基于5G技术的物联网应用前景分析

张俊豪，曹 阳

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

1 物联网概念

物联网是通过在物体里放入芯片，利用无线网络获取物体的变化信息，从而将处于不同地理位置的不同物体连接在一起，然后通过一些终端设备控制这些物体来达到远程监控的目的。这种新型的网络技术是当代信息产业和移动网络技术发展相结合的产物，目前已运用在电力行业、医疗行业、教育行业、智慧城市领域、公共交通领域以及农业领域等众多领域。物联网的出现为人们的日常工作和生活提供了便利，其中5G技术为物联网的发展提供了更高速的传输网络，可以进一步促进物联网的发展。

2 5G关键技术探讨

为满足今后移动通信的相关要求，需从无线传输技术和无线网络技术两方面提升5G技术的水平。无线传输技术需要利用先进技术如大规模MIMO技术、超密集组网技术等，而无线网络技术更加强调灵活程度和智能化需求，使得SDN和NFV网络架构和组网技术成为关键[1]。

2.1 无线传输技术

2.1.1 大规模MIMO技术

大规模MIMO技术是多个接口接入和多个接口转出[2]。这里传输的是无线信号，载体为多重天线，信息的接收和发出可以同步进行。MIMO技术有一个十分显著的优势，即能够在不改变频谱带宽和发射功率的前提下，大幅度提升整个体系的信道容量，由此大幅提升利用率。行业内普遍将其视为5G技术的核心。

2.1.2 超密集组网技术

由于采用了先进的无线传输技术，改进了各项接入技术，使得5G网络因涉及多种无线接入技术而导致整个网络构架异常复杂。这种情况下，超密集组网技术的使用非常重要。该技术的实现需要非常密集的基站，基站数量不仅要多，而且要尽可能小，才能明显提升频率复用效率。

2.2 无线网络技术

2.2.1 软件定义网络（SDN）

软件定义网络属于Emulex网络的一个创新架构，目的是分割路由器的控制和转发功能，使两者具有独立性。对一般网络而言，网络会根据业务要求而制定。当业务出现变动时，需要调整相关设备的配置，但这个操作过程极为不便。此外，移动网络的改变是高频且无规律的，要求网络具有极高的灵敏性和速度。

2.2.2 网络功能虚拟化（NFV）

网络功能虚拟化概念来自于电信运营商联盟，借助IT虚拟化技术，处理难题是硬件繁杂化。它的运行基础是OTS服务器，将软件定义作为主要手段，对网络实体的虚拟化使用展开剖析。在NFV上搭建虚拟机的投入成本较低，且在网络多变的情况下也能快速适应。在云计算和虚拟化的技术支撑下，多余服务器放在单独的物理服务器上以并行处理，对满足峰值的相关要求极为关键。它还能在网络需求的基础上整合资源，使部件布置更加合理，方便故障的处理，及时革新，并能更好地满足市场要求。

3 5G网络下物联网的应用前景

5G网络的大带宽、低时延、高可靠、灵活组网以及高精度同步等技术特点，可以为物联网下的用户提供足够的网络带宽，且能大幅度提升网络的速度和稳定性，使网络数据的传输更加可靠[3]。

物联网在人类日常生活中的应用需要具备一定的前提条件，即必须具有完整的移动网络体系和网络接口标准，并能支持不同物体之间的移动通信连接。5G网络能充分利用其自身的技术优势，降低物联网建设的投入成本，提升建设效率，最终满足用户的实际需求。物联网应用的基础是海量的信息互联和高速的网络通信。成熟的5G网络低时延、高可靠、密集网络技术以及网络切片等技术，可以满足物联网的需求。因此，5G网络技术的应用契合了物联网技术未来的发展趋势，两者可以相互融合，共同发展。

3.1 电力行业应用前景

电网业务既有大颗粒数据业务传输需求，又有超低时延需求，可从带宽、时延以及连接规模3个方面优化应用。从基站侧开始拆分5G技术，可极大地提高电网行业的灵活组网能力，从而为电力行业的业务提供便利，为不同类型的业务提供定制化方案。因为电网上所有的控制业务均建立在其专网上，所以建设成本巨大，可与5G网络相融合，很好地满足业务需求，同时降低电网网络建设和维护成本。此外，5G网络能很好地解决电网区域信息的采集和回传问题。

3.2 公共交通应用前景

公共交通是市民出行不可或缺的交通方式，主要包括公交车、地铁、轻轨以及巴士等。以公交车为例，原有网络和公交运营系统存在应用落后、维护成本过大等问题，大大阻碍了行业的发展。目前，在公共安全事件和运营智慧调度中占据重要作用的是公交监控运营系统。公交车通过5G网络利用车载视频监控设备，实现对公交车的调度和管理，监控公交车站的安防，确保公交车辆、驾驶员以及乘客的安全[4]。随着5G网络和车联网技术的进一步成熟，巡线行使、路口障碍主动避让、自动驾驶以及精准进站等应用场景均将落实。

3.3 远程医疗应用前景

目前，我国医疗资源的分布十分不均衡。将5G网络应用于远程医疗场景，将会优化医疗产业资源，降低区域分化程度，缓解医疗资源不足问题，很大程度上满足医疗的时效性和稳定性。5G网络以语音、视频以及实时图像技术为基础，使医生能够有效地对患者进行远程诊断、远程会诊以及远程手术等操作，可以更快地获取患者的疾病信息，并制定相应的诊断方案。

发展远程医疗的意义重大，可以缓解当下医院看病难的问题，同时促进医院之间的交流，提高医院医疗水平，有效分配医疗卫生资源，使偏远地方的患者通过5G网络也可以享受发达地区的医疗资料，还可以促进医疗的信息化建设。

3.4 智慧农业应用前景

农业在完成机械化后，可以通过5G技术轻松实现信息化和智慧化的跨越式发展。将5G网络、物联网、大数据以及云计算等技术，与传统农产品市场的需求、生产过程及农机设备控制相结合，实现农业生产过程各种数据和信息的监测和农业自行化生产作业，彻底颠覆传统农业的生产方式，推动农业生产的自动化和智慧化水平。目前，与5G网络结合最紧密的4个应用是智慧农场、智慧牧场、智慧林场以及智慧渔场。

3.4.1 智慧农场

将环境传感器、摄像头、卫星遥感以及无人机等监测终端设备和无人植保机、播种机以及喷灌系统等无人驾驶的农机设备与5G网络结合，实现农作物生长情况的监测、农机设备自动作业、农场安全监控以及环保节能作业等，提高农作物的生产效率，降低生产成本，提高农业生产水平。

3.4.2 智慧牧场

将环境传感器、视频摄像头以及无人机等监测设备与5G网络结合，实现牲畜位置的跟踪与管理、牲畜疫情预警、牲畜生长情况跟踪以及牧场草原的实时监测等，提高畜牧养殖的生产效率，降低养殖成本，同时防止牲畜疫情爆发和牲畜丢失。

3.4.3 智慧林场

将无人机和视频监控等监测设备与5G网络结合，实现对森林资源、树木病虫防害、野生动植物保护、森林防火以及森林日常巡检等的监测，实现森林的养护和建设、预付森林火灾、保护野生动植物且减少森林树木的病虫害，同时为工作人员和游客提供导向和救援服务。

3.4.4 智慧渔场

将高清视频监控和水下摄像系统等监测设备与5G网络结合，可实现渔场的水下监控，实时水生物的生长监测、投放鱼食等，提高饲料的合理利用率，同时提高饲养员水下作业的安全性。

未来，互联网和物联网的发展将直接决定移动通信技术的走向。参照通信技术的特性可知，5G技术的一项重要使命就是处理各种应用场景下的性能问题，本质是解决高转换、高密度以及高速度3大难题。在5G大背景下，由于使用场景的不同，对性能指标的要求也存在一定的差异。因此，网络速度、连接数以及能效等都将成为衡量性能的标准。

3.5 工业自动化应用前景

5G的应用包括升级新型工业化的网络信息化建设，为制造业的转型升级提供助力。5G的高速、低时延以及高可靠等特点可以满足工业生产中机器端到端毫秒级别的超低时延和高可靠性通信需求，从而为工业生产的实时控制和预警提供充足的技术保障。

5G可能会使传统工业制造转变为几种新模式。利用先进制造工具，结合5G网络技术，对生产流程进行智能化改造，可使得工业生产更智能化。借力5G的大数据和云平台等技术，发展企业间协调研发和协同供应链等新模式，可有效降低企业的生产成本，提高产品的市场竞争力，使各个制造业企业的办公趋于网络化。

5G网络进入工厂后，可以利用其高可靠性的连续覆盖，扩大工厂机器人的活动区域。可以在各种场景下不间断工作的同时，灵活切换各种工作内容，提升产品流水线的柔性程度和灵活性，从而助力个性化生产的大规模普及。

4 结 论

如今已进入5G商用时代，随着5G网络的不断建设和物联网技术的越来越成熟，两者的融合必定能满足用户对物联网的各种需求。5G网络可高灵活处理物联网需要的大量数据，而物联网可源源不断地向5G网络提供终端用户需求，二者互相促进，共同发展，必将迎来5G网络和物联网发展的新时代。