂消耗，技術(shù)運營人員應(yīng)針對網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和解決，有效避免額外能耗對環(huán)境產(chǎn)生的影響，使5G技術(shù)的發(fā)展更加符合綠色節(jié)能環(huán)保的需求。

3 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的5G通信技術(shù)應(yīng)用方向

3.1 技術(shù)研發(fā)與信道建設(shè)

在進(jìn)行5G通信技術(shù)的全面應(yīng)用之前，如何確保技術(shù)的兼容性，提升網(wǎng)絡(luò)信道的容量，使其更加適應(yīng)當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的發(fā)展實際成為了通信網(wǎng)絡(luò)研發(fā)與運營人員面對的重要挑戰(zhàn)。隨著信息化技術(shù)的全面發(fā)展，通信技術(shù)承擔(dān)的交流與溝通責(zé)任也更加全面，然而現(xiàn)階段我國通信信道仍以低頻段通信作為主導(dǎo)，難以有效滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展環(huán)境下信息的傳輸需求，因此強化網(wǎng)絡(luò)信道建設(shè)工作，進(jìn)一步提高信道容量，才能有效確保物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的需求得到滿足，促進(jìn)人們溝通和交流效率的進(jìn)一步提高[3]。因此，相關(guān)行政單位與網(wǎng)絡(luò)運營單位應(yīng)當(dāng)及時采取措施對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)布局以及信道建設(shè)工作進(jìn)行優(yōu)化，使其通信網(wǎng)絡(luò)支持設(shè)備更加全面，進(jìn)一步擴大5G通信技術(shù)的覆蓋范圍，并有效拓展網(wǎng)絡(luò)通信資源。

3.2 全頻段技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展大多以3 GHz作為主要工作頻段，而隨著入網(wǎng)用戶數(shù)量的進(jìn)一步增加，對網(wǎng)絡(luò)頻段資源的需求同樣也在不斷提升。如何進(jìn)一步滿足用戶的頻段資源需求成為了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運營人員面臨的主要挑戰(zhàn)和問題。在5G通信技術(shù)中，全頻段技術(shù)得到了充分有效的利用，依托全頻段技術(shù)不僅能夠提升通信網(wǎng)絡(luò)在單位時間內(nèi)的負(fù)荷與容量，更能夠進(jìn)一步強化網(wǎng)絡(luò)通信效率，使通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速度更加快速穩(wěn)定。

目前，在5G通信全頻段技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域中，其最高頻段已達(dá)到100 GHz，頻段容量更加可觀，信息傳輸更加高效，技術(shù)人員能夠依托全頻段技術(shù)實現(xiàn)傳輸模塊的有效拓展，使5G通信技術(shù)的兼容性得到進(jìn)一步提升[4]。另外，在5G通信技術(shù)中采用全頻段技術(shù)針對頻段資源進(jìn)行全面整合，還能在單位容量和信息傳輸速度下使通信網(wǎng)絡(luò)支持設(shè)備的體積得以進(jìn)一步縮小，更加適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜現(xiàn)狀，使5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下得以進(jìn)一步普及和發(fā)展，確保人們的通信體驗得以進(jìn)一步提高。

3.3 直接通信技術(shù)的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)布局與應(yīng)用模式中，受技術(shù)發(fā)展等客觀因素的影響，必須依托基站、中繼站等設(shè)施進(jìn)行信息的相互傳輸，因此導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)布局較為固定，難以依托用戶的實際需求對網(wǎng)絡(luò)整體布局進(jìn)行有效調(diào)整，同樣也制約了通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性與穩(wěn)定性，一旦通信基站或中繼站受到各類原因的破壞或影響導(dǎo)致其失去原有功能，正常通信也可能會受到嚴(yán)重影響，同時也制約了通信網(wǎng)絡(luò)與大規(guī)模組網(wǎng)用戶之間的匹配和運轉(zhuǎn)。在5G通信技術(shù)的應(yīng)用過程中，終端到終端（Device-to-Device，D2D）通信技術(shù)得到了較為廣泛的運用，兩個對等的用戶節(jié)點之間能夠直接進(jìn)行通信，降低了通信網(wǎng)絡(luò)對基站以及信號中繼站的依賴（見圖1）。用戶節(jié)點能夠同時扮演服務(wù)器以及客戶端兩種角色，使用戶的通信體驗得到更加有效的保障，減少外界客觀環(huán)境因素對信號傳輸造成的干擾，避免了基站受損導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)中斷現(xiàn)象，同時也使無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏問題得到更加有效的緩解和規(guī)避，通信網(wǎng)絡(luò)運行更加安全穩(wěn)定，人們的通信需求得到充分滿足[5]。

圖1 D2D直接通信技術(shù)的主要形式

3.4 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

進(jìn)入信息化時代后，人們對無限通信網(wǎng)絡(luò)的需求愈加顯著，但由于網(wǎng)絡(luò)資源存在一定的限制和制約，因此很多時候可能會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁堵或延遲的現(xiàn)象，一方面降低了網(wǎng)絡(luò)通信效率，另一方面對提升用戶的通信體驗也產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響[6]。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的應(yīng)用過程中，如編碼技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、多址技術(shù)等，用戶的數(shù)據(jù)信息傳輸速度提升仍十分有限，因此如何滿足物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下用戶極大增長的信息傳輸需求已成為通信技術(shù)研究者們的重要課題。

為進(jìn)一步提高通信網(wǎng)絡(luò)運行速度，有效降低過度傳輸造成的網(wǎng)絡(luò)擁堵和延遲，密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生。在傳統(tǒng)的通信組網(wǎng)技術(shù)中，大多以宏基站作為主要傳輸節(jié)點，這類基站雖然功率較高，但覆蓋密度較低，選址較為困難，在人流密集區(qū)域難以實現(xiàn)全面覆蓋，對提升用戶信息傳輸能效、確保通信效果的全面提高形成了一定的負(fù)面影響。因此，技術(shù)人員采用宏基站作為主要節(jié)點，在戶外人流密集區(qū)域采用小功率基站作為宏基站的有效補充，使傳統(tǒng)的單一式、扁平式的基站組網(wǎng)模式得到有效優(yōu)化，形成更加立體多元的基站組網(wǎng)方案，有效提升了人流密集區(qū)域信息通信和傳輸?shù)男Ч八俣?，使信息傳輸過程中產(chǎn)生的盲點得到有效規(guī)避，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境得以進(jìn)一步優(yōu)化[7]。據(jù)統(tǒng)計，在物聯(lián)網(wǎng)以及5G通信網(wǎng)絡(luò)的整體環(huán)境下，現(xiàn)有通信基站數(shù)目將擴大10倍以上，基站密度大大增加，使5G通信網(wǎng)絡(luò)的頻率復(fù)用效率以及單位環(huán)境下的系統(tǒng)容量得到充分有效的提高，原有的人流密集區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境得以進(jìn)一步改善，密集組網(wǎng)技術(shù)得到更加有效和完善的應(yīng)用。

3.5 SDN/NFV技術(shù)的應(yīng)用

面對更加多元的信息傳輸需求以及更加復(fù)雜的用戶使用環(huán)境，5G通信技術(shù)相較于其他傳統(tǒng)通信技術(shù)而言，安全風(fēng)險與安全隱患同樣也更加顯著。如何提高5G通信技術(shù)的安防性能，進(jìn)一步避免網(wǎng)絡(luò)信息傳輸過程中產(chǎn)生的安全隱患，是技術(shù)研究者的重點關(guān)注方向。在5G技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）技術(shù)的應(yīng)用使其安防性能得到有效保障，信息傳輸能效得到進(jìn)一步提升。一般來說，SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，主要指的是具備控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面相分離、控制面集中化以及具有開放可編程接口3種特性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。具體包含應(yīng)用層、控制層以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層等3個層面（見圖2），其中應(yīng)用層負(fù)責(zé)差異化的應(yīng)用以及業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)資源管理，控制層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)資源進(jìn)行處理，對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)等，而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層則負(fù)責(zé)對流表數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行采集和分析等[8-10]。

圖2 SDN/NFV技術(shù)的主要架構(gòu)

4 結(jié) 論

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為當(dāng)前人們生產(chǎn)生活的重要發(fā)展推動力。而5G通信技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，其應(yīng)用方向以及應(yīng)用策略也成為了研究重點。相關(guān)從業(yè)者應(yīng)針對技術(shù)研發(fā)與信道建設(shè)、全頻段技術(shù)、直接通信技術(shù)、密集組網(wǎng)技術(shù)以及SDN/NFV技術(shù)進(jìn)行全面且深入的研究，確保5G通信技術(shù)的健康發(fā)展。