物聯(lián)網(wǎng)形勢下5G通信技術(shù)應(yīng)用研究

陳坤

摘要：隨著5G通信技術(shù)的日益普及，人們的生產(chǎn)生活逐漸朝著智能化發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)的基本理念為物與物之間、物與人之間信息的實時采集，從而實現(xiàn)便利化的管理與控制。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)是能夠讓5G通信技術(shù)諸多優(yōu)勢發(fā)揮到極致的平臺?；诖耍恼路治隽?G通信技術(shù)的優(yōu)勢以及物聯(lián)網(wǎng)形勢下該技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并就5G通信技術(shù)的發(fā)展策略進行討論，以供參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；5G通信技術(shù)；產(chǎn)業(yè)升級

中圖分類號：TP391 ?文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

當(dāng)前，信息技術(shù)隨著通信技術(shù)的發(fā)展而不斷進步。物聯(lián)網(wǎng)的誕生使得人類社會邁入了萬物互聯(lián)的時代，人們的智能化生活水平逐漸提升。在物聯(lián)網(wǎng)形勢下，5G通信技術(shù)的應(yīng)用能夠使物聯(lián)網(wǎng)更加智能化，并在多個領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。5G通信技術(shù)具有速率快、覆蓋廣、功耗低等諸多優(yōu)勢，與萬物互聯(lián)的發(fā)展趨勢相契合，因此，對物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術(shù)進行研究具有很強的現(xiàn)實意義。

1 各行業(yè)通信應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 儀器儀表行業(yè)

在當(dāng)前形勢下，儀器儀表行業(yè)的發(fā)展處于智能化的初步發(fā)展階段，儀表讀數(shù)的準(zhǔn)確性大幅度提高。然而，在測量方面，在傳統(tǒng)的計量模式下，計量工作僅僅為數(shù)據(jù)的測量與校正，儀器儀表中的信息難以實現(xiàn)有效共享，使得計量工作的效率沒有得到實質(zhì)性的提高。同時，在測量的過程中，讀數(shù)的保存往往為手動記錄的方式，這導(dǎo)致了保存數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無法得到有效保證，且易造成數(shù)據(jù)丟失。此外，電表、水表、燃?xì)獗淼壬铑悆x表仍采用專人檢查讀數(shù)并記錄的方式，使得數(shù)據(jù)讀取不準(zhǔn)或數(shù)據(jù)記錄不全等問題的發(fā)生概率較大，導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)的財務(wù)風(fēng)險也相應(yīng)增大。以上問題發(fā)生的原因主要為儀器儀表在測量的過程中，數(shù)據(jù)缺少有效的遠(yuǎn)程互聯(lián)互通方式，導(dǎo)致許多測量方面的工作仍需要人工進行處理，數(shù)據(jù)無法得到高效利用。因此，需要行之有效的技術(shù)來簡化這一步驟，從而能夠使儀器儀表的工作方式與效率得到優(yōu)化，進而促進儀器儀表行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

1.2 教育行業(yè)

在教育行業(yè)，目前大多數(shù)學(xué)校仍采用傳統(tǒng)的校園網(wǎng)絡(luò)模式，導(dǎo)致教育工作、學(xué)生管理等工作的效率無法有效提高。具體表現(xiàn)為：（1）在教學(xué)資源方面，校內(nèi)資源沒有進行數(shù)字化升級，紙質(zhì)資源仍占據(jù)絕大多數(shù)的比例。對于大多數(shù)學(xué)生而言，這些資源不具有吸引力，學(xué)生很難通過這類資源進行自我提升，他們通常使用智能手機等移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來進行自我補充。因此，學(xué)校有必要隨著時代的發(fā)展，將校內(nèi)資源的獲取方式進行智能化升級，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供線上資源，從而能夠使校內(nèi)資源為學(xué)生提供有效幫助。（2）在學(xué)生管理方面，校園的學(xué)生管理工作根據(jù)類別的不同分為多種管理系統(tǒng)，如學(xué)生服務(wù)、學(xué)生后勤、教學(xué)管理等方面使用了不同的系統(tǒng)，且這些系統(tǒng)通常無法進行資源共享與數(shù)據(jù)互通，使得學(xué)生管理工作的復(fù)雜度提升，導(dǎo)致工作效率與工作質(zhì)量無法保證。

1.3 交通行業(yè)

雖然，4G通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對初級無人機的操控與應(yīng)用，然而，該技術(shù)仍然無法對高級無人機起到較好的效果。無人機主要分為個人應(yīng)用型無人機與行業(yè)應(yīng)用型無人機。其中，在個人應(yīng)用型無人機方面，傳統(tǒng)的4G通信技術(shù)無法完全實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的實時傳輸。無人機沒有得到更為廣泛使用的原因便在于4G通信技術(shù)仍未滿足延遲與速度等方面的需求，因此，需要更為先進的技術(shù)來解決這一問題。在駕駛方面，目前，電子輔助駕駛技術(shù)的可靠性仍不夠高，相關(guān)安全問題發(fā)生次數(shù)較多。與無人機的問題類似，發(fā)生這類問題的原因主要為數(shù)據(jù)傳輸速率較低、網(wǎng)絡(luò)延遲較大以及AI的智能化程度不高等。因此，隨著物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)的發(fā)展，將二者的優(yōu)勢進行融合，可以有效解決相關(guān)問題。

2 物聯(lián)網(wǎng)形勢下5G通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 SDN/NFV技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)是5G通信技術(shù)得以連接的重要基礎(chǔ)，因此，5G通信技術(shù)的開發(fā)和拓展與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系較為密切。其中，SDN/NFV技術(shù)為軟件定義網(wǎng)絡(luò)與軟件功能虛擬化，能夠使多個程序?qū)崿F(xiàn)自動化運行。隨著自動化運行效果的逐漸提升，程序的運行效率也隨之提高，使得企業(yè)的開發(fā)成本與運行成本得到了節(jié)省。在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的拓展過程中，SDN/NFV技術(shù)能夠被應(yīng)用于各類系統(tǒng)的開發(fā)，代替了人工系統(tǒng)配置，并構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得物聯(lián)網(wǎng)形勢下5G通信技術(shù)的應(yīng)用效果得到加強［1］。SDN/NFV技術(shù)如圖1所示。

2.2 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)能夠提供數(shù)千倍的流量。通過對5G通信技術(shù)的利用，多種無線接入技術(shù)能夠得到有效聯(lián)系，然而，其整體覆蓋范圍不大，導(dǎo)致其無法開展更加細(xì)小的分割工作，因此，要 ??對密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加以應(yīng)用。其一，可以將大量天線設(shè)置在宏基站的外部，使室外空間得到充分拓展，從而不但能夠使系統(tǒng)的容量得到提升，還能夠提高系統(tǒng)的靈活性。其二，密集網(wǎng)絡(luò)可以在室外部署，使得各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠進行互相協(xié)作，從而保證相鄰節(jié)點數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基站布置方案如圖2所示。

2.3 全頻段技術(shù)

在4G通信技術(shù)的應(yīng)用中，主要的運行頻段為3 GHz，由于頻段不全，導(dǎo)致該通信技術(shù)的應(yīng)用效果不佳。而在5G通信技術(shù)的應(yīng)用中，不但頻段得到了增加，還可以運用全頻段技術(shù)，使頻段不全的問題得到有效解決，不但使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量得到增加，還使網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾实玫竭M一步提升。就現(xiàn)狀而言，雖然我國的全頻段技術(shù)仍處于初級階段，但是我國擁有豐富的頻段資源，使得小型化天線設(shè)備得到了應(yīng)用，提升了天線的工作效能，從而使物聯(lián)網(wǎng)得以輕量化發(fā)展。

2.4 D2D技術(shù)

D2D技術(shù)又稱終端直通技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個同級用戶節(jié)點的直接通信。通過對D2D技術(shù)的使用，通信用戶會形成分散性的網(wǎng)絡(luò)，各個用戶節(jié)點均能夠?qū)π盘栠M行接收與發(fā)送，并實現(xiàn)消息的自動轉(zhuǎn)發(fā)。在該技術(shù)的應(yīng)用中，用戶會對某一共用資源進行使用，并通過共用資源在網(wǎng)絡(luò)中提供更多的資源，其他用戶可以不經(jīng)過任何介質(zhì)直接對共用資源進行訪問，使得每個用戶節(jié)點均起到服務(wù)器與客戶端的雙重作用。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，D2D技術(shù)能使萬物互聯(lián)的過程得到簡化，使得大量的數(shù)據(jù)信息能簡便地得到訪問。

3 5G通信技術(shù)的優(yōu)勢

3.1 速率快

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，傳輸速度與帶寬方面也得到了不斷增強。與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)要求更高的基站峰值速率，為20 Gb/s以上，使得人們能夠擁有更加舒適的上網(wǎng)體驗，如可以實時查看高分辨率圖片以及4 K/8 K高畫質(zhì)視頻等，并進一步滿足人們的通信需求，如高清視頻通話等。同時，在互聯(lián)網(wǎng)形勢下，5G通信技術(shù)因其速率快的優(yōu)勢，能夠大幅度縮短物與物之間、物與人之間的信息傳輸時間，使得萬物互聯(lián)的操作更加自然［2］。

3.2 覆蓋廣

無線通信的覆蓋面積決定了物聯(lián)網(wǎng)智能信息的服務(wù)質(zhì)量，5G通信技術(shù)具有覆蓋廣的優(yōu)勢，并且，不受環(huán)境與位置等因素的限制，因此，5G通信技術(shù)能夠在山區(qū)、森林等地區(qū)實現(xiàn)信號覆蓋。在信號覆蓋廣的基礎(chǔ)上，5G網(wǎng)絡(luò)的延時較低，通常為1 ms以內(nèi)，使其在保證覆蓋廣的同時，提升了傳輸?shù)挠行?，因此?G通信技術(shù)能夠在延時要求較高的行業(yè)中應(yīng)用，如儀器儀表實時數(shù)顯、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

3.3 功耗低

隨著無線通信技術(shù)的普及，越來越多的設(shè)備與無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生連接，使得基站在運行時的負(fù)荷逐漸增加。在前代無線通信技術(shù)中，基站的耗電量相對較高，而隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展，能夠根據(jù)信號覆蓋范圍，實現(xiàn)基站設(shè)備的精細(xì)化選型與設(shè)計，從而減輕基站的運載負(fù)荷，降低基站的功耗。同時，通過利用5G通信技術(shù)，復(fù)數(shù)通信設(shè)備能夠在基站低功耗運行的前提下實現(xiàn)同時運行，使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運行質(zhì)量與運行效率得到提高。

4 物聯(lián)網(wǎng)形勢下的5G通信技術(shù)的發(fā)展策略

4.1 在儀器儀表行業(yè)方面的應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)的形勢下，5G通信技術(shù)能夠促進儀器儀表行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，使得物聯(lián)網(wǎng)計量行業(yè)應(yīng)運而生。在物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)的發(fā)展過程中，計量工作逐漸從手動、機械性測量轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€測量與智能測量。在數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)方面，通過5G通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)在線實時校準(zhǔn)，校準(zhǔn)參數(shù)也得到了極大豐富，使得校準(zhǔn)工作從獨立的儀器校準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)綜合校準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)5G通信技術(shù)時代下的儀器儀表行業(yè)的發(fā)展特征主要有以下幾個方面。（1）儀器儀表通過5G網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)速率快、穩(wěn)定性強的遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn)，使得儀器儀表在全使用周期內(nèi)均保持?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確狀態(tài)，并且，通過將數(shù)據(jù)在云端進行上傳，能夠使儀器儀表的計量數(shù)據(jù)具有可追溯性，用戶能夠隨時隨地查看使用數(shù)據(jù)。（2）儀器儀表產(chǎn)品的標(biāo)識能夠通過物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中進行識別，從而使計量工作的安全性得到有效保證。（3）在民生方面，如電表、燃?xì)獗?、水表等儀器儀表的使用中，將傳統(tǒng)的儀表更換為物聯(lián)網(wǎng)智能儀表，能夠有效避免人工計量的誤差，節(jié)省了人力資源的成本，促進了相關(guān)行業(yè)經(jīng)濟效益的提升。

4.2 在教育行業(yè)方面的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的校園網(wǎng)不同，將物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)進行結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生管理、教育教學(xué)等方面的智能化、便捷化發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)形勢下5G通信技術(shù)應(yīng)用中的智慧校園系統(tǒng)的基本組成為智慧型資源、智慧型基礎(chǔ)設(shè)施、教育大數(shù)據(jù)中心、信息門戶以及智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)。其中，智慧型資源包括智慧型課程與教材、高清晰度的視頻交互資源以及裸眼3D資源、仿真資源等新型資源。智慧型基礎(chǔ)設(shè)施包括智慧型教學(xué)樓、教研室、實驗室、圖書館、宿舍以及生活設(shè)施等。教育大數(shù)據(jù)中心應(yīng)具有多模態(tài)、可視化等多種數(shù)據(jù)分析模式，并加入智慧決策功能。智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)包括學(xué)生、教師、安全、后勤、評價、服務(wù)等多個模塊。將物聯(lián)網(wǎng)與5G信息技術(shù)進行多網(wǎng)結(jié)合，能夠?qū)?shù)據(jù)信息、業(yè)務(wù)辦理、資源服務(wù)等多方面進行互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)由內(nèi)到外的校園智慧化水平提升。同時，對教育大數(shù)據(jù)中心進行科學(xué)合理應(yīng)用，能夠提升智慧校園用戶的體驗感受，智慧校園系統(tǒng)能夠基于用戶的體驗反饋，加入人工智能模塊，對當(dāng)前的系統(tǒng)模式進行智能化改進，從而實現(xiàn)校園功能的進一步智能化發(fā)展［3］。

4.3 在交通行業(yè)方面的應(yīng)用

5G因其帶寬大、傳輸速率快、延遲低的優(yōu)勢，使得數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)膯栴}得以解決，促進了個人應(yīng)用型無人機的進一步發(fā)展。在5G通信技術(shù)的加持下，個人應(yīng)用型無人機能夠?qū)崿F(xiàn)高清航拍圖像數(shù)據(jù)傳輸。無人機操控者可以在無人機上安裝360°攝像頭，并利用5G網(wǎng)絡(luò)進行視頻拍攝、直播等，使5G終端持有用戶能夠即時感受到視頻或直播中所呈現(xiàn)的場景。無人機操控者也能夠在低延遲中對無人機進行實時控制，使得無人機的可玩性大幅度增加。在行業(yè)應(yīng)用型無人機方面，通過5G通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)多項便捷性功能。首先，關(guān)于無人機的物流運輸服務(wù)，通過為無人機設(shè)定程序，使其能夠智能定位巡航或手動操控，能夠快速、準(zhǔn)確地將貨物運送到目的地。與傳統(tǒng)的陸上運輸方式相比，無人機運輸不受地形限制，運送效率大為提升。其次，在農(nóng)業(yè)方面，相關(guān)工作人員可以對無人機的負(fù)載進行個性化配置，使植物保護實現(xiàn)機械化發(fā)展。通過5G通信技術(shù)的應(yīng)用，無人機能夠與數(shù)據(jù)中心之間進行實時數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)中心的云平臺能夠及時收集并分析無人機采集的數(shù)據(jù)，從而進行智能化遠(yuǎn)程植物保護。最后，在地理行業(yè)中，使用5G通信技術(shù)的無人機能夠?qū)χ車牡乩憝h(huán)境實時進行數(shù)據(jù)采集與建模，便于工作人員直觀地獲取地理情報。無人機將建模數(shù)據(jù)上傳到云平臺，能夠?qū)ν坏貐^(qū)不同場景下的數(shù)據(jù)進行對比，使得地理數(shù)據(jù)的有效性得到加強，并應(yīng)用于城市的規(guī)劃與改擴建以及科研與教育方面。

5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合還可以應(yīng)用于智能駕駛與車輛聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方面，使得汽車行業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)得到極大發(fā)展。目前，通過5G通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車從終端到云端的實時數(shù)據(jù)傳輸，從而有助于自動駕駛的發(fā)展，車輛內(nèi)部的軟件功能也能基于云端進行模塊化設(shè)置。按照通信方向劃分，自動駕駛主要包括用戶到基站和基站到用戶兩種。其中，用戶到基站通信方向的自動駕駛需要對長度、距離比特位進行測量并確定。為此，需要在車內(nèi)與車外安裝多種距離傳感器、相位傳感器等，從而能夠準(zhǔn)確判斷當(dāng)前車輛的運行情況以及周圍的交通情況，并將其實時上傳到云端。具體的表達(dá)式為：f（x）=（x-a）/（b-a），a≤x≤b。

基站到用戶通信方向在分布上與用戶到基站通信方向相同，主要應(yīng)用于路線導(dǎo)航以及路況的反饋方面，并負(fù)責(zé)緊急情況的智能應(yīng)對。因此，在物聯(lián)網(wǎng)的形勢下，將5G通信技術(shù)應(yīng)用于智能駕駛方面，能夠保障車輛駕駛的智能化與安全化，從而能夠使技術(shù)真正為人所用。

4.4 在其他行業(yè)方面的應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)形勢下，對5G技術(shù)加以應(yīng)用，能夠?qū)?G覆蓋廣、延遲低、速率快等諸多優(yōu)勢發(fā)揮出來，實現(xiàn)人與人之間的實時溝通。在醫(yī)學(xué)方面，該技術(shù)能夠應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療，已有多項成功案例。例如，在多方機構(gòu)的合作下，我國通過5G通信技術(shù)開展了一項動物外科手術(shù)試驗。外科醫(yī)生通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咔瀹嬅媾c低延遲信號，遠(yuǎn)程操控50 km外的手術(shù)機器人，并成功通過機器人手中的手術(shù)刀切除了實驗豬的肺小葉。在實驗取得圓滿成功后，多方機構(gòu)又通過相互溝通與協(xié)作，利用5G通信技術(shù)成功為一名帕金森患者植入了腦起搏器。將5G技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)進行有機結(jié)合，患者無須親自前往醫(yī)院便可以問診，極大地促進了醫(yī)院系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)［4］。

無線機器人控制與遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用類似，主要是對機械設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制，從而提高操作效率，保障機械設(shè)備操作人員的安全性。目前，我國無線機器人在機械設(shè)備智能控制方面的重點為數(shù)據(jù)采集，只有采集正確的數(shù)據(jù)，才能將信息通過控制單元傳遞給機械設(shè)備的操作人員，使操作人員能實時查看設(shè)備的運行狀態(tài)。同時，通過云端采集數(shù)據(jù)，能及時對機械設(shè)備進行改進或維修，使其能夠保證長期穩(wěn)定的運行。

5 結(jié)語

總而言之，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，社會對無線通信技術(shù)提出了更高的要求。5G通信技術(shù)憑借速率快、覆蓋廣、功耗低等優(yōu)勢，為物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用提供了有效助力。在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的工作與生活方式得到了改革與創(chuàng)新，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的有效性也隨之提高，并使網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)安全化、高效化發(fā)展。雖然，5G相關(guān)的應(yīng)用場景仍處于探索階段，但是，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，其應(yīng)用前景將會更為廣闊。

參考文獻

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（編輯 沈 強）

Research on the application of 5G communication technology under the situation of the Internet of Things

Chen Kun

（Sanchuan Smart Technology Co.， Ltd.， Yingtan 335000， China）

Abstract：? With the increasing popularity of 5G communication technology， peoples production and life gradually develop towards intelligence. The basic concept of the Internet of Things is the real-time collection of information between things and between things and people， so as to realize convenient management and control. Therefore， the Internet of Things is a platform that can bring many advantages of 5G communication technology to the extreme. Based on this， this paper briefly analyzes the advantages of 5G communication technology and the application status of this technology under the situation of the Internet of Things， and discusses the development strategy of 5G communication technology for reference.

Key words： Internet of Things; 5G communication technology; industrial upgrading