5G與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)融合及應(yīng)用

汪少東

摘??要：隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的快速發(fā)展，許多行業(yè)都開(kāi)始意識(shí)到5G技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合對(duì)于推動(dòng)行業(yè)變革和創(chuàng)新的重要性，5G作為一種新一代移動(dòng)通信技術(shù)，具備更高的傳輸速率、更低的延遲和更大的連接能力，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無(wú)縫連接和大規(guī)模部署提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。詳細(xì)介紹5G與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)融合，并探討其在能源行業(yè)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、電力行業(yè)和礦產(chǎn)行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，還將提出進(jìn)一步促進(jìn)5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的建議，以期推動(dòng)技術(shù)和行業(yè)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：5G??物聯(lián)網(wǎng)??技術(shù)融合??移動(dòng)通信技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393

Technological?Convergence?and?Application?of?5G?and?the?Internet?of?Things

WANG?Shaodong

Tianjin?Branch，CNOOC?Information?Technology?Co.，?Ltd.，?Tianjin，?300452?China

Abstract：?With?the?rapid?development?of?the?Internet?of?Things?（IoT），?many?industries?have?begun?to?realize?the?importance?of?the?fusion?of?5G?technology?and?the?IoT?in?driving?industrial?transformation?and?innovation.?As?a?new?generation?of?mobile?communication?technology，?5G?has?higher?transmission?rates，?lower?latency?and?greater?connectivity，?which?provides?strong?technical?support?for?the?seamless?connection?and?large-scale?deployment?of?IoT?devices.?This?article?will?provide?a?detailed?introduction?to?the?technological?convergence?of?5G?and?the?IoT，?explore?its?applications?in?the?energy?industry，?industrial?IoT，?power?industry?and?mineral?industry，?and?also?propose?suggestions?to?further?promote?the?convergence?of?5G?and?the?IoT，?in?order?to?promote?the?rapid?development?of?technologies?and?industries.

Key?Words：?5G;?Internet?of?Things;?Technology?convergence;?Mobile?communication?technology

隨著科技的快速發(fā)展，5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在逐漸融合，它們將在未來(lái)的信息社會(huì)中扮演重要角色，二者的融合將帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，推動(dòng)各行各業(yè)的發(fā)展，改變?nèi)藗兊纳罘绞?，因此，深入了?G與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)融合及應(yīng)用，顯得尤為重要。

1?5G與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)融合的重要性

1.1?支持大規(guī)模設(shè)備連接

傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)受限于設(shè)備數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)容量的限制，當(dāng)設(shè)備數(shù)量增加時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性會(huì)受到影響。融合5G技術(shù)后，物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)級(jí)的設(shè)備連接，為大規(guī)模設(shè)備連接提供了更好的基礎(chǔ)，融合5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以支持大規(guī)模設(shè)備連接，5G網(wǎng)絡(luò)具有更高的密集部署能力和更多的連接容量，可以支持大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同時(shí)連接。

1.2?提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率

在傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，由于帶寬有限，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，限制了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的性能和應(yīng)用場(chǎng)景。5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和低延遲特性可以大幅提高數(shù)據(jù)傳輸速率，融合5G技術(shù)后物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以通過(guò)更快速的連接實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以更快地收集、處理和傳輸大量的數(shù)據(jù)，滿足高帶寬應(yīng)用場(chǎng)景的需求，如高清視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能交通等，融合5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率[1]。

2??5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1??5G技術(shù)

2.1.1??5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和頻段

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相較于前幾代移動(dòng)通信系統(tǒng)有著顯著的變化，其核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺(tái)及配套設(shè)施等將共同構(gòu)成新一代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，相較于4G，5G將通過(guò)分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，打造全新的架構(gòu)方式，支持更加豐富的業(yè)務(wù)和更加豐富的終端類(lèi)型[2]。從頻段方面來(lái)看，5G將主要使用更高的頻段，如毫米波頻段（30～300?GHz）以及Sub-6GHz頻段，毫米波具有傳輸速率高、帶寬大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在選擇頻段時(shí)需要充分考慮各種因素，包括頻段的可用性、無(wú)線信道特性、業(yè)務(wù)需求等。

2.1.2??5G調(diào)制解調(diào)技術(shù)

5G調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一，相較于4G，5G將采用更高階的調(diào)制方式（如256QAM、1024QAM等）以及更先進(jìn)的編碼方式（如LDPC等），以提高頻譜效率和誤碼率[3]。此外，5G還將引入更先進(jìn)的自適應(yīng)調(diào)度算法，根據(jù)無(wú)線信道質(zhì)量、業(yè)務(wù)需求等因素，動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸資源、調(diào)制方式、編碼方式等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸性能。同時(shí)，5G引入了更先進(jìn)的干擾抑制技術(shù)，如干擾隨機(jī)化技術(shù)、干擾避免技術(shù)等，以提高系統(tǒng)的可靠性，為了更好地支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，5G還將引入基于QoS（服務(wù)質(zhì)量）的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的終端性能。

2.1.3??5G邊緣計(jì)算和云計(jì)算

隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和普及，邊緣計(jì)算和云計(jì)算已成為5G網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。在5G網(wǎng)絡(luò)中，邊緣計(jì)算和云計(jì)算將相互配合，共同實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)處理和高效率的數(shù)據(jù)傳輸。邊緣計(jì)算可以降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度；而云計(jì)算則可以提供大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和高性能計(jì)算能力，以滿足各種復(fù)雜業(yè)務(wù)需求，邊緣計(jì)算和云計(jì)算的結(jié)合還可以降低網(wǎng)絡(luò)成本，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

2.2??物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.2.1??RFID和藍(lán)牙技術(shù)

RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的兩種重要技術(shù)。RFID技術(shù)利用射頻信號(hào)通過(guò)非接觸式的方式進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換，具有較高的識(shí)別準(zhǔn)確性和快速性，在實(shí)際應(yīng)用中RFID可用于追蹤物品、生產(chǎn)線自動(dòng)化、身份識(shí)別等場(chǎng)景；而藍(lán)牙技術(shù)則是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無(wú)線連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息傳輸。

2.2.2??ZigBee和Z-Wave技術(shù)

ZigBee和Z-Wave是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的兩種低功耗、短距離無(wú)線通信協(xié)議，主要用于智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。ZigBee技術(shù)具有低功耗、低成本、自組織、高可靠性的特點(diǎn)，適用于對(duì)能源、通信要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景；Z-Wave技術(shù)同樣具有低功耗、高可靠性的特點(diǎn)，適用于對(duì)通信速度要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景。兩者在傳輸速度、傳輸距離、能耗等方面各有優(yōu)勢(shì)，可滿足不同場(chǎng)景的需求[4]。

2.2.3??6LoWPAN和Thread技術(shù)

6LoWPAN和Thread是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要用于構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)感知層。6LoWPAN采用IPv6?over?IEEE?802.15.4，將IPv6協(xié)議應(yīng)用于低功耗局域網(wǎng)協(xié)議802.15.4，使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠接入互聯(lián)網(wǎng)，具有低成本、低功耗、高容量等特點(diǎn)；而Thread技術(shù)則是一種新興的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，具有簡(jiǎn)單、安全、低功耗等特點(diǎn)，適用于智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

2.2.4??M2M通信協(xié)議和安全

M2M（Machine-to-Machine）通信是指機(jī)器與機(jī)器之間的通信，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，M2M通信協(xié)議包括數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、安全協(xié)議、通信標(biāo)準(zhǔn)等，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸和信息交互的基礎(chǔ)。在物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)至關(guān)重要，因此需要采用安全協(xié)議和加密算法來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院碗[私性。同時(shí)，M2M通信還需要考慮通信效率、能耗、成本等因素，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的低成本、易部署和易維護(hù)。

3??5G與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)融合

3.1??5G與物聯(lián)網(wǎng)在能源行業(yè)的應(yīng)用

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，對(duì)石油化工產(chǎn)品的需求不斷增加，然而，石油化工生產(chǎn)過(guò)程中的安全、效率和環(huán)境等方面的挑戰(zhàn)也在不斷增加，5G和物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用在石油化工行業(yè)提供了前所未有的機(jī)遇。首先，5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石油化工生產(chǎn)過(guò)程的全程控制和監(jiān)測(cè)，通過(guò)安裝傳感器和智能設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并收集石油化工企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、液位等，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)和故障發(fā)生情況。物聯(lián)網(wǎng)將上述數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫耍⑦M(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)控和控制。其次，5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高石油化工生產(chǎn)過(guò)程的效率，通過(guò)智能化的控制系統(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和優(yōu)化調(diào)度，從而可以減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率，并降低能源的消耗和生產(chǎn)成本。

3.2??工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和智能化控制的技術(shù)模式，5G技術(shù)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用具有重要意義[5]。通過(guò)5G技術(shù)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)低時(shí)延、高可靠性和大規(guī)模連接的通信要求，在工業(yè)生產(chǎn)中，5G技術(shù)可以支持實(shí)時(shí)的設(shè)備監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備故障預(yù)防。同時(shí)，5G技術(shù)還可以支持車(chē)間智能化，通過(guò)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)流程和設(shè)備協(xié)同。此外，5G技術(shù)還可以支持機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控，提升工業(yè)生產(chǎn)的智能化水平和效率。

3.3??5G與物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的應(yīng)用

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器、斷路器等電力設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，預(yù)防故障的發(fā)生。而5G技術(shù)的應(yīng)用則進(jìn)一步提升了監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。借助5G網(wǎng)絡(luò)的高速度、低延遲特性，電力設(shè)施的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器，再通過(guò)人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)施的智能診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力設(shè)施的工作狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)出預(yù)警，并自動(dòng)觸發(fā)遠(yuǎn)程維護(hù)操作，從而不僅可以減少故障的發(fā)生，提高設(shè)備效率，還可以降低運(yùn)維成本。

3.4??5G與物聯(lián)網(wǎng)在礦產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用

在礦產(chǎn)行業(yè)中，礦山安全一直是企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，隨著5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，將其應(yīng)用于礦山安全監(jiān)控領(lǐng)域成為可能，通過(guò)在礦山環(huán)境中部署大量的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦山的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、一氧化碳等，所使用的物聯(lián)網(wǎng)傳感器具有高精度、高穩(wěn)定性、低功耗等特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地反映出礦山環(huán)境的實(shí)時(shí)變化。在5G網(wǎng)絡(luò)的支撐下，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以高速傳輸至監(jiān)控中心，避免了因網(wǎng)絡(luò)延遲造成的信息滯后，監(jiān)控中心通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，即可迅速發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為礦山安全提供有力保障。

4??進(jìn)一步提高5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的建議

4.1??促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化和協(xié)作

為了進(jìn)一步提高5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，一個(gè)關(guān)鍵的建議是促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化和協(xié)作，由于物聯(lián)網(wǎng)涉及多種設(shè)備、技術(shù)和服務(wù)的互聯(lián)互通，需要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以確保各種設(shè)備之間的互操作性和互通性，各個(gè)行業(yè)和技術(shù)組織應(yīng)加強(qiáng)合作，共同制定開(kāi)放的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)展。

4.2?加強(qiáng)垂直行業(yè)的研發(fā)和創(chuàng)新

為了進(jìn)一步推動(dòng)5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展，需要加強(qiáng)各個(gè)垂直行業(yè)的研發(fā)和創(chuàng)新。各個(gè)行業(yè)應(yīng)積極探索和應(yīng)用5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對(duì)各個(gè)行業(yè)的特定需求和挑戰(zhàn)，開(kāi)展相關(guān)的研發(fā)和創(chuàng)新工作，例如，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，可以研發(fā)和應(yīng)用具備低時(shí)延和高可靠性的5G通信解決方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人協(xié)作和智能制造。通過(guò)加強(qiáng)垂直行業(yè)的研發(fā)和創(chuàng)新，可以進(jìn)一步推動(dòng)5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)更多的應(yīng)用場(chǎng)景和商業(yè)價(jià)值。

5??結(jié)語(yǔ)

隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，兩者的技術(shù)融合成為了未來(lái)科技發(fā)展的重要方向，通過(guò)5G的高速、低延遲、大容量的特點(diǎn)，可以更好地支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)傳輸，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。5G與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)融合將為各行業(yè)帶來(lái)廣闊的應(yīng)用前景，通過(guò)不斷推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)制定，可以更好地開(kāi)發(fā)和應(yīng)用5G與物聯(lián)網(wǎng)的融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化的未來(lái)。

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