5G在物聯(lián)網(wǎng)中的作用和對新技術(shù)的需求

◆郭建民

5G在物聯(lián)網(wǎng)中的作用和對新技術(shù)的需求

◆郭建民

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司邵陽市分公司 湖南 422002）

物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物與物、人與物的智能互聯(lián)，所以需要不斷融入先進(jìn)信息技術(shù)，使物聯(lián)網(wǎng)的功能能夠與時俱進(jìn)，進(jìn)一步推動我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為我國信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中加入5G網(wǎng)絡(luò)，從而使技術(shù)水平不斷提高，達(dá)到與時俱進(jìn)的要求。筆者針對5G網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用和對新技術(shù)的需求進(jìn)行了研究，從而為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供有效的助力。

物聯(lián)網(wǎng)；5G網(wǎng)絡(luò)；智慧城市；信息技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為未來發(fā)展趨勢，各個國家為了自身發(fā)展已經(jīng)提前投入5G網(wǎng)絡(luò)運營，如韓國、美國等國家已經(jīng)正式開啟5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而我國已經(jīng)開始發(fā)放5G商用牌照，說明我國已經(jīng)正式步入5G網(wǎng)絡(luò)時代。物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物與物、人與物之間的智能互聯(lián)，需要不斷引入先進(jìn)的信息技術(shù)才能保證智能互聯(lián)與時俱進(jìn)，推動企業(yè)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用

（1）物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)指的是通過局域網(wǎng)絡(luò)或者是互聯(lián)網(wǎng)的作用，把人員、物品、機(jī)器、傳感器、控制器進(jìn)行串聯(lián)，從而使人與物、物與物能夠互相關(guān)聯(lián)，使人與物的數(shù)據(jù)信息有效傳輸，再通過遠(yuǎn)程管理完成管理目標(biāo)[1]。通過深度研究物聯(lián)網(wǎng)可知，此網(wǎng)的終極目標(biāo)是對人與物的感知，屬于萬物互聯(lián)系統(tǒng)，涉及的領(lǐng)域眾多，包含通信、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡(luò)等多個領(lǐng)域。所謂萬物互聯(lián)系統(tǒng)，是使地球上所有存在的人與物、物與物進(jìn)行互相連接，主要表現(xiàn)在：

（2）人與人之間的互聯(lián)

人與之間的互聯(lián)是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，利用的工具有手機(jī)、智能電話、平板電腦、社會網(wǎng)等，其中的社會網(wǎng)指的是微信、博客、QQ等。通過物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，更多的互聯(lián)途徑誕生在人類的視線中，比如醫(yī)療領(lǐng)域，人們只需要吞下較小的設(shè)備對身體內(nèi)部進(jìn)行檢測，再把檢測結(jié)果通過保密性較強(qiáng)的互聯(lián)網(wǎng)上傳給醫(yī)生，為醫(yī)生的治療方案提供準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)。醫(yī)生還可以通過穿戴傳感器，向患者所在的醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供患者詳細(xì)治療信息，從而使患者的治療過程始終存在準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)患者的病情康復(fù)。

（3）數(shù)據(jù)傳遞

物理網(wǎng)實現(xiàn)人與物、物與物之間的互聯(lián)，是通過數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性傳統(tǒng)而實現(xiàn)的。相應(yīng)的設(shè)備獲取到數(shù)據(jù)流后，再通過處理中心的分析，把分析結(jié)果反饋回機(jī)器、手機(jī)、計算機(jī)等顯示器，從而讓人根據(jù)分析結(jié)果做出相應(yīng)的準(zhǔn)確性決策。

（4）物件通過安裝的傳感器實現(xiàn)感知能力

所有物件中安裝傳感器后，能夠被有效地感知，傳感器不只是能夠安裝在實體上，還可以延伸至虛擬物品。人類生活中的所使用的物品，如家電、車輛、生活日用品等物件，通過物聯(lián)網(wǎng)的感知能力，準(zhǔn)確性分析出物件的狀態(tài)、性能等實際性參數(shù)數(shù)據(jù)，通過掌握這些數(shù)據(jù)，能夠輔助人類和機(jī)器對物件的識別與決策。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)感知能力依靠的是M2M通信，M2M的含義是利用網(wǎng)絡(luò)資源與遠(yuǎn)程設(shè)施進(jìn)行聯(lián)系，從而實現(xiàn)監(jiān)視與控制目的，控制的內(nèi)容包括機(jī)器本身或者是周圍的環(huán)境。所以，M2M屬于智能機(jī)器內(nèi)協(xié)作系統(tǒng)，并不是對收集點產(chǎn)生簡單的數(shù)據(jù)[2]。

（5）處理工作

物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)有效監(jiān)控與控制和數(shù)據(jù)的處理工作密不可分，可以說數(shù)據(jù)處理是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)處理，能夠及時為人類提供準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)，使人類快速做出決策，大幅度縮減決策時間。人們能夠根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果有效處置物件與環(huán)境，使兩者能夠更好地為人類服務(wù)。分析數(shù)據(jù)處理可知，處理過程不只需要具備智能化，還需要能夠通過網(wǎng)絡(luò)信息需要的時間與地點，采用合理化的方式傳至人或者是機(jī)器。

（6）物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)體系具備的結(jié)構(gòu)分層原理可知，物聯(lián)網(wǎng)是由三層構(gòu)成：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層指的是能夠進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的器件，且具備感知、檢測物體作用，再把獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，利用通信網(wǎng)絡(luò)交換信息，從而準(zhǔn)確性提供數(shù)據(jù)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)層指的是把存在于感知層的傳感器利用通信鏈路的作用形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，從而實現(xiàn)互聯(lián)作用。傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息一般是通過藍(lán)牙、ZigBee等工具。數(shù)據(jù)信息再接入網(wǎng)關(guān)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)后，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)反饋。

（7）物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的運用

建立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的目標(biāo)是創(chuàng)建智慧城市，其他國家已經(jīng)提出了智慧地球的理念，而智慧城市屬于智慧地球的一部分，需要有效創(chuàng)建智慧城市。各個國家的發(fā)展目標(biāo)是推動經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)再利用，從而使國家居民能夠更優(yōu)越的生活，從而創(chuàng)建出文明昌盛的國度?；诖?，各個國家都把城市發(fā)展目標(biāo)轉(zhuǎn)變成智慧城市的建設(shè)。我國針對智慧城市做出了決策，鼓勵開展創(chuàng)新應(yīng)用模式，成為智慧城市創(chuàng)建的重要助力。在創(chuàng)建智慧城市中，需要充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的作用，如供水系統(tǒng)的創(chuàng)建，能夠有效監(jiān)測水質(zhì)量、水貯備、水量動態(tài)分配、檢測漏水位置與實際情況等，通過智慧處理措施，使水資源有效節(jié)約、準(zhǔn)確定位故障位置，有效保障居民生活。

2 5G通信網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用與技術(shù)支持

2.1 作用

通過上述內(nèi)容可知，物聯(lián)網(wǎng)是由有線與無線網(wǎng)絡(luò)共同組成，可以實現(xiàn)無縫隙連接、任何地點有效連接，且具備移動功能，從而有效監(jiān)測與控制物件與環(huán)境。實現(xiàn)移動功能的重要工具是無線網(wǎng)絡(luò)，如2G、3G、4G等，但是分析這些移動網(wǎng)絡(luò)可知存在著較多的不足，無法充分發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)的作用。5G網(wǎng)絡(luò)的到來，可以說是為物聯(lián)網(wǎng)“量身定制”的。5G網(wǎng)絡(luò)能夠增強(qiáng)移動寬帶、海量機(jī)器通信適應(yīng)5G、信息數(shù)據(jù)可靠且低時延通信等優(yōu)勢，從而為物聯(lián)網(wǎng)提供了發(fā)展平臺。

2.2 5G給予的技術(shù)支持

（1）新無線技術(shù)支持

物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)人與物、物與物之間的互聯(lián)，必須要具備大容量、低時延、超高速率的網(wǎng)絡(luò)，而5G網(wǎng)絡(luò)具備上述三種要求，能夠充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的作用。在大容量方面，5G的帶寬、頻譜、頻譜效率已經(jīng)采用了三維模式，使容量立方體有效建立。由于帶寬的加大，促進(jìn)了容量的加大，從而滿足大容量的要求。在超高速率方面，依據(jù)數(shù)字通信原理可知，采用調(diào)制方式所產(chǎn)生的信號會占用射頻帶寬，如果基帶產(chǎn)生的速率越高，會占用更寬的射頻帶寬。所以，得到超高速率的方式是提供充足的帶寬資源，且運用多進(jìn)制調(diào)制方式，而5G網(wǎng)絡(luò)具備這些需求。在低時延方面，較多的領(lǐng)域需要運用超可靠、低時延的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人、自動駕駛汽車、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。為了達(dá)到可靠性，要運用先進(jìn)的編碼調(diào)制技術(shù)。而實現(xiàn)低時延要求，需要依靠傳輸路徑與通信設(shè)備，為了使時延進(jìn)行縮短，通信距離進(jìn)行了縮短，將蜂窩區(qū)劃分成多個小區(qū)，從而留出足夠時間讓設(shè)備進(jìn)行處理[3]。另外，5G網(wǎng)絡(luò)還具備低能耗的優(yōu)勢，以往網(wǎng)絡(luò)模式的耗電量占全球電能的5％，如果不采取措施縮減碳的排放量，隨著時間的增長會使碳排量不斷加大。針對這一因素，在設(shè)計5G時已經(jīng)加入了低能耗設(shè)計，在開發(fā)過程中動用無線充電技術(shù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

為了達(dá)到適應(yīng)多種應(yīng)用場景，5G網(wǎng)絡(luò)在宏蜂窩小區(qū)加入了眾多小區(qū)，把原有的單層模式轉(zhuǎn)變成多層模式，導(dǎo)致形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袕?fù)雜的特點，使組成5G的軟件與硬件面臨較多的挑戰(zhàn)[4]。

3 結(jié)束語

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為全球及我國的未來發(fā)展趁勢，由于此網(wǎng)絡(luò)處于剛剛起步階段，還未達(dá)到成熟的要求，需要技術(shù)人員不斷加大研究完善存在的缺陷，從而使5G網(wǎng)絡(luò)更好為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)，向智能城市方向快速發(fā)展。

[1]張福財.云計算與物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市構(gòu)建中的運用分析[J].信息通信.2017（05）：15-16.

[2]許春秀，趙淑芳，孫慶波，等.物聯(lián)網(wǎng)在智慧化城市發(fā)展中的實際應(yīng)用研究[J].信息與電腦（理論版），2017（11）：25-26.

[3]劉艷.淺談5G和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢[J].數(shù)字通信世界，2019（01）：12-13.

[4]高世強(qiáng).5G網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢分析[J].中國辛通信，2017（19）：21-22.