5G无线移动通信技术下的物联网时代

王晓闻

(银川能源学院 电力学院，宁夏 银川 750003)

0 引 言

当前，物联网经济正在持续高速增长。2011年，国内物联网市场规模只有2 600亿元，2016年超过9 300亿元，增速远远超过其他行业。但是，我国80%以上的RFID核心芯片、100%的物联网微机电系统传感器仍然依赖国外进口。我国无线移动通信技术已经发展到第四代(4G)，正在走向5G。需将无线移动通信技术应用到物联网中，以最低成本建设物联网的网络平台，实现数字时代生活、生产与服务方式的革命性升级。

1 无线移动通信网络

1986年，在芝加哥出现了“大哥大”。它属于1G无线移动通信系统，只能进行语音传输，而且语音质量差、信号不稳定、覆盖范围有限[1]。1996年，2G手机上市，语音品质高、信号稳定、涵盖范围广，通信具有高度的保密性，系统容量也有很大增加，并实现了手机上网，可以接收电子邮件。2008年，国际电信联盟正式公布3G标准。2009年，3G手机在我国上市。它的通信质量好、系统容量大、抗多径能力强，还可以传输画面信号和大量数据。用户可以通过手机收发语音邮件、进行视频通话、远程办公、看电视以及非现金支付购物。2013年，我国进入4G时代。2018年，我国4G手机用户超过11亿。尽管4G手机外观与3G手机看起来一样，但4G手机下载速度达到100 Mb/s，上传速度达到20 Mb/s，可以播放高清视频，进行GPS导航定位。目前，世界各国正在积极研发5G技术，我国也正在进行5G布局。

4G无线移动通信网络结构包括无线终端、4G接入网和4G核心网三部分。4G无线终端覆盖了11亿部4G手机和难以统计的其他终端(这些手机正在向智能化方向升级)。4G接入网通过RNC设备实现11亿部4G手机及其他无线终端与通信网络的连接，4G核心网则进行通信过程中的信息处理。

2 物联网

1990年，美国施乐公司推出网络可乐售卖机。1999年，美国麻省理工学院首次提出“物联网”。2005年，国际电信联盟正式使用“物联网”一词。此后，韩国、日本、欧盟、美国与我国开始竞相研发物联网[2]。2016年，全球物联网安装设备接近150亿台，全球物联网市场规模超过7 000亿美元。

物联网是因特网的应用拓展，通过GPS、红外感应器、射频识别和激光扫描器等传感器，将网络与物品连接起来，进行实时信息交换和无线移动通信，从而实现对物品的识别、GPS定位/追踪、远程监控和管理。简言之，物物互联。

物联网在环境保护、车辆交通、医疗服务、公共安全、智能家居、远程护理、水源监测、商品溯源、城市管理、农业生产以及工业制造等许多领域都有广泛用途。目前，美国正在着力建造“智慧地球”。东芝应用物联网技术打造远程监控的智能工厂，上海浦东机场、济南园博园也已经应用了物联网技术。

物联网的核心技术包括RFID感知技术、传感器技术、网络通信技术、嵌入式系统技术和云计算。

物联网结构可以划分为三个层次：感知层、网络层和应用层。感知层是物联网信息的源头，由RFID标签、二维码标签、GPS等各种传感器和接入网关构成，通过传感器采集信息数据，利用RFID芯片完成信号发射与识别，在接入网关汇总所有数据信息并向后台传送。网络层由云计算平台、广电网、互联网和网络管理系统等组成，负责传输和处理来自感知层的信息，并将信息传送至应用层。应用层连接终端用户，面向不同行业、不同用户提供多元化、人性化服务。广大用户可以通过终端了解自己所需要的信息，并自主开展对物联网的各种智能应用。

尽管世界各国都在积极研发物联网，但从总体上来看，仍然停留在概念炒作阶段，离真正实现万物智能物联还有一定的距离。当前，物联网缺乏统一的标准协议，而且物联网给一切物品加上了网址，网址数量呈几何指数增长。现有的IPv4资源无法满足物联网发展的需要，向IPv6过渡还要考虑如何兼容与升级。物联网的五大核心技术如何在实践中融合，如何保证物联网数据的安全与用户隐私，如何实现万物低成本互联，是亟待突破的难点。

今后，物联网将延伸产业链，主动追求产业融合，走向智能化与IP化。当前，在物联网领域，我国亟待突破RFID技术，亟待发展具有核心知识产权的超高频、高兼容射频识别技术。

3 无线移动通信技术在物联网中的应用

移动互联网建立在无线移动通信的基础上。移动互联网的出现，极大地扩展了互联网的范围。物联网又建立在互联网的基础上，所以无线移动通信与物联网通过互联网实现交集，两者之间存在着融合的基础。无线移动通信网络的终端与物联网应用层接口存在共通性，无线移动通信网络发展已经超过30年，用户数以十亿计，技术发展日趋成熟，网速达到100 Mb/s(5G网速将达到10 GB/s)，几乎实现了对所有发达国家的全方位覆盖，完全可以充当物联网的网络层[3]。无线移动通信已经拥有管理、维护4G网络的成熟经验，物联网可以通过4G网络管理平台对海量数据进行传输。最重要的是，基于无线移动通信为物联网建立网络平台，可以为物联网节省大量费用与通信成本，同时实现电信事业转型(目前传统电信市场已经饱和，亟待寻找新的经济增长点)。

国内无线移动通信商应该主动携手物联网企业，通过融资、合并等方式进行双向融合，依靠无线移动通信技术为物联网打造物联网的网络层，将无线移动终端设备接入物联网，让11亿部手机变身为物联网的传感器(手机扫描商品二维码获取它的产地信息，已经是物联网的应用形式)。利用无线移动互联网为物联网提供无线网络，从而充当物联网的技术支撑。主动拓展无线移动通信的信息传输内容，不仅为用户提供语音、视频信息，而且可为用户提供所需物品的信息。因此，完全可以预见无线移动通信技术应用在物联网中的前景。

3.1 智能出行

当每一辆汽车都接入交通物联网后，交管部门可以根据GPS动态定位，利用云计算合理指挥、分流车辆流量。用户也可以将手机直接接入交通物联网，由交通物联网计算、选择最佳行车路线。

3.2 智能监控

当所有的住宅与商用楼都覆盖公共安全物联网的监测传感器后，警方可以在第一时间发现犯罪事件并及时出警。用户可以通过手机对自己的家庭、子女实施视频监控。

3.3 智能医疗

病人及家属可以通过手机追查医院里血液、药品、疫苗、针剂从生产到使用的全部信息，对保护病人生命安全、减少“长春长生疫苗”等医疗事故意义重大。

3.4 智能工厂

当制造业物联网建成后，用户可以通过手机把自己对产品的要求发送给设计师。设计师根据用户的意见设计产品，投入智能生产线，很快就可以制造出让用户满意的产品(无论是轿车、服装还是鞋子)，实现个性化生产。由于产品也接入了物联网，用户还可以通过手机就产品质量问题进行追责(甚至可以追溯到是哪一个环节存在问题)。

3.5 智能建筑业

建筑业物联网将实现装配式建筑的工厂化生产、组装，提高房地产建设的机械化水平，减少建筑工人数量节约大量原材料、能源与水，减少环境污染。所有的建筑预制构件都接入物联网，彻底解决当前建筑材料以次充好、无法保证建筑质量的问题。用户可以通过手机参与房屋的设计与组装过程，打造让自己放心的家。

3.6 智能文娱

体育舞蹈中心、网球俱乐部可以通过物联网寻找场地，合理安排时间，并通过手机组织人们去参加舞蹈网球等体育活动。物联网与融媒体的结合，将使用户获得通过手机制作电视和其他文化娱乐节目的权利。融媒体也可以通过物联网上收集的信息、数据分析每一部节目的收视率，提高节目质量，不断推出精品。

3.7 智能物流

物流物联网可以实现智能物流。当用户在线上购买一件商品时，物流物联网便自动建立用户手机与商品之间的无线互联，寻找距用户距离最近的商储地发货。用户可以通过GPS实时监控商品的运输，而快递小哥也通过物流物联网计算出最短路线将商品送到用户手里，让双方都满意，节约物流成本，提高物流效率

4 结 论

无线移动通信与物联网的融合，将为人们创造一个更美好的新时代，应该加速双方的融合，让这个新时代早日到来。