5G物联网通信技术的实践应用

2023-08-10宫小冬

中国新通信 2023年11期

摘要：随着第5代移动通信技术投入商用，全国各地开始大规模建设5G移动基站.5G移动通信技术已经成为物联网控制、移动通信和视频信息传输等领域的重要发展推动力和技术支持。5G物联网通信技术是对5G和物联网的深度融合，是信息技术产业的全新革命。在实践应用中，它充分体现了其技术优势和特点，大力推动了万物互联网络和智慧化发展的建设。本文简要介绍5G物联网通信技术，并分析其实践应用特点和挑战，最后重点对5G物联网通信技术在各行业领域中的实践应用进行论述和分析。

关键词：5G物联网；通信技术；实践应用

4G移动通信技术已经实现了人们随时随地通信的需求，同时也能够实现部分远程与个性化应用服务。在此基础上，5G移动通信技术最突出的发展之一就是物联网，这使得万物互联成为可能，并成为信息产业的发展焦点。在安全监控、智能交通、智慧城市等诸多领域，物联网都得到了广泛应用[1]。物联网是一个依托信息传感器和互联网形成的庞大网络，能够智能化定位、识别、监控管理物品和人。它是在互联网基础上实现的人与物、物与物之间的广泛连接。5G物联网通信技术在性能方面实现了全面化提升，为各行业领域发展提供了具有更高便捷性和质量性的通信服务，这是非常突出的实践应用价值。

一、5G物联网通信技术

（一）传感器技术

在5G互聯网通信技术中，传感器技术主要发挥捕捉信息数据的作用，将客观世界与互联网连接起来，是5G物联网的基础支撑。传感器技术利用各种类型的感应器和网络技术，捕捉客观环境中的声音、温湿度等数据信息，然后再进行加工处理，转换成电子信号，被物联网系统识别，获取精准环境信息[2]。

（二）RFID技术

射频识别通信技术，简称RFID技术，是5G物联网的关键，相较传统标签识别技术，RFID技术可借助射频信号作为媒介，完成多样化通讯传输工作[3]。RFID技术主要构成包括RFID标签、识别器及无线电磁线圈等。尤为重要的是，RFID技术表现出了突出的抗干扰性，可在更多领域中实现广泛应用，对5G互联网通信技术的深化发展具有重大推动作用。

（三）密集网络技术

密集网络技术有利于推动5G物联网的完善发展，能够增大5G物联网系统的容量，拓展室外通信空间，显著增强信息数据的灵活处理。通过在宏基站的覆盖范围外围，密集性布设网络天线，使密集网络的天线功能得以充分发挥，提高5G物联网系统的容量和通信网络协作效率，使相邻网络节点之间的通信活动更加高效，且能够改善节点间的信噪比[4]。另一方面，在室外的热点区域中，通过建设大量的低功率小基站，使其形成密集网络节点，消除所处区域中的网络信号盲点，优化网络环境，减少网络信号干扰。密集网络技术能够极大增强5G互联网的时间动态与空间动态变化，扩大通信网络有效覆盖面积，提升信号质量，使5G物联网系统具有更强的稳定性。

（四）SDN/NFV技术

5G物联网系统的本质是数个云计算中心组合形成的大型服务器，能够发挥多样化的实践应用功能，利用网络交换机连接并实现对海量数据的分析处理。在实践应用中，5G物联网系统的安全性至关重要，直接关系到网络用户的隐私信息安全和资金安全。将SDN/NFV技术运用于5G物联网中，能够极大增强网络系统安全性，通过构建新型的通信架构，促进实现软件化与虚拟化网络通信，并支持网络数据隔离，令5G物联网通信更加完善。SDN/NFV技术可在传统通信网络基础上，灵活运行自动化程序，简化网络管理功能，使网络系统始终处于良好控制状态，保障5G物联网的稳定运行状态[5]。

二、5G物联网通信技术的实践应用特点

5G物联网通信技术在实践中表现出了突出的应用特点与优势。第一，5G物联网通信技术具有更高的数据信息传输速度，最高可达到4G网络传输速度的10倍，实现1Gbps。第二，5G物联网通信技术可实现高密度的设备连接，各网络终端和节点间的距离更短，设备连接密度最高可实现100万台/km2，使得5G物联网系统可在峡谷、山区等偏远地区实现广泛覆盖[6]。第三，5G物联网在实践应用中的网络时延可缩短至1ms～10ms，并随着边缘计算技术的引进应用，进一步降低了网络时延，且能够实现对本地数据的初步分析。第四，5G物联网通信技术在实践应用中可实现10M/m2的流量密度。5G物联网系统中，每平方公里的区域中至少需要数10Tbps流量，视频监控、远程数字化操控、业务控制等应用领域对网络流量的密度要求更高，5G物联网通信技术有利于进一步推动相关产业的智慧升级发展[7]。第五，5G物联网通信技术能够实现比4G网络高3～5倍的频谱效率，即基于相同带宽，5G物联网系统的数据传输速度更快，真正实现万物互联。第六，5G物联网通信技术具有更强的网络移动性。5G物联网系统在实践中要在城市地铁、高速公路等超高速环境中加以应用，也要在工业控制、数据采集等非移动和低速移动场景中应用，因此5G物联网通信技术必须具有更强的移动性，才能满足不同应用场景的网络需求，5G物联网技术在实际应用中可实现500km/h的移动性指标。

三、5G物联网通信技术的实践应用挑战

5G物联网通信技术在实践应用中必然要求对现有通信装置进行升级，因此会导致物联网成本的提高。5G物联网通信技术大大提高了数据信息的传递效率和质量，是社会发展的重要趋势之一。但是，各行业领域实践应用过程中，必须装设大量物联网装置，并通过网络协议或彼此间的通信实现信息数据传输，随着技术发展，必须对通信模块进行相应的升级，物联网中各装置之间的通信也会因此受到相应干扰，进而影响5G物联网系统的实践应用效果。

5G物联网通信技术的实践应用对物联网装置的信息处理水平提出了更高的要求。5G物联网通信技术要求物联网装置必须具备更高水平的信息数据处理能力，很多现有物联网装置的处理能力已无法满足5G物联网系统的应用要求。当前普遍应用的低功耗、低成本和低容量嵌入式物联网装置在处理海量信息数据过程中存在较为明显的局限性，加快提高各物联网装置的信息数据处理能力，是深化5G物联网通信技术实践应用的关键要求。

四、5G物联网通信技术在公共安全中的实践应用

5G物联网通信技术在公共安全领域中的实践应用深度与广度日益增加，大大提高了公共安全保障的便利性与有效性。第一，5G物联网通信技术有利于社会治安安全维护保障。传统公共安全管理体系中，受网络信号、物理距离影响，要明确呼叫者的实时位置往往具有较大难度。5G物联网通信技术的应用即可解决这一定位问题，将摄像头抓拍的人脸信息快速传递到公安数据库，利用人脸识别技术对比数据库中的通缉犯、失踪人口信息，快速识别人员信息，并借助GPS信号和手机基站进行双重定位，实时掌握目标人员的具体位置，从而快速采取行动，有力保障社会治安[8]。

第二，5G物联网通信技术有利于公共出行安全保障。社会经济发展促进了人们生活水平不断提高，汽车持有量持续增加，道路堵塞问题和交通事故频频发生，对人们的出行和人身安全造成了巨大危害。5G物联网通信技术的应用普及，能够实时监控红绿灯和路灯状况，智能分析车道行车状况，对红绿灯等待时间进行智能化调整，以防出现交通堵塞问题。同时，可对交通事故事发现场进行智能判断，增强交通事故救助与鉴别工作的人性化与明确化，提高救援工作开展效率。

第三，5G物联网通信技术有利于公共卫生安全保障。5G物联网系统能够对城市环境安全进行实时监控，包括虫害感染、环境污染、垃圾收集和气象状况等，使相关部门能够及时掌握城市公共卫生状况，快速响应处理。例如，安装在垃圾桶内的5G物联网设备可对垃圾桶盛放情况进行监控，在垃圾桶装满时提醒市政工作人员进行回收，5G物联网传感器可全天候监控自来水的水质情况，如有害成分超标，即会第一时间预警，游泳池中安装的5G物联网传感设备可以对水池中的含氯量、含盐量、pH值和水温等进行实时监控分析，根据监控數据确认是否需要进行水体更换，等等。利用布设在各处的监控模块，能够有效保障公共卫生安全，杜绝出现群体性卫生安全事故。

第四，5G物联网通信技术有利于人员疏散安全保障。5G物联网通信技术能够对火灾、建筑安全、地质灾害等重大灾害进行24小时监测，并实时传输相关监测数据，如果监测到危险情况，系统即会智能警示，如推送预警信息，帮助相关部门及时疏散民众，准备应急物资等。相较传统紧急情况下的人群疏散工作开展，依托5G物联网通信技术，能够大大降低人力、物力和财力消耗，提高人员疏散效率。另一方面，5G物联网通信技术能够进一步加强对流动人群的管理，如基于智慧流管系统，在宾馆、出租屋等场所安装摄像头，动态化识别掌握流动人口情况，并和公共安全网络相连接，进一步提高社会综合治安水平。

五、5G物联网通信技术在信息指挥管理中的实践应用

信息指挥管理是依托5G互联网通信技术发展而来的新兴移动通信模式，应用优势突出，能够与人工智能、大数据及云计算等先进网络信息技术高效融合，实现高质量、高稳定性的信息指挥管理功能。与此同时，5G物联网通信技术在信息指挥管理系统中的应用，使管理系统可实现更多的功能。5G物联网通信技术能够有效分离信息指挥管理系统中的传统业务与新增业务，加强软硬件交互，切实发挥自身的应用优势，使人工智能处理得以实现，极大增强了信息指挥管理系统的实践应用质量与运行效率。

六、5G物联网通信技术在医疗服务中的实践应用

在社会经济快速发展的当下，不同地区和城乡之间的经济水平依然存在较大差异，在医疗资源的分布方面也表现出了显著的不均衡性，医疗资源稀缺与人口基数较大成为当前城乡发展的主要矛盾之一。5G物联网通信技术所具备的应用特点能够有效解决当前医疗服务中存在的问题，改善医疗资源分布不均和利用效率有限等情况。依托5G物联网通信技术发展的智慧医疗，使远程诊疗和手术能够实现，并且通过利用移动医疗设施，病患也可以进行居家检查治疗。5G物联网通信技术能够对病患的病情信息进行采集共享，以此作为医生进行诊断的依据，且有利于医生根据病人具体情况信息，为其制定个性化检查方案[9]。在智慧医疗领域发展中，5G物联网通信技术已成为核心技术支持，推动实现远程监护、远程门诊和远程教学等智能化医疗操作，极大增强了病患在就医过程中的便利性，缓解了医疗资源紧缺等情况。5G物联网通信技术的不断发展提升，必然会为社会民众提供具有更全面性和多样性的健康干预，保障民众身体健康。

七、5G物联网通信技术在智慧交通中的实践应用

汽车导航是当前大多数汽车联网的主要方式，导航系统较为单一，且由于网络传输速率有限，很容易发生导航误差的情况。将5G物联网通信技术应用于汽车等交通工具中，仅需再将传感器安装在汽车上，就能够实现车联网与物联网的信息数据共享，使5G通信的优势在智慧交通发展中得以发挥。一方面，5G物联网通信技术的低网络延迟特点能够控制智慧交通网络在数据传输过程中的网络时延，使网络时延不超过1ms[10]。另一方面，5G物联网通信技术的超高信息传输速率能够将路况信息实时传递给驾驶人员，以便及时做出应对，保障行车过程中的安全性，进一步推动交通运输行业的智慧化发展。

在物流运输行业中，公路运输占据着极高的市场占比，但与此同时，物流运输过程中的安全风险也始终居高不下，对公路运输的货运安全和效率提升造成了严重的阻碍。5G物联网通信技术和智能终端在货运安全领域中的结合应用，能够有效降低公路运输行业的货运安全风险，形成主动化智能安全防御系统，实现对安全风险的闭环管理。

5G物联网通信技术与决策云平台能够对软硬件系统实现闭环一体化管理，使用视频采集、智能传感器、激光雷达与CAN总线等技术能够对车辆状态进行信息采集，北斗定位系统、车载与路侧的温湿度传感器可以实时获取天气、路面与车辆位置等信息，通过对边缘主机进行部署，整合处理各模块采集到的数据信息，然后借助5G通信网络传输到云平台与数据库中。云计算中心具有强大的数据处理能力，能够对庞大的信息数据分析建模，连接虚拟实体，推演公路货运过程中的物流安全，从虚拟推演实现对现实的映射，从而全周期管理公路货运安全。

八、结束语

5G物联网通信技术的不断优化升级，为社会各行业的发展创造了巨大的机遇，社会发展智能化水平不断提升。同时，5G物联网通信技术的实践应用，也带来了很多挑战与困难，各行业领域应持续研究探索5G物联网通信技术在行业内的融合应用，推进产业升级和智能化发展，充分发挥5G物联网通信技术的应用优势和价值。

作者单位：宫小冬中晟龙泰（集团）有限公司

参考文献

[1]王彦博.物联网形势下的5G通信技术运用分析[J].中国新通信，2022，24（19）：4-6.

[2]陈文仰.基于5G技术的物联网通信抗干扰方法[J].数字通信世界，2022（08）：78-80.

[3]谢广耀.5G通信技术与物联网的融合与发展[J].网络安全和信息化，2022（08）：4-6.

[4]张坚.5G通信信息技术在物联网时代的应用探讨[J].物联网技术，2022，12（07）：116-118.

[5]顾林轩.5G无线通信技术及对物联网产业链发展的价值分析[J].网络安全技术与应用，2022（07）：64-65.

[6]姚丽菡，陈建辉，车艳，黄淋云.基于区块链和5G网络的物联网云联健康管理系统研究[J].贵州大学学报（自然科学版），2022，39（03）：85-92.

[7]张翀，汪传武.5G物联网技术标准演进研究[J].广播电视网络，2022，29（03）：54-56.

[8]常秀颖，夏瑞雪，张文娟.5G背景下物联网的应用与发展问题研究[J].信息记录材料，2022，23（02）：182-184.