基于5G的物联网应用研究

蔡文平



基于5G的物联网应用研究

蔡文平

中时讯通信建设有限公司，广东 广州 510030

物联网作为互联网的衍生技术，对人们的生活和社会的产业模式进行了重新的定义。在未来，5G通信技术的使用，会推动物联网的发展，提高物联网的运行效率，对物联网终端的发展将会产生重大变革。

5G；物联网；应用

引言

5G通信技术与物联网是相互依靠、相互促进的两种技术。这两项技术的融合，实现了智能化的网络应用体系。在我国，应对5G通信技术与物联网的共生进行定位，通过利用5G网络，为物联网的发展提供优良的环境；同时，物联网的发展同样为5G通信技术的发展提供依据。

1 5G发展现状

1.1 5G发展概述

5G，即第五代移动通信（Fifth Generation Mobile Communication Network），其主要的研究意义在于促进互联网技术的快速发展与推动智能终端的大面积普及。欧盟是最早涉足 5G通信技术研究的组织，其在21世纪初便明确了多个5G相关的研究任务，主要涉及5G通信技术的物理层，包括新型的多载波调制技术、非正交、非同步传输技术等。美国、英国、日本、韩国等国家的思科、爱立信、Intel、LG、诺基亚、高通和三星等多家通信公司，也相继投入大量的人力、物力，不断取得新的成果。从2013年开始，我国逐步将5G相关技术的研发任务提上日程，将5G频谱开发、无线通信等核心技术作为研究的重中之重，并对5G网络传输过程中损耗、延时等性能进行全面的评估。

1.2 5G移动通信的特点

1.2.1 速度快、延时小

当前正被广泛应用的4G无线通信技术已能满足人们随时随地观看高清视频的需求，但5G比4G的传输速度更快，可达到10 Gbit/s。一方面，传输速度的提升，意味着网络容量的扩大，在同一时间内，可以允许更多的用户访问网络。5G移动通信在传输速度上的提升，大大缩短了通信过程中的传输延时；另一方面，各大通信设备厂商在处理信号的元器件方面做出了不小的改进，减小了数据包的排队时延和处理时延。所以，5G 移动通信网络的总延时是非常小的。

1.2.2 采用毫米波

毫米波的频段处于红外波与微波的频段之间，因此具备两种波的特点，具体体现在传输容量、传输质量及全天候通信等方面。

一是通信容量大。毫米波覆盖的频带范围非常宽，能够满足大量数字信号的传输要求，因此特别适合传输高清视频等数字信息。

二是抗干扰能力强。毫米波的频率比较高，干扰源比较少，所以毫米波信道比较稳定和可靠。

三是全天候通信。相对于红外线和激光来说，毫米波对大气中的烟雾、沙尘、降雨等的穿透能力比较强，能够适应更多的恶劣环境，保证通信系统的可持续工作。所以毫米波是实现全天候通信的不二选择。

1.2.3 支持多连接设备，可以实现同频全双工

5G通信选用MIMO技术，通过部署大规模天线阵列，能够支持几百根天线同时工作。5G基站支持同频全双工，也就是发射器和接收器能够在同一频段同时完成接收和发送信息的任务，不仅保证了较低的延时，而且大大提高了网络吞吐量。所以对比现在4G网络只能够支持数量不多的手机或其他移动设备同时接入，5G技术的优势更加明显。

1.2.4 需要建设大量的小基站

一方面，毫米波穿透能力较差，所以它在空气中传播的过程中就会有很大的衰减；另一方面，毫米波的波长很短，故其元件尺寸可以做得非常小。正是这两点，使部署大量的小基站成为了现实。有一点需要说明的是，由于小基站体积小，其额定功率远远小于传统基站，因此无需担心部署大量的小基站会消耗较多的功率。

2 物联网现状分析

物联网实际上是一种由感知层面、网络传播层面和应用层面联合组成的一种传感网络体系。这种网络体系连接了计算机与移动通信网络，是互联网发展到本阶段的又一次信息产业的新突破。通过无线网络技术打破人们沟通的瓶颈，物联网技术具有非常广泛的发展前景。

5G的大规模MIMO技术使基站在每个物联网设备周围组成天线阵列，足以形成对各种传感和控制节点的信息传输全覆盖网络。基于5G的物联网实现“物”与“网”的直连，在近端将物联网终端设备直接连接至5G基站，或者基于D2D技术使设备与设备、设备与管理终端直连；远端感知层数据直接基于5G网络传输。通过5G的鉴权，加密技术可增加数据传输的安全性。应用层根据应用领域的行业标准对收到的数据进行处理和操作，对远端感知层设备进行检测和遥控。

3 5G和物联网相融合

3.1 更快速

现有物联网主要基于Wi-Fi、ZigBee连接至网络，当连接或传输数据量过大时，由于带宽容量、设备的数据处理能力等限制易造成网络堵塞、增加网络延时，因此感知层数据无法及时传输到应用层或者管理员终端。如车联网应用中，高速行驶的汽车需对摄像头、雷达等采集的数据进行快速处理和研判，而现有网络的高延时较难实时满足车辆安全、快速通行的需求。5G采用大规模MIMO技术，形成类似于Wi-Fi的天线阵列，它的大容量特性使每一个智能设备可以直接与5G基站连接，甚至在近距离下使用D2D技术直连。当智能终端设备产生感知数据时，可直接通过5G网络将数据传输到用户的手机上，通知用户进行信息研判及下一步操作。

3.2 更便捷

基于5G的物联网更利于新网络的搭建、维护、监测。智能终端设备与用户随身携带的5G手机的直连不需要进行新的布线规划，减少了对现有建筑环境的破坏。例如采用此技术对老旧建筑的现代化智能改造可以避免综合布线对既有建筑物和装潢的损坏。5G通过毫米波通信，而毫米波通信有利于设备小型化、便捷化。

3.3 更经济

物联网设备与5G手机的直连使感知层数据直接通过5G基站传输，减少了网络层设备的使用，例如常用的ZigBee、路由器、交换机等都不再需要，可以节省设备的购买、安装、维护、升级等费用。5G与物联网的融合发展将大幅提高5G网络的接入设备数量规模，也为物联网提供新的互联网接入方式。

基于5G的物联网结构更优、速度更快、安全性更高、经济效应更好，待5G技术成熟并正式商业运行后，可结合物联网产品成为新的物联网搭建解决方案。在城市建成区的智能化升级、老旧楼层的现代化改造、偏远农村地区的技术普及等场景中，5G与物联网的融合整套解决方案将具有巨大的优势。

4 结束语

现阶段，我国的技术水平、民众意识、国家政策等，都使得我国的5G通信技术和物联网发展处于世界前列。我国有实力凭借5G网络下的物联网，促进社会发展，提高我国的社会生产力，促进我国从世界大国走向世界强国，引领全球技术、经济和文化的发展。

[1]肖清华. 蓄势待发、万物互连的5G技术[J]. 移动通信，2015（1）：33-36.

[2]赵晨. 5G网络多场景覆盖策略研究[J]. 信息通信，2019（9）：227-229.

[3]张旸. 谈5G发展与物联网潜力激发[J]. 江苏通信，2016，32（2）：61-62.

5G-Based Internet of Things Application Research

Cai Wenping

China Times Communications Construction Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510030

The Internet of Things as a derivative technology of the Internet has redefined the people’s life and the social industry model. In the future, the use of 5G communication technology will promote the development of the Internet of Things and improve the operational efficiency of the Internet of Things. The development of the Internet of Things terminal will have major changes.

5G; Internet of Things; Application

TN929.5；TP391.44

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