5G通信在物聯(lián)網(wǎng)形勢下的運(yùn)用

劉濤 王馨璐

【摘要】第五代移動通信系統(tǒng)5G隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展已逐漸走進(jìn)人類生活。5G通信技術(shù)的到來，為移動通信開辟了新的空間。物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)的高度融合，成為當(dāng)前信息時代的重要標(biāo)志。本文探討了5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)形勢下的運(yùn)用，給人類開啟了智慧生活新篇章。

【關(guān)鍵詞】5G通信技術(shù);物聯(lián)網(wǎng);技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.22.007

2014年年中，5G率先由三星電子公布并且表示，5G網(wǎng)絡(luò)的商用將于2020年前完成。物聯(lián)網(wǎng)有個響當(dāng)當(dāng)?shù)拿帧叭f物互聯(lián)”，互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，而物聯(lián)網(wǎng)正是在5G通信的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。在互聯(lián)網(wǎng)上，通過通信和信息交換，實現(xiàn)了萬物的緊密聯(lián)系。5G通信的推廣和實施將有助于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，帶來了許多革命性的變化，未來這些技術(shù)將廣泛應(yīng)用于生活中的各個領(lǐng)域。

1. 物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

進(jìn)入21世紀(jì)初，國際社會為謀求產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，積極尋找優(yōu)化傳統(tǒng)第二產(chǎn)業(yè)的途徑。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和全球科技領(lǐng)域因其先進(jìn)的技術(shù)理論和巨大的發(fā)展前景受到廣泛關(guān)注和討論。物聯(lián)網(wǎng)可以分為三個層次，即感知層次、網(wǎng)絡(luò)層次和應(yīng)用層次，如圖1。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，通過智能設(shè)備、5G通信等現(xiàn)代設(shè)備技術(shù)，利用信息產(chǎn)業(yè)升級趨勢，將各類人及物連接起來，使智能、信息等科技手段在傳統(tǒng)領(lǐng)域得到更好的施展。

1.2 5G通信技術(shù)

5G通信技術(shù)之前，有2G、3G以及4G通信技術(shù)，其是基于4G通信技術(shù)的升級更新。5G通信技術(shù)考慮到未來人們對通信技術(shù)的需求以及環(huán)境的變化，做出了許多升級。與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)提供良好的網(wǎng)絡(luò)通信體驗，其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度比傳統(tǒng)4G技術(shù)快10到100倍。值得一提的是，5G通信技術(shù)中，我國掌握了核心技術(shù)，并最先占領(lǐng)5G市場高地。

2. 5G通信在物聯(lián)網(wǎng)形勢下運(yùn)用的價值

隨著5G時代到來，移動互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)寬帶技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的商業(yè)模式無法滿足5G時代高性能、高速率的需求。物聯(lián)網(wǎng)形勢下，互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)也在不斷優(yōu)化，新的業(yè)務(wù)經(jīng)常出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)通信提供的服務(wù)同質(zhì)化現(xiàn)象普遍存在，加劇了通信網(wǎng)絡(luò)的競爭態(tài)勢。因此，如何準(zhǔn)確識別和放大差異是所有運(yùn)營商急需解決的問題。同時，即使是在5G時代，真正的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高速增長期，無論是共享單車還是智能后視鏡，以BAT主導(dǎo)的互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)早已行動，必將借助5G的到來，動態(tài)前行，搶占物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)主力市場。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展正在高速、便捷改變互聯(lián)網(wǎng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的固有格局，為物聯(lián)網(wǎng)在衣食住行等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的放開也為物聯(lián)網(wǎng)提供了更加廣泛的應(yīng)用平臺。以傳統(tǒng)呼叫通信網(wǎng)絡(luò)為主要業(yè)務(wù)、以人為對象的市場隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展已經(jīng)飽和，另外，對傳統(tǒng)移動領(lǐng)域，以O(shè)TT為代表的新業(yè)態(tài)發(fā)起了沖擊，這里面，物聯(lián)網(wǎng)是打破快節(jié)奏的突破口。由于物聯(lián)網(wǎng)市場的成熟，5G通信在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的優(yōu)勢已經(jīng)凸顯。5G通信在物聯(lián)網(wǎng)中占有重要地位。同時，越來越多的行業(yè)將通過多種形式以新的模式融入新興的互聯(lián)網(wǎng)市場，以實現(xiàn)商業(yè)融合的目標(biāo)。因此，戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型勢在必行，傳統(tǒng)通信技術(shù)系統(tǒng)失去依仗，無異于解除原生運(yùn)營模式的桎梏。借助5G東風(fēng)樹立行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)渠道得以延續(xù)，具有重大戰(zhàn)略意義。

3. 5G通信在物聯(lián)網(wǎng)背景下的運(yùn)用

3.1 終端直傳技術(shù)

終端直傳也稱為D2D（Device-to-Device）技術(shù)，D2D技術(shù)借助5G通信技術(shù)超大數(shù)據(jù)處理能力以及極高的速度，能更好地發(fā)揮自身核心優(yōu)勢，借此進(jìn)一步拓展5G通信技術(shù)。D2D技術(shù)是在由其通信分布式網(wǎng)絡(luò)中兩個對等用戶節(jié)點(diǎn)之間，采用的直接通信的方式，每個用戶節(jié)點(diǎn)都具有自動轉(zhuǎn)發(fā)消息以及發(fā)送和接收信號的功能。網(wǎng)絡(luò)參與者通過共享，使用諸如存儲和網(wǎng)絡(luò)功能、信息處理以及硬件資源，無需經(jīng)過中間實體，直接訪問，以獲得更多的服務(wù)和資源。用戶節(jié)點(diǎn)在D2D通信網(wǎng)絡(luò)中既充當(dāng)伺服器又充當(dāng)客戶端，所有用戶自發(fā)形成一個虛擬或真實的群體，能夠清晰感知彼此的存在。

3.2 無線移動網(wǎng)絡(luò)

首先，是無線移動網(wǎng)絡(luò)平臺，在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和信息日益增多的現(xiàn)狀下，5G通信技術(shù)的應(yīng)用可以讓信息的交換克服空間和時間的限制，實現(xiàn)信息的智能定位、高效收集和管理。在應(yīng)用中5G通信可以有效維護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)管理和性能監(jiān)控，確保相關(guān)信息在存儲和處理兩方面都表現(xiàn)良好。同時，物聯(lián)網(wǎng)還可以通過管理平臺的實施維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，保證物聯(lián)網(wǎng)的正常運(yùn)行。能夠積極改進(jìn)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理形式，使物聯(lián)網(wǎng)在信息處理能力方面表現(xiàn)得更好，以滿足信息安全發(fā)展的需求。其次，是傳感器網(wǎng)絡(luò)。其可以有效實現(xiàn)智慧安防、智慧農(nóng)業(yè)和智慧城市系統(tǒng)的連接，因此成為物聯(lián)網(wǎng)模式發(fā)展的重要支柱。在具體應(yīng)用中的，傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和任務(wù)調(diào)度等方面具有很強(qiáng)的實時性，在數(shù)據(jù)管理方面，5G通信可以在通信工作前有效采集多源數(shù)據(jù)，消除多傳感器采樣和頻率使用造成的數(shù)據(jù)冗余，有效降低網(wǎng)絡(luò)過載;5G通信可以減少傳輸沖突，同時有效降低通信延遲，優(yōu)化路由和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議延長收發(fā)器停機(jī)時間以提供高效的傳輸機(jī)制。5G通信可以確保應(yīng)用程序可用以滿足有關(guān)應(yīng)用的時間需求，能夠在作業(yè)期間實時調(diào)度算法。可見，在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也扮演著非常重要的角色，最后，是無線終端設(shè)備，無線終端設(shè)備包括類似于物聯(lián)網(wǎng)的信息輸入、下載、傳輸功能。通過移動終端與互聯(lián)網(wǎng)的連接，可以在現(xiàn)代通訊的情況下監(jiān)控和補(bǔ)充傳統(tǒng)信息。目前，無線終端設(shè)備技術(shù)還處于不斷完善的過程中，可以高效地進(jìn)行任務(wù)采集和信息感知，更好地執(zhí)行通信和信息傳輸?shù)裙δ堋?/p>

3.3 SDN/NFV技術(shù)

SDN/NFV技術(shù)主要是指軟件自定義及網(wǎng)絡(luò)虛擬化，是5G通信技術(shù)的重要基礎(chǔ)之一。隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)的安全性及可拓展性借助云計算服務(wù)和三網(wǎng)融合產(chǎn)業(yè)的深入已被大大提高了，這其中，可拓展技術(shù)是最關(guān)鍵的應(yīng)用技術(shù)之一，有利于5G通信技術(shù)的發(fā)展和規(guī)劃未來的發(fā)展。5G通信網(wǎng)絡(luò)在控制數(shù)據(jù)分離方面，通過虛擬化和軟件化可以取得顯著效果。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)有效建立通信的基礎(chǔ)、控制和應(yīng)用層，調(diào)用程序，有效替代人工配置，在當(dāng)今起著非常重要的作用。為進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)發(fā)分離能有效控制5G通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，也是5G通信網(wǎng)絡(luò)必須具備的功能。以上功能結(jié)合SDN/NFV技術(shù)打造虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠滿足不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的真實需求。因此，通過5G通信技術(shù)的高效應(yīng)用，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，可以更好地管理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，讓人們在優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中體驗更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

3.4 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)展過程中，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，不僅在促進(jìn)信息傳遞方面發(fā)揮著重要作用，而且為相關(guān)事物的融合提供了重要的技術(shù)支撐。以車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為例，5G技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決車輛面臨的復(fù)雜問題，降低時延，充分融合了高帶寬、高可靠性的特點(diǎn)。遠(yuǎn)程駕駛與我們的日常生活息息相關(guān)，在物聯(lián)網(wǎng)及5G技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，通過遠(yuǎn)程駕駛的應(yīng)用，乘客可以參加會議或在路上工作，也能適用于生病和因特殊原因不適合駕駛的情況。在后臺生產(chǎn)調(diào)度中心對車輛進(jìn)行檢查和監(jiān)控，通過對信息進(jìn)行處理和分發(fā)，云計算能力可以最大限度地減少交通中對車載傳感器的依賴。運(yùn)用5G技術(shù)發(fā)揮自動駕駛汽車的感知、控制和決策作用。此時，車輛與遠(yuǎn)程終端信息交互時基于5G通信的低時延使時延小于10ms，進(jìn)一步提高了車輛的接受和執(zhí)行速度。

3.5 其他應(yīng)用領(lǐng)域

5G技術(shù)的應(yīng)用除了上述應(yīng)用領(lǐng)域外，還在以下幾個方面也具有較好的應(yīng)用價值：首先，是智慧物流?；诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過網(wǎng)上交易和電子商務(wù)提供一站式物流服務(wù);其次，是智能交通管理。通過GPS等技術(shù)管理車輛并提供完整信息交通信息反饋給交通系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò);另外，在智能環(huán)保、智能醫(yī)療及智能家居方面也有不錯的應(yīng)用。如自動準(zhǔn)確地測量水體和大氣，做好對氣象部門的反饋工作。通過檢測裝置的應(yīng)用測量人體正常參數(shù)，并傳輸?shù)结t(yī)療部門。自動化控制系統(tǒng)、計算機(jī)通信、移動通信和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，在移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的情況下，實現(xiàn)對家庭設(shè)備的控制。

4. 結(jié)語

目前，5G通信技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在當(dāng)今社會發(fā)展中，物聯(lián)網(wǎng)為生活和生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。在不久的將來，隨著5G通信技術(shù)的成熟，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用會越來越多。在這種情況下，保證信息的傳輸更加安全，避免在傳輸過程中出現(xiàn)混亂，需要進(jìn)一步融合5G通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的范圍，為人們提供更好的服務(wù)。

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作者簡介：劉濤，男，1984，俄羅斯族，新疆博樂人，助理工程師，研究方向：通信工程.

王馨璐，女，1993，漢族，江蘇江陰人，研究生在讀，研究方向：裝備保障.