物聯(lián)網(wǎng)背景下的5G通信技術應用研究

摘要：“萬物互聯(lián)”構建了智能化生活場景模式，AI智能虛擬場景、機器人管家及人臉識別等功能的呈現(xiàn)，帶給人們極其便利且趣味十足的生活。泛互聯(lián)網(wǎng)背景下，身為“萬物互聯(lián)”核心所在的5G通信技術也迎來巨大的突破。通過關聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)連接技術、大數(shù)據(jù)計算技術和云計算技術，在5G物聯(lián)網(wǎng)云計算方式的運用下，能夠營造更便捷、智能的社會，從而促進萬物互聯(lián)時代趨勢的體現(xiàn)。本文在闡述5G通信物聯(lián)網(wǎng)架構的基礎上，指出物聯(lián)網(wǎng)及5G通信技術特點，分析物聯(lián)網(wǎng)背景下的5G通信技術如智能化技術、直接通信技術、頻效提升技術、密集網(wǎng)絡技術、 SDN/NFV技術、毫米波技術等，并提出5G通信技術在智慧城市、虛擬無人機、智能制造與供應及醫(yī)療保健中的具體應用，以供參考與借鑒。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；5G通信技術；應用

5G時代背景下，人們生產生活中無線通信技術構成的影響更大，通信技術的進步會帶動信息技術水平的同步發(fā)展，而通信技術與信息技術相結合后形成的物聯(lián)網(wǎng)，能夠密切關聯(lián)人們生活中涉及使用的一系列設備，在網(wǎng)絡的基礎上有效連接各種人與事物，“萬物聯(lián)網(wǎng)”時代正式來臨，為人們提供更具智能化的生活。通過應用5G通信技術，有利于物聯(lián)網(wǎng)技術智能化的提升，相應地也能深入發(fā)掘物聯(lián)網(wǎng)技術在各領域的作用?；诖?，從物聯(lián)網(wǎng)背景出發(fā)，研究5G通信技術的應用具有極為深遠的意義。

一、5G通信物聯(lián)網(wǎng)架構

現(xiàn)階段，5G通信整體容量較大，支持較多設備的連接，能為用戶提供可接入網(wǎng)絡的強大信號[1]。圖1呈現(xiàn)了5G通信物聯(lián)網(wǎng)總體架構，該架構中邊緣計算層與傳輸層彼此間分離，云計算層與應用層間有解耦狀態(tài)存在，各功能的設計能夠妥善應對存在于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)傳輸中的問題，從而達成整體更便捷的信息共享。

系統(tǒng)架構中，感知層主要體現(xiàn)入口的作用，通過感知層能夠順利生成各項數(shù)據(jù)信息，從而在控制器與傳感器的作用下，通信收集數(shù)據(jù)信息并向感知層傳輸。而在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，傳輸層主要體現(xiàn)媒介的作用，傳輸層內包含5G物聯(lián)網(wǎng)及5G終端等，協(xié)議轉換與傳輸?shù)膶崿F(xiàn)離不開一定的終端，感知層通信方式逐步向兼容5G通信技術的方式轉換。邊緣計算層是訪問設備與處理數(shù)據(jù)的重要媒介，邊緣計算的開展有利于核心網(wǎng)絡負擔的降低，圍繞邊緣計算后的數(shù)據(jù)信息展開處理，可促進網(wǎng)絡性能的增強，霧計算連接邊緣計算層能夠實現(xiàn)無縫連接網(wǎng)絡，因具備功能較多故而在傳輸數(shù)據(jù)中能夠體現(xiàn)至關重要的作用。云計算層包含私有云與公有云兩種，向云計算層中傳輸數(shù)據(jù)后，可在數(shù)據(jù)中心中存儲和計算大部分數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)架構中，應用層屬于最高級別的存在，是不同層次服務的終端，在大數(shù)據(jù)技術的基礎上能夠保障各項任務的順利開展。

二、物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術特點

（一）快速傳輸率

移動通信技術目前正處于發(fā)展速度不斷提升的階段，信息技術的進步與發(fā)展相應地也能提升信息傳輸速度、擴大信息傳輸容量。在對比5G通信技術和4G通信技術后不難發(fā)現(xiàn)，前者擁有優(yōu)勢更明顯的傳輸容量和傳輸速度，被廣泛應用于人們的日常生活中，且逐步形成更廣闊的服務范圍。憑借自身諸多優(yōu)勢，能夠精準服務各個領域，使人們日常生活工作中的需求得到有效滿足[2]。同時，在頻譜利用方面5G通信技術也體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，能為用戶提供10GB/s的體驗峰值服務。

（二）全網(wǎng)絡覆蓋

不斷發(fā)展與進步的物聯(lián)網(wǎng)技術背景下，各行業(yè)對于網(wǎng)絡傳播價值形成更深刻的認知。當前，人們對今后智能生活服務的要求相對較高，物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術關聯(lián)后，不同行業(yè)以自身發(fā)展需求為根據(jù)進行定制通信的研發(fā)，能夠提供更具智能化的服務。5G通信技術憑借自身全網(wǎng)覆蓋能力，能夠全面覆蓋各個用戶，并面向用戶提供針對性的優(yōu)質服務，使其客觀需求得到有效滿足?，F(xiàn)階段，無線網(wǎng)絡用戶數(shù)量劇增，且彼此間形成更為密切的聯(lián)系，有關時延的要求也在不斷提升，5G通信技術則能有效滿足客戶這一系列需求。因此，有必要對5G通信技術的應用予以高度重視。

三、物聯(lián)網(wǎng)背景下的5G通信技術

（一）智能化技術

5G通信技術為物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展注入了一定的活力。5G通信技術的基礎為物聯(lián)網(wǎng)技術的計算平臺，云計算平臺支持不同種類數(shù)據(jù)的迅速處理，而類型不一的處理服務器匯聚在一起形成巨大處理中心，聯(lián)合相關設備后，云計算平臺與其他終端設備能夠實現(xiàn)信息通信及殺熟數(shù)據(jù)的目標。同時，5G通信技術支持海量數(shù)據(jù)信息的存儲和處理，以客戶需求為根據(jù)分析儲存的信息數(shù)據(jù)，打造優(yōu)質服務并提供給用戶[3]。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術與5G通信技術的融合，有利于設備與數(shù)據(jù)雙向信息系統(tǒng)的實現(xiàn)，可對現(xiàn)有5G通信技術加以優(yōu)化，實現(xiàn)更順利的傳輸，并智能化變革物聯(lián)網(wǎng)技術，進一步突出物聯(lián)網(wǎng)技術數(shù)據(jù)傳輸時效性與安全性。

（二）直接通信技術

5G通信技術中，D2D（Device-to-Device，終端到終端）的應用相當廣泛，對等的兩個用戶節(jié)點間支持直接通信，通信網(wǎng)絡不再過度依賴信號中繼站和基站。用戶節(jié)點可實現(xiàn)客戶端與服務器兩種角色的同時扮演，從而更有效地保障用戶通信體驗，弱化信號傳輸中受外界客觀環(huán)境因素的干擾，能消除基站受損引起網(wǎng)絡中斷的情況。同時，該技術能夠大幅緩解或有效規(guī)避無線通信系統(tǒng)中匱乏頻譜資源的問題，能夠賦予通信網(wǎng)絡更安全、穩(wěn)定的運行保障，從而滿足人們在通信方面的實際需求。

（三）頻效提升技術

5G通信中，頻效提升技術同樣實現(xiàn)了廣泛應用，以應用大范圍天線為基礎接入非正式多地址，并在應用新型編碼技術及傳輸波形后能為數(shù)據(jù)傳輸提供高效率的保障。5G通信模式下，引入頻效提升技術后可促使通信系統(tǒng)形成更大的信道容量，且有利于數(shù)據(jù)傳輸距離的延長。而有關5G通信頻效提升技術實踐應用的過程中，正交頻分復用波形控制體現(xiàn)在不可忽視的作用。頻效提升技術在促進頻率利用率提升的同時，同樣能夠有效控制抗頻率選擇性衰落現(xiàn)象。此值得一提的是，有關頻率效率的提升中，非正式多地址接入技術同樣發(fā)揮著可觀的作用。

（四）密集網(wǎng)絡技術

現(xiàn)階段，密集網(wǎng)絡技術在日益發(fā)展的網(wǎng)絡技術帶動下同樣取得了一定的提升，蜂窩平臺的增加，可促進網(wǎng)絡運營商網(wǎng)絡容量的增加，且能有效改善傳輸過度引起的網(wǎng)絡延遲和擁堵情況。通信技術相比原始數(shù)據(jù)而言，呈現(xiàn)出更顯著的發(fā)展速度，且大幅提升了整體數(shù)據(jù)傳輸速度。傳統(tǒng)通信組網(wǎng)技術中，傳輸節(jié)點基本是以宏基站為主，此類基站盡管具備較高的功率，但覆蓋密度方面卻不樂觀，選址難度較大，難以全面覆蓋人流密集區(qū)，一定程度上阻礙了通信效果的提高及用戶信息傳輸能效的提升[4]。而技術人員建立在宏基站這一節(jié)點的基礎上，引入小功率基站至戶外人流密集區(qū)域用于補充宏基站，有效優(yōu)化傳統(tǒng)扁平式、單一式的基站組網(wǎng)模式，形成多元立體的基站組網(wǎng)方案，實現(xiàn)人流密集區(qū)域內信息傳輸及通信速度與效果的提升，能夠有效規(guī)避信息傳輸中可能出現(xiàn)的盲點，并改進網(wǎng)絡環(huán)境。根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)結果得知，5G通信網(wǎng)絡及物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，現(xiàn)有通信基站數(shù)目實現(xiàn)不低于10倍的擴增，基站密度更大，能夠有效提高單位環(huán)境下系統(tǒng)容量及5G通信網(wǎng)絡頻率復用率，原本人流密集區(qū)域內能夠形成更優(yōu)異的網(wǎng)絡傳輸環(huán)境。

（五）SDN/NFV技術

日益復雜的用戶使用環(huán)境及趨于多元化的信息傳輸需求背景下，5G通信技術同樣面臨著遠超其他傳統(tǒng)通信技術的安全隱患及安全風險。促進5G通信技術安防性能的提升及規(guī)避或消除產生于網(wǎng)絡信息傳輸中的安全隱患，成為現(xiàn)階段相關人員的重要研究課題。SDN（軟件定義網(wǎng)絡）與NFV（網(wǎng)絡功能虛擬化）技術在5G技術應用中能夠有效保障其安防性能，并大幅提升信息傳輸能效。SDN作為新型網(wǎng)絡架構模式，其主要特性包含控制面集中化、控制面板與轉發(fā)面互相分離、具有開放可編程接口。該網(wǎng)絡架構由數(shù)據(jù)轉發(fā)層、應用層和控制層三個層面組成，其中數(shù)據(jù)轉發(fā)層主要承擔轉化流表數(shù)據(jù)和采集分析設備狀態(tài)的功能職責，控制層則負責處理數(shù)據(jù)資源和維護網(wǎng)絡狀態(tài)，應用層則負責管理業(yè)務與網(wǎng)絡資源及差異化的應用等。

（六）毫米波技術

現(xiàn)代通信模式下，毫米波表示1～10mm波長的電磁波。毫米波與其他類型的電磁波相比，具備更高的傳輸質量，且擁有波段范圍較窄特征，在全天候通信中發(fā)揮著極為可觀的作用，如圖2所示。通過毫米波技術的規(guī)范應用，可實現(xiàn)匱乏頻譜資源問題的改善，并間接性促進通信質量的提升。而在毫米波技術應用的優(yōu)化方面，在建設5G通信網(wǎng)絡框架時，需對建設超密集網(wǎng)絡予以重視，并在基站較短間距的情況下混輸數(shù)據(jù)，以促進數(shù)據(jù)傳輸中能夠具備更強的干擾抵抗能力，從而為數(shù)據(jù)傳輸提供質量與效率方面的保障。

四、物聯(lián)網(wǎng)背景下的5G通信技術實踐應用

（一）智慧城市

現(xiàn)階段城市發(fā)展中，智慧城市屬于重要的新型理念，是在先進通信技術的運用下整合各類資源，打造更優(yōu)質、豐富的服務并提供給人們，例如物聯(lián)網(wǎng)能夠串通醫(yī)療及交通等諸多領域，方便人們的生活出行。智慧城市通過5G通信技術的應用科學部署系統(tǒng)，結合數(shù)字化技術賦予設施更可觀的自動化運行效率，在同一框架中安置城市內所有內容，并憑借通信技術規(guī)避或緩解信息不互通、滯后等現(xiàn)象，實現(xiàn)統(tǒng)一存儲與傳輸信息[5]。

同時，智慧城市中著重強調科學管理能源及交通等，在車站安置物聯(lián)網(wǎng)傳感器后，能幫助有關人員實現(xiàn)車站人流情況的及時掌握，迅速緩解或規(guī)避擁堵現(xiàn)象。具有獨立性的車輛定位系統(tǒng)中，當網(wǎng)絡出現(xiàn)延遲時可能會有導航信息無法及時更新的問題出現(xiàn)，造成車輛駕駛受影響。而在5G通信技術的應用下，能為信息收集速率提供保障，有效交換數(shù)據(jù)，從而確保車輛導航信息更新的及時性。

（二）虛擬無人機

物聯(lián)網(wǎng)背景下5G通信技術的應用，賦予了無人機大容量數(shù)據(jù)處理、遠程低時延控制及超高清視頻傳輸?shù)裙δ埽摂M無人機也應運而生。就其應用而言，主要表現(xiàn)在：一是在線直播，依托全景攝像頭負責采集、拼接和處理視頻流，5G網(wǎng)絡下行傳輸，面向用戶打造通過終端隨時隨地感受情景變化的服務。二是遠程配送，采取遙控、自動飛行的方式，結合低空無人機向目的地自動運送小型貨物一類的包裹，可消除地形干擾、規(guī)避交通擁堵，并促進交付效率的提高。三是農林植保，無人機負載可實現(xiàn)機械化植保，在結合5G網(wǎng)絡的前提下，數(shù)據(jù)中心與無人機之間能夠交換數(shù)據(jù)。云平臺負責分析負載實時采集的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)中心遠程操作提供必要的支持。四是智能交通，智能交通運營商模式的誕生，實現(xiàn)了出行市場格局及方式的變更，能為人們提供更安全、高效、經(jīng)濟、便捷且綠色的出行服務。而在有利政策環(huán)境的前提下，人們日常生活中逐漸出現(xiàn)了無人駕駛出租車、自動駕駛出租車、公交車等自動駕駛汽車的身影，例如百度旗下的蘿卜快跑自動駕駛出行服務平臺，面向北京、上海、常州、深圳、廣州、重慶、陽泉、長沙8個城市開設了自助出行服務，截至2022年第一季度，該平臺已實現(xiàn)19.6萬單無人車訂單的供應。根據(jù)百度董事長李彥宏的論述來看，目前正在適度推進智能交通基礎設施的部署，憑借5G遠程控制優(yōu)勢，聯(lián)合車路協(xié)同，有利于運輸安全性及效率的提高，汽車產業(yè)也因此踏上網(wǎng)聯(lián)化及智能化的轉型升級道路。

（三）智能制造與供應

5G通信技術能夠打破傳統(tǒng)通信技術面臨的桎梏，可顯著提升技術水平，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時收集及收集效率的提高。在應用5G通信技術后，物聯(lián)網(wǎng)設備能夠形成更高的自動化操作水平，物聯(lián)網(wǎng)領域中包含傳感器在內的各個設備計算與分析水平更高，在數(shù)據(jù)高效收集與分析的前提下能夠減少一定的運行成本[6]。同時，5G通信技術無縫傳輸數(shù)據(jù)，支持傳輸海量數(shù)據(jù)。供應鏈旨在消費者需求的滿足，以消費者為導向，聯(lián)合5G通信技術建立供應鏈管理模式，以路由節(jié)點為基礎進行完整供應鏈數(shù)據(jù)信息的提供，可簡化人工監(jiān)督，并達成遠程操控與跟蹤的目的。

（四）醫(yī)療保健

醫(yī)療領域中每日都會有海量數(shù)據(jù)生成，處理有效性難免不夠理想。通過5G通信技術的運用實時處理數(shù)據(jù)，精準、高效記錄患者就診信息，便于醫(yī)護及醫(yī)生間信息共享。同時，在融合物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術后，可促進醫(yī)療資源配置合理性的提升，并縮短空間距離。例如華為企業(yè)2019年攜手通信企業(yè)所開展的遠程外科動物手術中，在5G通信技術的運用下傳遞高清圖像數(shù)據(jù)至醫(yī)生一端，面向超出50km距離的機器人下達切除豬肝小葉手術的指令；海南醫(yī)院同年度在5G通信技術和物聯(lián)網(wǎng)的運用下，實施了患者腦起搏器植入手術。這兩場手術皆取得圓滿的成果，是跨地區(qū)手術操作發(fā)展新歷程的標志。而醫(yī)療技術與新興技術的融合，也成為醫(yī)療領域未來發(fā)展的主要方向。

五、結束語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)背景下的5G通信技術體現(xiàn)出諸多實際應用優(yōu)勢，不僅從傳統(tǒng)工作的局限中走出來，促進物聯(lián)網(wǎng)中通信技術應用成效的提升，且能賦予網(wǎng)絡更加良好的有效性和安全性，實現(xiàn)高效、安全的數(shù)據(jù)信息傳輸。同時，5G通信技術可促進系統(tǒng)效率的提高并減少能耗，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務的快速部署，保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全，滿足物聯(lián)網(wǎng)管理需求，增強移動化及智能化。今后，5G通信技術也勢必能為人們生活與工作提供更多的便捷化服務。

作者單位：趙晨 德施曼機電（中國）有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]黃穎芳.物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術應用分析[J].數(shù)字通信世界，2021（09）：117-118.

[2]但梟.物聯(lián)網(wǎng)下的5G通信技術應用[J].信息記錄材料，2021，22（03）：169-170.

[3]高許雷.關于物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術應用[J].電子測試，2020（15）：137-138，16.

[4]于海燕.物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術應用探討[J].產業(yè)與科技論壇，2022，21（01）：30-31.

[5]楊蓓.論述物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術應用[J].中國新通信，2022，24（06）：21-23.

[6]李徽.物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術應用探討[J].模型世界，2022（02）：4-6.

趙晨（1991.05-），男，漢族，安徽宿州 ，大學本科，中級工程師 ，研究方向：電子工程技術。