物联网时代下的5G通信技术探思

2021-11-21李鹏举

数字技术与应用 2021年7期

关键词：联网发展

李鹏举

(中国联合网络通信有限公司邯郸市分公司,河北邯郸 056002)

0 引言

随着信息技术的不断发展,物联网被广泛应用,中国已全面进入移动互联网时代。从4G时代发展到5G时代,5G技术为物联网提供了良好的进步环境和空间,物联网也为5G技术的发展提供了现实依据。

1 5G通信技术的基本介绍

从移动通信技术的发展来看,2G通信技术规格以数字语音传输技术为核心,取得了移动通信技术的跨时代发展;3G技术实现了同时传送声音及数据信息的新通信模式;4G技术集3G与WLAN于一体,能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像等;而5G,即“第五代移动通信技术”则是由2G、3G和4G系统延伸而来的最新一代蜂窝移动通信技术。和传统技术相比,5G技术具有比较明显的优势:数据速率高、降低时延问题、提高系统容量、节约能源、减少成本等。由于5G技术既能满足高清视频,虚拟现实等大数据量传输;又能灵活地自动调整,有利于实现互联网的个性化需求,因此,5G技术被运用于大量的复杂使用环境之中。如今,中国各大运营商以及5G设备商都在大力研究和促进应用5G技术的发展,并已取得了一系列重大成果。他们致力于实现5G网络技术的商业化发展[1]。

2 物联网基本介绍

物联网概念最早被比尔盖茨提出,是在计算机技术和通信技术结合的基础上发展而来的。物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。物联网借助无线通信网络,运用传感器技术将各种物体集成到网络中,通过控制移动终端来实现信息获取、传递和处理。物联网不仅在工业、农业和环境、安保等基础设施领域被广泛应用,有效推动了这些产业的智能化发展,使得资源分配与使用更加合理,从而提高了行业效益;也被教育、医疗健康、金融等生活领域所运用,极大地提高了人们的生活质量。同时,物联网技术也被运用到军事领域中,有效提升了军事的智能化和信息化,极大提升了军事战斗力,推动了军事的发展。尽管物联网的发展已渐成规模,但在技术、成本及安全等方面仍面临许多挑战。

3 5G移动通信技术的优势

3.1 优秀的节能效果

由于5G移动通信技术强大的兼容性和灵活性,5G通信网络一般功耗较低,不会消耗过多的能源,有节能减排的效果。5G技术的环保特性,正好符合中国可持续发展的战略目标,为后续发展提供了非常广阔的空间。

3.2 高效的网络使用效率

基于5G技术数据率高的特点,5G网络无论是接收频率还是信号传输能力都要明显优于4G。5G技术的发展,极大地提高了网络的使用效率,能够轻松应对外部复杂的环境,进一步推动了互联网技术的发展。5G技术不仅改变企业的经营模式,也改变了人们的生活模式,实现了万物的互联。

3.3 良好的可扩展性

5G技术在结合前4代移动通信技术的基础上,重点研究了“用户体验”。5G技术因其高覆盖和速率高的特点,实现了全新的功能,给用户提供了更多的便利,极大地提升了用户体验。相比前4代通信技术,5G技术的可扩展性取得了极大地提高,大大扩展移动通信的应用广度与深度,完成了个人到产业的扩展,实现了与实体经济产业的协同发展,5G技术的扩展性必将推动人类文明更快的发展。

3.4 值得信赖的安全性

和4G相比,5G的信息传输延时更低,但系统容量更大,因此5G的实时传输效果更好,更为安全可靠。安全协议将进一步优化各方在资源整合、标准制定方面的联动机制,为保护用户隐私及安全方面奠定良好基础,促进行业的可持续发展。

4 物联网对5G的相关需求

4.1 5G与物联网的交互作用

就现阶段而言,物联网的良好发展不仅需要一个完整且严格标准的网络系统来维持其运作,还需要能够连接到移动网络的覆盖范围内。随着4G网络的全面覆盖,谷歌率先完成了4G技术与互联网技术的结合,形成了一个覆盖面更大、更现实的移动网络。但4G能耗较高,速度较低,它相对较低,对网络安全非常的可靠性要求比较高。物联网在进行信息交换的过程中需要借助网络的功能来完成信息的传送和处理。从发展角度为说,为保证信息的安全及传输效率,不仅需要更好技术服务体系,还需要按照相关行业的安全章程来把控。因此5G网络为物联网提供了良好的进步空间,创造了更有利的发展环境。

4.2 物联网的市场需求

随着中国经济体制的逐步完善,房地产经济在国民经济发展中占据着越来越重要的地位,对中国的发展体系起着一定程度的影响作用。尽管目前中国仍处于发展阶段,房地产的发展前景依然广阔,尤其是住房环境方面仍有非常大的发展空间。现阶段,由于智能家电设备造价昂贵,不符合普通群众的消费水平,智能家居市场存在较大空缺。随着中国加入世界贸易组织,对研究和发展绿色建筑日益重视,追求环保与可持续发展。物联网技术也被运用到建筑中,对绿色建筑系统起着非常重要的监管作用,为中国绿色建筑发展奠定了基础。

5 物联网中5G技术的应用

5.1 网络切片技术

相比4G时代,5G时代的移动网络可以支持更多种的业务类型和更多样的终端,针对不同的业务类型,网络技术的要求也不尽相同,因此传统的“一个大小”满足所有需求的蜂窝网络模式已逐渐不能应对越来越个性化的网络需求。在此基础上,网络切片技术应运而生。网络切片是一种按需组网的方式,即在统一的基础设施上进行网络资源切片,分离出多个虚拟网络,每个网络切片在性能指标互不影响的前提下,按照该部分业务需求设计对网络结构进行增强,以适配各种各样类型的场景,满足不同个性化服务的需求。网络切片是一个复杂的系统工程,它不仅需要访问核心网络,还需要访问服务网络和数据网络。基于网络切片,运营商不仅可以把业务从传统的语音和数据拓展到万物互联,还可以形成新的商业模式,极大地提升运营的效率。

5.2 SDN及NFV技术

SDN一般指软件定义网络,是一种新型网络创新结构,通过提升网络可编程能力,对网络架构进行优化或重构。SDN按照标准的Openflow协议,把网络设备分为独立的控制设备和转发设备,不仅简化了转发设备的功能,也实现了灵活的可编程性,使移动网络的架构更加灵活。

NFV即网络功能虚拟化,指通过运用许多类型的网络设备结合云计算虚拟技术,在一定程度上简化网络升级、降低新硬件采购成本的技术。NFV不仅实现了网络虚拟化,也提供了灵活和低成本的增值功能,增强了网络的可操作性。NFV的业务功能和SDN的统一控制功能相辅相成,不仅对物联网中各类数据和业务进行协调控制,增加了系统的灵活性,还非常有效地提高5G网络弹性,降低了运营成本。

5.3 新空中接口技术

5GNR是基于正交频分复用的全新空口设计的全球性5G标准,是在4G基础上进行的技术创新,是非常重要的蜂窝移动技术基础。5G新空中接口技术的研发,实现了空间和代码等域的资源重复利用效率提升,达到了节约能源的效果。

正交频分复用,即OFDM,经过优化后,能够将高速率数据转化成正交子载波,因为其数据复杂性较低、频谱利用率较高的特点,被4G系统广泛采用。但随着5G时代的来临,OFDM灵活性不足的问题也日益显现。为满足5G通信系统对资源的个性化业务需求,不同字载波带的长度和宽度也需要得到相应的发展。基于5G技术的低延迟特性,在频域中需要较宽的字载波带才能使得其他系统服务在时域中消耗非常小的传输时间间隔,获得非常短的符号周期。尤其在大规模应用场景中,单个的传感器数据量都处在极低水平,对子载波带宽和符号周期及传输时间间隔都有了进一步要求, 才能让网络能智能应对不同业务的要求。

6 物联网的发展趋势

物联网即“万物相连的互联网”,是在互联网基础上的延伸和扩展,通过将各类信息传感装置与技术接入网络,来实现在人与物、物与物在任何时间和地点的互联互通,因此物联网也被称为传感网。随着科技的发展,物联网技术被广泛应用在公共安全服务、城市智能交通系统以及环境监测等多个领域,有效推动了这些产业的智能化发展,使人们的生活更加便捷。物联网主要由感知层、网络层和应用层这三个层次构建,是新一代信息技术的重要组成部分。其中,感知层通过运用智能传感器、二维码等设备,采集、获取和识别各类信息。网络层利用有线和无线网络对采集到的数据进行编码、认证和传输,实现网络通信。应用层主要提供服务功能,可以提供如工业监控、环境控制等监控服务。目前,物联网发展的核心技术是RFID(射频识别技术),即通过无线射频方式达到物品识别、信息感应、传递、处理和储存的目的,是最具发展潜力的自动识别技术之一[2]。

物联网在21世纪获得关注并迅速发展,美国、日本及欧盟等国家陆续提出物联网发展战略,推动了物联网的高速发展进程。物联网被多个领域所运用,从而引发了整个行业的创新浪潮。物联网的发展壮大主要受计算机技术发展的影响,是继互联网之后的又一次信息产业热潮。在信息技术创新发展的大力支持下,物联网被应用在多个领域,市场前景广阔,是现阶段最具发展潜力的产业之一。但随着物联网的发展,其对安全性及时延性要求也越来越高,这也为5G技术在物联网中得到更好运用奠定了坚实基础。

7 物联网、移动技术共同发展

互联网技术发展受新一代移动通信技术发展的影响,而物联网发展的核心就是互联网,因此通信技术的发展对物联网技术发展起着重要的推动作用。移动网络通信的发展关键是通信速度、网络延时以及系统容量,新兴的5G多址技术可以颠覆传统的数据传输模式,将移动网络接入的数量提高到近百倍,极大地拓展了数据容量,降低时延问题,在这样的背景下物联网的基础,也就是设备的远程对接与操控就更加便捷,设备与设备之间的连接数目与数据传输效率都大幅度提升,实现超可靠的大规模机械通讯,并且在这样高性能的基础上,5G设备的耗能不仅没有增加, 并且得到了进一步的降低,甚至是超低能耗,为智能化物联网的发展带来的更大便利。基于5G网络覆盖面更大、组建灵活性更高、性能更加优越等优势,5G通信网络即可以支持高密度宽带业务,还能支持大规模的移动设备通信,从而实现移动终端多元化、融合化发展,能够满足人民的个性化生活需求。

将移动通信网络与物联网相结合不仅能够使物联网具备5G网络优势,还能扩大服务的覆盖面积,减少物联网的投入成本。5G与物联网是相互发展且相互依赖的两项技术,它们共同组成了智能化网络应用体系[3]。从需求方面来看,物联网首先需要满足信息的识别和读取需求,其次需要通过网络来传输和共享这些信息,然后互联网用户增长将带来系统管理和信息数据分析,最后通过改变企业的经营模式及人们的生活方式,从而达到万物互联的追求。未来物联网市场将向细分、差异化、定制化方向转变,未来增长有可能超过预期。随着网络安全体制的逐步建立,物联网能选择最佳的通信网络,即无线通信网络体系。目前,全球网络正在进行不断融合,呈跨越式发展的趋势。5G网络的良好的性能更好地满足物联网发展需求,所以5G移动网络发展和物联网发展相辅相成,起着互相推动的作用。