5G無(wú)線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用探討

王 亭，戴曉締，李中賢

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，湖北 武漢 430024）

0 引 言

5G無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有高速率、低時(shí)延以及大連接，是新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)。無(wú)線個(gè)域網(wǎng)中具有面向特定群體的特征，而且活動(dòng)半徑也有著一定的要求，一般只能夠支持藍(lán)牙或者是射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID），主要組成包括自組織網(wǎng)絡(luò)以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行訪問，以此實(shí)現(xiàn)通信目標(biāo)，對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的安全框架進(jìn)行構(gòu)建。隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，不少科技企業(yè)對(duì)此進(jìn)行了深入研究，5G無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，穩(wěn)定性更好。其特征主要有以下幾個(gè)方面。一是傳輸速率高。5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用下，信息傳輸速率可到達(dá)10 Gb/s，是4G的百倍，除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)100 MHz以上的寬帶為信息傳輸速率的提高打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二是信息容量大。5G網(wǎng)絡(luò)每平方千米可連接的設(shè)備數(shù)量超出4G的10倍，并且具有較好的通信質(zhì)量、較強(qiáng)的通信可靠性，可充分滿足人口密集城市軌道交通的通信需要。三是資源利用率高。5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，如端對(duì)端通信（Device to Device，D2D）的設(shè)計(jì)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用等，不但提高了信息的傳輸速率，而且有效提高了資源利用率，有助于構(gòu)建綠色化移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系[1]。

1 5G無(wú)線通信技術(shù)給物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展帶來(lái)的影響

1.1 積極影響

（1）有利于創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)（Interner of Things，IoT）軟件應(yīng)用。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說，借助于5G無(wú)線通信技術(shù)，為其發(fā)展提供了可靠的技術(shù)支持。5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用能夠提升通信傳輸速度，豐富通信方式，各項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以得到進(jìn)一步的融合，規(guī)范智慧城市的創(chuàng)建以及萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的搭建，統(tǒng)一框架標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)階段5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀可知，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和智慧城市進(jìn)行銜接的過程中，非獨(dú)立式框架比較常用，讓物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈之間能夠更加緊密地銜接[2]。

（2）有利于拓寬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。2016年，我國(guó)5G無(wú)線通信技術(shù)呈現(xiàn)了商業(yè)化特點(diǎn)，越來(lái)越多的行業(yè)以及領(lǐng)域與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了融合，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了擴(kuò)大。例如，在MassiveMIMO技術(shù)的應(yīng)用下，有效解決了信道估計(jì)精準(zhǔn)性方面的問題，導(dǎo)頻污染等相關(guān)問題也得到了有效處理。在致密組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用下，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行有效驗(yàn)證，借助于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）技術(shù)進(jìn)一步提升5G信息控制的精準(zhǔn)性。隨著物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市建設(shè)以及智能家電控制等諸多領(lǐng)域的融合，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)也能夠被實(shí)時(shí)且精準(zhǔn)地感知，確保各項(xiàng)資源得到優(yōu)化配置，尤其在5G無(wú)線通信技術(shù)的影響下，局域內(nèi)的信息傳播速度和精準(zhǔn)性有所提升，有效避免了正常通信受到其他終端信息的影響[3]。

（3）有利于物聯(lián)網(wǎng)硬件廠商的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2017年，MillimeterWave技術(shù)進(jìn)入了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)節(jié)。受到該技術(shù)影響，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)框架作出了一系列的優(yōu)化，在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的過程中，硬件廠商資源得到了進(jìn)一步的豐富。物聯(lián)網(wǎng)硬件廠家在5G無(wú)線通信技術(shù)的影響下獲得了更多的紅利，這就進(jìn)一步對(duì)新興技術(shù)的更新和研發(fā)提供了動(dòng)力[4]。

1.2 消極影響

（1）物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的安全性受到威脅。5G無(wú)線通信技術(shù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈起到了積極的影響，但是由于5G無(wú)線通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)都處于發(fā)展階段，因此還存在網(wǎng)絡(luò)漏洞以及技術(shù)缺陷。例如，毫米波技術(shù)的傳輸距離相對(duì)較短，高層建筑物之間進(jìn)行信息傳輸以及聯(lián)網(wǎng)時(shí)很容易出現(xiàn)信號(hào)不良，甚至是信息丟失等問題，這就需要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行安全方面的保護(hù)，進(jìn)一步加大5G無(wú)線通信技術(shù)的研究力度，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。合理應(yīng)用信息加密技術(shù)，確保物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞速度得到提升，保證信息安全性[5]。

（2）制約物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的成本發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)數(shù)量能夠達(dá)到上百億，這就需要具有海量的配套基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行支撐。由于物聯(lián)網(wǎng)正處于發(fā)展初期，無(wú)論是電子標(biāo)簽，還是設(shè)備讀寫都需要花費(fèi)很多資金，這樣就會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展造成阻礙，如果不能夠?qū)Τ杀具M(jìn)行有效管控，則將會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模。因此，5G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的過程中要提升資源的利用率，建設(shè)性能好、成本低的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，積極應(yīng)用現(xiàn)有的技術(shù)以及設(shè)備對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行優(yōu)化和改造，以此滿足物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求[6]。

2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的5G關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多層級(jí)專網(wǎng)可靠性設(shè)計(jì)

5G設(shè)備單板和電源主設(shè)備實(shí)現(xiàn)單板級(jí)可靠性，射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）環(huán)形組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元級(jí)可靠性，5G低碼率表、回程重復(fù)、上行重復(fù)等方式實(shí)現(xiàn)鏈路級(jí)可靠性，多終端冗余、無(wú)線雙平面、端到端會(huì)話雙平面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)可靠性。在空口環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)景下，也能充分發(fā)揮5G無(wú)線通信技術(shù)能力，保障在線業(yè)務(wù)不丟失。對(duì)用戶層可靠性要求極高的情況下，通過冗余設(shè)計(jì)保障安全。即使從無(wú)線側(cè)到核心側(cè)整條鏈路上出現(xiàn)故障，也能充分保證端到端業(yè)務(wù)連續(xù)性[7]。

2.2 5G切片技術(shù)的運(yùn)用

基于5G切片的無(wú)線差異化保障，可應(yīng)用于不同切片下相同的差異化保障。在5G公網(wǎng)中部署基于資源預(yù)留的切片，可靈活滿足高可靠、高安全的物聯(lián)行業(yè)應(yīng)用。結(jié)合帶內(nèi)上行增強(qiáng)和時(shí)頻深度協(xié)同技術(shù)，對(duì)速率進(jìn)行增強(qiáng)。通過低時(shí)延高可靠通信（Ultra-Reliable Low-Latency Communications，URLLC）的時(shí)延增強(qiáng)功能，實(shí)現(xiàn)URLLC和增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）兩種下行業(yè)務(wù)共存，滿足URLLC對(duì)低時(shí)延的高要求。同時(shí)，5G無(wú)線通信技術(shù)允許對(duì)終端和核心網(wǎng)有定制化的需求，可以通過系統(tǒng)面控制精準(zhǔn)地對(duì)時(shí)延進(jìn)行確定性的管控并減少速率抖動(dòng)[8]。

2.3 5G業(yè)務(wù)組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)分流

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案非常關(guān)鍵。核心側(cè)，5G無(wú)線通信技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)級(jí)分流、網(wǎng)元級(jí)分流以及會(huì)話級(jí)分流對(duì)網(wǎng)絡(luò)分域分流管理，以提升安全可靠性；無(wú)線側(cè)，實(shí)現(xiàn)不同物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在同一張5G無(wú)線大網(wǎng)下各自的業(yè)務(wù)保證。

2.4 專網(wǎng)行業(yè)定制化需求

5G無(wú)線通信技術(shù)通過大帶寬可實(shí)現(xiàn)3～5 m精準(zhǔn)定位能力，具備高精度、全場(chǎng)景、易維護(hù)、低成本優(yōu)勢(shì)，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維復(fù)雜度和系統(tǒng)開銷，提升可商用性。高精度網(wǎng)絡(luò)授時(shí)技術(shù)賦能物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)數(shù)字化改造，對(duì)電力、工控、交通以及自動(dòng)駕駛等物聯(lián)應(yīng)用提供同步和高效協(xié)同的基礎(chǔ)保障能力。5G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋下，基站位置靈活，可以充分確保重要的專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接，端到端的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)檢測(cè)保障[9]。相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)具備端到端時(shí)延和抖動(dòng)等關(guān)鍵指標(biāo)，是實(shí)時(shí)的測(cè)量手段，且不占用大量資源開銷，使得物聯(lián)網(wǎng)大連接情況下充分得到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障監(jiān)控，并且能夠?qū)崿F(xiàn)用戶側(cè)的可視、可管、可控，業(yè)務(wù)服務(wù)可保障、可承諾。

3 5G物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的新機(jī)遇

3.1 用戶側(cè)數(shù)字化變革

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)下，更多的數(shù)據(jù)將從邊緣處理、工業(yè)制造以及電力物聯(lián)網(wǎng)逐步走向智能物聯(lián)。5G網(wǎng)絡(luò)可通過簡(jiǎn)化邊緣App開發(fā)和適配，憑借深度開放的邊緣計(jì)算和安全防護(hù)能力幫助用戶實(shí)現(xiàn)制造、管理、檢測(cè)、維護(hù)以及安全等智能化管理，提高生產(chǎn)效率，提升公共服務(wù)用戶滿意度。

3.2 與多種新技術(shù)新領(lǐng)域融合

物聯(lián)網(wǎng)與5G無(wú)線網(wǎng)相融合形成移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用于智能家居、車聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、智能設(shè)備以及健康養(yǎng)老等很多領(lǐng)域與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源等傳統(tǒng)行業(yè)深度融合形成產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，成為智慧工廠、智慧農(nóng)業(yè)、智慧能源等行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)所需的基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵要素。物聯(lián)網(wǎng)立體化城市信息采集系統(tǒng)正在加快構(gòu)建，智慧城市成為智慧安防、智慧消防、智能停車等安全防護(hù)性應(yīng)用的綜合平臺(tái)[10]。

3.3 4G和5G物聯(lián)網(wǎng)共存化、網(wǎng)絡(luò)切片、綜合運(yùn)維

5G網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋預(yù)計(jì)到2025年左右可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫部署。從網(wǎng)絡(luò)層面看，運(yùn)營(yíng)商不可能同時(shí)全面轉(zhuǎn)向5G。從4G到5G，涉及虛擬設(shè)備和傳統(tǒng)非虛擬設(shè)備的混合運(yùn)維與管理，這對(duì)目前的綜合運(yùn)維方式有很大的沖擊和挑戰(zhàn)。5G網(wǎng)管與云對(duì)接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、編排、升級(jí)等云網(wǎng)業(yè)務(wù)一體化是綜合運(yùn)維的重點(diǎn)任務(wù)，需要做到網(wǎng)元共管、Pool管理，支持虛擬資源的編排，利用SDN實(shí)現(xiàn)5G部署切片網(wǎng)絡(luò)配置和端到端切片的部署管理。

4 5G無(wú)線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈融合的對(duì)策

4.1 制定科學(xué)可行的融合方案

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展遇到困難是不可避免的，但在未來(lái)的發(fā)展過程中依然需要堅(jiān)持5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)5G無(wú)線通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，制定2者融合方案時(shí)可從以下幾點(diǎn)考慮：第一，對(duì)于5G無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用之前，需要對(duì)地方性的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行深入的調(diào)查和研究，在出現(xiàn)相關(guān)問題時(shí)，應(yīng)該提前進(jìn)行干預(yù)，采取有效的解決措施，從而有效避免較大偏差出現(xiàn)，確保能夠獲得良好的成績(jī)；第二，制定方案的過程中，也要對(duì)5G無(wú)線通信技術(shù)融合備案進(jìn)行分析，讓2者都能夠做出相應(yīng)的科學(xué)的轉(zhuǎn)變，把控動(dòng)態(tài)因素，為后續(xù)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)[11]。

4.2 科學(xué)部署地方的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈

5G無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菚r(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，針對(duì)地方物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行部署的過程中需要對(duì)此進(jìn)行深入研究。一般，可以從以下兩方面著手：第一，就5G無(wú)線通信技術(shù)來(lái)說，由于其正處于研發(fā)階段，所取得的技術(shù)成果還不能夠做出準(zhǔn)確的判定，因此部署物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈時(shí)，應(yīng)該與地方的優(yōu)勢(shì)以及劣勢(shì)進(jìn)行充分結(jié)合，利用國(guó)家宏觀調(diào)控等方式科學(xué)部署，使得物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈能夠得到科學(xué)調(diào)整，突出地方優(yōu)勢(shì)的同時(shí)為互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展奠定基礎(chǔ)，讓5G無(wú)線通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中獲得滿意的成績(jī)；第二，就物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說，需要在大數(shù)據(jù)分析上加大力度。現(xiàn)階段來(lái)看，隨著市場(chǎng)需求以及社會(huì)需求的多樣化發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，與5G無(wú)線通信技術(shù)融合，提升全方位的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)效果[12]。

4.3 全面開展5G無(wú)線通信技術(shù)試驗(yàn)

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，5G無(wú)線通信技術(shù)帶來(lái)的影響不言而喻，為了能夠讓5G無(wú)線通信技術(shù)創(chuàng)造更多的價(jià)值，需要開展技術(shù)試驗(yàn)，讓未來(lái)的工作能夠取得更多的成就。一般可以從以下幾方面進(jìn)行5G無(wú)線通信技術(shù)試驗(yàn)：第一，與不同的企業(yè)進(jìn)行合作，使得2者可以深度融合，從多元化角度挖掘問題的解決方法，讓5G無(wú)線通信技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用更加可靠；第二，5G無(wú)線通信技術(shù)測(cè)試的過程中要結(jié)合多方面內(nèi)容作出深入分析，靈活應(yīng)用技術(shù)分支，同時(shí)要顧及全局技術(shù)發(fā)展方向，讓物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈在未來(lái)發(fā)展中能夠減少阻礙，根據(jù)特色模式打造物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，創(chuàng)造更多價(jià)值。

5 結(jié) 論

目前，4G時(shí)代已經(jīng)逐步向5G移動(dòng)時(shí)代演進(jìn)，無(wú)線通信技術(shù)的迭代將對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活模式產(chǎn)生更為巨大的影響，信息意識(shí)水平也隨著通信科技的迅猛發(fā)展而不斷躍進(jìn)。相關(guān)領(lǐng)域工作人員要充分發(fā)揮5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的協(xié)同發(fā)展。研發(fā)5G無(wú)線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展下的功能，為人們的日常生活和生產(chǎn)提供更加便利可靠的服務(wù)。