基于5G移動通信技術下的物聯(lián)網(wǎng)時代分析

龔才語

【摘要】現(xiàn)代科技飛速發(fā)展，5G時代已經(jīng)到來，5G時代的到來使移動通信技術進入了一個新的發(fā)展階段，實現(xiàn)了物流、工業(yè)品、消費產(chǎn)品等與網(wǎng)絡世界的連接，也支撐起了物聯(lián)網(wǎng)體系。同時，5G技術與云計算技術以及人工智能技術相互結合，使整個社會處在智能化模式。本文主要通過闡述5G技術的特征和物聯(lián)網(wǎng)的體系結構來分析兩者融合帶來怎樣的技術變革。

【關鍵詞】5G移動通信技術;物聯(lián)網(wǎng);融合

中圖分類號：G241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.088

5G通信技術是在4G通信技術的基礎上發(fā)展而來，其性能更為優(yōu)越，具有高速率、大容量的特點，5G的問世是對多種技術融合、創(chuàng)新的結果，包括大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等技術，對產(chǎn)業(yè)技術改造以及跨界整合產(chǎn)生積極作用，推動社會向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展?；诖罅繑?shù)據(jù)和技術的支撐，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度也在加快，高速率數(shù)據(jù)傳輸、低時延等突出優(yōu)勢將會使物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不再受傳統(tǒng)移動技術的發(fā)展，給人們的生活帶來更多的便捷。

1. 5G網(wǎng)絡特征分析

1.1 高速率

在4G網(wǎng)絡的基礎上，5G網(wǎng)絡在各方面都進行技術創(chuàng)新和發(fā)展，改善了4G技術中存在的不足，對用戶來說最有效的感受就是其數(shù)據(jù)具有超高的傳輸速率，為人們的工作和生活帶來了極大的便捷，節(jié)約時間和精力。

1.2 泛在網(wǎng)

5G技術下，網(wǎng)絡業(yè)務范圍不斷擴大，無所不行，廣度覆蓋的同時深度覆蓋也在進行，為用戶帶來更好的業(yè)務服務，確保用戶在各個場景下都有優(yōu)質的體驗。同時，廣覆蓋之下可以設置傳感器或者智能終端，以獲得更多的資源，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來助力。

1.3 低時延

低時延技術的應用有效降低了服務器響應時間，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，為用戶帶來更好的服務和體驗，增加用戶感知度。最為重要的是4G網(wǎng)絡技術由于響應延遲而出現(xiàn)了一系列問題，無法滿足低時延的應用要求，例如工業(yè)自動化、無人駕駛等，受到以往通信技術的限制，在各方面都無法滿足應用需求。5G技術的出現(xiàn)恰好彌補了傳統(tǒng)技術的不足，不過也要對5G技術進行合理應用，更好的滿足用戶服務需求。

1.4 萬物互聯(lián)

如今社會智能化越來越普遍，智能終端以及智能家居等諸多設備電器需要通過網(wǎng)絡技術的支撐來實現(xiàn)智能化管理。另外，未來城市的建設發(fā)展，需要依附于5G網(wǎng)絡技術的發(fā)展，因為5G技術能夠處理大量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)集成智能系統(tǒng)，一步步由小智能系統(tǒng)集成大智能系統(tǒng)，真正實現(xiàn)城市的萬物互聯(lián)。

1.5 對物聯(lián)網(wǎng)的分析

物聯(lián)網(wǎng)即萬物互聯(lián)，是繼互聯(lián)網(wǎng)、移動通信技術之后掀起的又一次產(chǎn)業(yè)信息技術浪潮。物聯(lián)網(wǎng)中，不論什么物品，只要嵌入一個感應芯片，再借助網(wǎng)絡技術使其智能化，那么，物與物之間、人與物之間均能實現(xiàn)交流。物聯(lián)網(wǎng)的用途也十分廣泛，可用于城市公共衛(wèi)生、公共安全、智能家居、健康監(jiān)測等諸多領域，讓人們的生活更加安全，更加舒適。

1.5.1體系架構

物聯(lián)網(wǎng)體系架構由三部分組成，分別為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。首先感知層具有感知功能，主要為信息采集、物體識別和捕獲，利用射頻識別、二維碼等進行感知以及捕獲技術隨時都可對物體的信息進行采集和獲取;其次，網(wǎng)絡層具有傳送和通信功能，將信息網(wǎng)絡與物體相連接，依靠通信網(wǎng)絡的功能，隨時隨地實現(xiàn)信息的共享和交互;最后，應用層的功能就是各類技術的應用，比如監(jiān)控服務、公共安全、智能家居、工業(yè)監(jiān)控等。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術主要是以RFID為核心的識別技術、傳動和傳感技術、通信技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)處理技術、智能物體技術等。

1.5.2 物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

二十一世紀之初，歐美、日、韓等國家紛紛推出各自國家關于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，幾年后，美國正式宣布投入大量資金用于智慧城市建設，將物聯(lián)網(wǎng)的應用建設作為首要發(fā)展任務，并且歐盟已經(jīng)確立了將信息通信技術中的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展作為戰(zhàn)略性發(fā)展的決策，2009年，歐盟出臺了多項關于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的權威文件，并制定了物聯(lián)網(wǎng)行動計劃。日本也正式成立物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展工作組，密切掌握全球的發(fā)展趨勢，通過政府和企業(yè)的同心協(xié)作，實現(xiàn)日本物聯(lián)網(wǎng)技術的改革。韓國也出臺了相關戰(zhàn)略，要建立起以計算機技術網(wǎng)絡技術、智能網(wǎng)絡技術、數(shù)字技術等領先的技術社會形態(tài)。

2. 5G網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng)的融合

2020年以后，5G技術全面投入商用，5G技術大大提升了人們上網(wǎng)的速度，并在傳輸數(shù)據(jù)時具有低時延、高速率的特點，由此，5G技術已成為全球熱點。5G技術在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中具有推進作用，靈活性為用戶提供所需要的服務，也為物聯(lián)網(wǎng)的構建提供驅動標準。目前，全球各個國家和地區(qū)，包括歐盟、日本、韓國和美國等都逐漸啟用5G商用計劃，我國同樣也在推進5G的的發(fā)展，早在2015年就曾提出在2020年實現(xiàn)5G技術商用化的設想。物聯(lián)網(wǎng)可應用于多個領域，涵蓋農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通、物流、公共事業(yè)等多個領域。物聯(lián)網(wǎng)要想得到很好的發(fā)展，必須滿足兩大條件，一是要有完整的網(wǎng)絡體系，二是具備安全性。完整的網(wǎng)絡體系要求必須有網(wǎng)絡覆蓋物的支持、互聯(lián)與移動。4G網(wǎng)絡全面覆蓋后，推出了NB-IoT、eMTC等物聯(lián)網(wǎng)技術，在4G網(wǎng)絡的基礎上形成市場所需求的全覆蓋網(wǎng)絡，剛好的滿足物聯(lián)網(wǎng)低速率、高可靠和低功耗的需求;移動通信網(wǎng)絡在安全性方面有較高的要求，QOS保障機制和行業(yè)內安全機制共同保障了其所需要的安全性，這樣物與物的互聯(lián)才能更加可靠，物聯(lián)網(wǎng)才能大規(guī)模進行發(fā)展，此前的網(wǎng)絡技術尚且難以達到安全保障的條件。

移動通信技術與物聯(lián)網(wǎng)技術相互融合的優(yōu)勢主要為通信網(wǎng)絡有多大，就能實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍有多大，不需要客戶再進行單獨建網(wǎng)，為物聯(lián)網(wǎng)的應用帶來了很大的便利，并且降低了建網(wǎng)成本。隨著技術的不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展也越來越好。

經(jīng)過不斷的探索和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)正在從孤立化、碎片化地起步階段逐步進入集成創(chuàng)新、跨界融合、重點聚焦的新階段，整個市場快速啟動，在眾多領域中發(fā)揮價值，物聯(lián)網(wǎng)此時正處于實現(xiàn)跨越式增長的前一階段。我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中心預計，未來物聯(lián)網(wǎng)需求將不斷增大，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將不斷增長，支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心技術是海量連接和1毫秒的低時延，5G網(wǎng)絡技術由于其海量連接、低時延、超密集組網(wǎng)等特點滿足了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求。

3. 5G技術在物聯(lián)網(wǎng)中的應用

3.1 SDN/NFV技術

5G通信技術的應用是十分廣泛的，三網(wǎng)融合、云計算、云存儲等新技術的出現(xiàn)對移動通信技術提出了更高的要求，移動通信要為其提供足夠的網(wǎng)速和帶寬，相應的促進了5G網(wǎng)絡的發(fā)展，同時5G移動網(wǎng)絡在安全技術方面面臨著較大壓力。SDN/NFV技術的出現(xiàn)有效緩解了5G網(wǎng)絡的壓力，其為5G網(wǎng)絡提供了安全保護措施，它可以用軟件對網(wǎng)絡進行定義，實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化功能，在5G網(wǎng)絡中構建起全新的通信架構，實現(xiàn)起軟件化和虛擬化，對于數(shù)據(jù)分離具有顯著效果，有效促進了5G網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展。SDN/NFV技術是實現(xiàn)5G技術的基礎，它能結合原有網(wǎng)絡，構建出5G網(wǎng)絡技術的基礎層、控制層以及應用層，有利于通信程序實現(xiàn)自動調用功能，彌補了手動配置的不足之處，這對5G網(wǎng)絡技術的管理具有重要作用。同時，SDN/NFV技術簡化了網(wǎng)絡管理層次并充分優(yōu)化網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，利用此技術的分離與轉發(fā)功能，使5G網(wǎng)絡一直處于受控狀態(tài)，SDN與NFV在相互配合作用下建立起5G的虛擬網(wǎng)絡架構，實現(xiàn)不同業(yè)務對網(wǎng)絡的不同需求。

3.2 全頻段通信技術

4G通信網(wǎng)絡中工作頻段為3GHz，遠遠不能滿足通信需求，而5G通信網(wǎng)絡技術中采用的是高頻段技術或是全頻段技術，有效解決了3GHz頻譜資源較低的問題，同時也有效提升了網(wǎng)絡系統(tǒng)的容量和傳輸效率。目前，5G通信技術的網(wǎng)絡頻道在28-100GHz之間，是4G網(wǎng)絡工作頻段的幾倍甚至幾十倍，在應用中大大擴展了通信技術的頻段范圍，提高了其傳輸效率，也有效保證了5G技術的網(wǎng)絡容量。在使用全頻段技術時，允許更高密度寬帶用戶進行大規(guī)模、超可靠通信，促進終端向多元化、綜合化方向發(fā)展。5G網(wǎng)絡技術中，主要采用高頻發(fā)射信號，具有設備小型化、網(wǎng)絡帶寬大型化的優(yōu)勢，特別是現(xiàn)代電子技術發(fā)展中，5G技術的缺陷不斷被完善、攻克，使得5G網(wǎng)絡的高頻段技術在應用中更具優(yōu)勢和發(fā)展前景。

3.3 密集網(wǎng)絡技術

5G移動技術的網(wǎng)速是4G網(wǎng)絡技術的千倍以上，并且5G采用的是多種無線進行接入技術，廣覆覆蓋通信小區(qū)所在范圍，為了提高其信號覆蓋率，在5G技術中使用密集網(wǎng)絡技術是頗為重要的，密集網(wǎng)絡技術的表現(xiàn)主要為在通信基站外接入大量天線拓展通信技術的室外空間，增加其系統(tǒng)容量;另外，在宏基站的外部設置密集網(wǎng)絡天線，促使各通信網(wǎng)絡之間密切協(xié)作，提高相鄰節(jié)點間的準確性和高效性，由此全面改善網(wǎng)絡質量，發(fā)揮5G網(wǎng)絡的優(yōu)勢。

4. 結語

物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程中，人們也對其提出了更高的要求，5G網(wǎng)絡低時延、高速率的特征恰好滿足了物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展中的需求，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注定要與5G通信技術相融合，兩者融合使物聯(lián)網(wǎng)的應用領域更為廣泛，也實現(xiàn)了5G技術的商用化，5G網(wǎng)絡技術在物聯(lián)網(wǎng)中的應用彌補了之前技術存在的缺陷，更促進了5G技術和物聯(lián)網(wǎng)時代更好的發(fā)展。

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