于天欣

5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

于天欣

中時(shí)訊通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510030

現(xiàn)階段，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在不斷研發(fā)，而經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)提出了更高的要求。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)必將以更加靈活的方式呈現(xiàn)在人們眼前，從而更好地為人們服務(wù)。為保障物聯(lián)網(wǎng)更好地發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商需要制訂更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的方案，解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題，使5G網(wǎng)絡(luò)按照預(yù)期的速度實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。根據(jù)上述內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合、共同發(fā)展是必然發(fā)展趨勢(shì)，能夠推動(dòng)經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程。

5G移動(dòng)通信技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；發(fā)展

1 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代概述

物聯(lián)網(wǎng)也可以稱為傳感網(wǎng)，是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物。它主要是通過(guò)在物體中植入一個(gè)芯片，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取物體的變化信息，就能夠?qū)⑻幵诓煌恢玫奈矬w有序地連接在一起，然后通過(guò)終端設(shè)備對(duì)這些物體進(jìn)行控制。由于物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)控制技術(shù)很強(qiáng)，因此被運(yùn)用到很多領(lǐng)域，例如公共交通領(lǐng)域、城市安全領(lǐng)域、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。物聯(lián)網(wǎng)一般由應(yīng)用層、感知層與網(wǎng)絡(luò)層三部分構(gòu)成。應(yīng)用層主要是為人們提供多種服務(wù)，如監(jiān)控服務(wù)、智能電網(wǎng)服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)等。感知層主要功能是對(duì)外界信息進(jìn)行采集、分析與識(shí)別，獲取外界信息主要通過(guò)傳感器或者二維碼來(lái)對(duì)物體信息進(jìn)行識(shí)別。網(wǎng)絡(luò)層主要功能是將感知到的物體信息在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)物體信息的控制，完成相應(yīng)服務(wù)功能[1]。從目前技術(shù)來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)主要是采用以RFID為核心的技術(shù)體系，采用相應(yīng)物品識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體信息控制與管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)適應(yīng)性很強(qiáng)，能夠有效運(yùn)用到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用為人們提供了極大便利。5G網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，更為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了快速的傳輸網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的革新與發(fā)展。

2 5G網(wǎng)絡(luò)概述

2.1 5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程

5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展被全世界廣泛關(guān)注。研究分析中，此項(xiàng)技術(shù)在28?GHz頻段能夠達(dá)到1?GB/s的數(shù)據(jù)傳輸速度，且傳輸距離可以覆蓋2?km。使用此技術(shù)，下載一首音樂(lè)只要0.1?s，即手指點(diǎn)擊下載便可完成。5G研究技術(shù)的核心內(nèi)容主要分為三個(gè)方面：首先是關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)；其次是技術(shù)方案驗(yàn)證；最后是系統(tǒng)驗(yàn)證。在21世紀(jì)初期，美國(guó)航空航天局便與智能機(jī)器集團(tuán)展開合作，研究5G通信技術(shù)。2013年，為使5G通信技術(shù)更快發(fā)展，歐盟對(duì)此研究投入了5?000萬(wàn)歐元。同時(shí)，韓國(guó)三星電子也開始正式研發(fā)5G通信技術(shù)。我國(guó)華為公司同樣展開了5G通信技術(shù)研究，投資上億美元，并公布過(guò)5G基站模型，預(yù)測(cè)于2020年正式讓用戶享受到5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。在2015年，英國(guó)已經(jīng)開發(fā)出5G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，能夠傳輸?shù)姆秶?00?m，并可以達(dá)到125?GB/s傳輸速度。經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，1s能夠同時(shí)下載40集電視劇。所以，世界各國(guó)人員都對(duì)5G通信網(wǎng)絡(luò)滿懷期待。國(guó)際通信網(wǎng)絡(luò)組織也在2013年2月9日發(fā)布了5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)特征

2.2.1 擴(kuò)展性

5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)是將2G、3G和4G融為一體，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感，并豐富使用功能。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，5G通信技術(shù)覆蓋面積能夠達(dá)到4G網(wǎng)絡(luò)的10倍，能夠更好地釋放信號(hào)，可以為不同的人群帶來(lái)更多方便。此外，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的擴(kuò)展，提升了5G移動(dòng)通信頻率效率。在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下，未來(lái)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)必定會(huì)使人類文明發(fā)展更加迅速。

2.2.2 節(jié)能性

在靈活度上，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的兼容性相對(duì)其他通信網(wǎng)絡(luò)有較大變化。所以，5G通信網(wǎng)絡(luò)消耗的能源較少，符合我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，所以關(guān)注度較高。因此，發(fā)展5G是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，具有較為廣闊的社會(huì)發(fā)展前景。

2.2.3 利用率高

5G移動(dòng)通信較為注重用戶體驗(yàn)，明顯優(yōu)于4G網(wǎng)絡(luò)，接收頻率較大，而高頻率會(huì)使5G通信網(wǎng)絡(luò)變得普遍，具有強(qiáng)大的穿透性，并能夠克服環(huán)境外因。所以，5G通信網(wǎng)絡(luò)是一種交互式的覆蓋、推廣，使需要網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)利用率增加，同時(shí)能夠帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，使業(yè)務(wù)更加全面，經(jīng)營(yíng)方式也隨之發(fā)生改變?，F(xiàn)階段理念的提出和大力研究，都能夠?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，促使經(jīng)濟(jì)更快發(fā)展。

3 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用技術(shù)

3.1 SDN/NFV技術(shù)

隨著通信技術(shù)的變革和發(fā)展，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)已不再適應(yīng)現(xiàn)在高速發(fā)展的高速率時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重構(gòu)將減少網(wǎng)絡(luò)的層級(jí)、轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也會(huì)將網(wǎng)絡(luò)軟化，網(wǎng)絡(luò)流量收斂比減少，基于SDN/NFV 的新架構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的重要方式，它以網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)及網(wǎng)絡(luò)軟硬件雙解耦為基本特征，是全局性、革命性的架構(gòu)重構(gòu)[2]。SDN/NFV技術(shù)能夠?yàn)?G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供安全保護(hù)措施，它指用軟件定義網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建新的通信架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信虛擬化與軟件化，對(duì)于數(shù)據(jù)分離十分有效，同時(shí)也能夠促進(jìn)5G移動(dòng)通信技術(shù)快速發(fā)展。SDN/NFV技術(shù)是5G移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)。它結(jié)合原有通信網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)建出5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層、控制層與應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信程序自動(dòng)調(diào)用功能，取代手動(dòng)配置，這對(duì)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的管理具有十分重要的作用。它簡(jiǎn)化5G通信網(wǎng)絡(luò)管理功能并優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，利用SDN/NFV技術(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)與分離功能，促使5G通信網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過(guò)程中處于受控制狀態(tài)。通過(guò)SDN與NFV技術(shù)的相互配合，在5G通信網(wǎng)絡(luò)中建立虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同移動(dòng)業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的不同要求。

3.2 全頻段通信技術(shù)

在現(xiàn)有4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)及其他移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，通信網(wǎng)絡(luò)的工作頻段主要是3?GHz，頻譜資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足移動(dòng)通信要求。在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中主要采用高頻段或者全頻段技術(shù)，有效地解決移動(dòng)通信中頻譜資源不足的問(wèn)題，同時(shí)也提升移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量與網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。目前，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)頻道控制在28～100?GHz之間，在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，可以極大地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)通信的頻段范圍，提高網(wǎng)絡(luò)通信的傳輸效率，也能保證5G移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)容量。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)采用全頻段通信技術(shù)，允許更高密度移動(dòng)寬帶用戶運(yùn)用設(shè)備進(jìn)行超可靠和大規(guī)模機(jī)器通信，能夠促進(jìn)移動(dòng)終端向綜合化、微型化、多元化的方向發(fā)展。在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，主要采用高頻毫米波天線發(fā)射信號(hào)，具有增益高、設(shè)備小型化、網(wǎng)絡(luò)帶寬大等優(yōu)點(diǎn)，特別是在現(xiàn)代電子技術(shù)快速發(fā)展情況下，5G移動(dòng)通信技術(shù)中的高頻技術(shù)缺陷也在不斷被攻克、完善，使得高頻段通信技術(shù)在5G通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景更具優(yōu)勢(shì)。

3.3 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速達(dá)到了1?GB/S，它的網(wǎng)絡(luò)流量將是4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的千倍以上，而且5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)采用多種無(wú)線接入技術(shù)，可以有效覆蓋所有通信小區(qū)范圍。為了提高5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋率，在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中采用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是十分有必要的。密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要表現(xiàn)：第一，在移動(dòng)通信宏基站外布置大量高增益天線來(lái)拓展移動(dòng)通信的室外空間，也能達(dá)到增加5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量，同時(shí)也可以有效提高5G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的靈活性與信息處理的效率；第二，在宏基站外布置密集網(wǎng)絡(luò)天線，可以促進(jìn)各個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)之間相互協(xié)作，還可以提高相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通信的準(zhǔn)確性、靈活性與有效性，能夠改善相鄰節(jié)點(diǎn)之間的信噪比增益，提高網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。

4 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展

5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為用戶提供足夠的網(wǎng)絡(luò)通信帶寬，并能夠大幅提升網(wǎng)絡(luò)通信速度與通信質(zhì)量，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸變得更加可靠。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)隨著通信技術(shù)的發(fā)展將會(huì)覆蓋農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育等多個(gè)公共行業(yè)，在未來(lái)發(fā)展的應(yīng)用十分廣泛。但是物聯(lián)網(wǎng)在人們生活中的應(yīng)用，還需要一定的前提條件，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用區(qū)域內(nèi)，必須有完整的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系與完整的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，并能夠支持不同物體之間的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信聯(lián)系，但當(dāng)前4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榧夹g(shù)的原因還不能全部覆蓋通信區(qū)域，而且通信效率較低，不完善的通信網(wǎng)絡(luò)安全都會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展造成一定影響，同樣，物聯(lián)網(wǎng)通信也需要有完善的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)措施，才能夠有效地實(shí)施。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展需要利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，形成自主物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信體系。5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)融合，使得物聯(lián)網(wǎng)能夠充分利用5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，提升自身優(yōu)勢(shì)，利用5G 通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施也能夠降低物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與投入的成本，提升物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)效率，而且每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)用戶也不需要單獨(dú)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，可以借助現(xiàn)有5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)體系，完成自己的應(yīng)用[3]。5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的融合將會(huì)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)“跨越式”發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用需要海量信息連接以及高速率網(wǎng)絡(luò)通信，而5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延、低能耗、覆蓋面積大，采用密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、SDN/NFV 技術(shù)與全頻段通信技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信需求，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。因此，5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，能夠有效改善物聯(lián)網(wǎng)的通信質(zhì)量，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得更加強(qiáng)大。

5 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使移動(dòng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步融合，兩者共同發(fā)展成為帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑。本文分析物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵，研究5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合，且將5G網(wǎng)絡(luò)合理運(yùn)用也是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展的必然要求。

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Application of 5G Mobile Network in Internet of Things

Yu Tianxin

China Eracom Contracting and Engineering Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510030

At this stage, 5G mobile communication network technology is being continuously researched and developed, and the continuous development of the economy has put forward higher requirements for the Internet of Things. With the realization of 5G networks, the Internet of Things will be presented to people in a more flexible way to better serve people. In order to ensure the better development of the Internet of Things, operators need to formulate more long-term solutions to solve possible problems, so that 5G networks can be realized at the expected speed, thus achieving rapid economic development. According to the above content, it can be found that the integration and common development of the Internet of Things and the 5G network is an inevitable development trend and can promote the process of economic globalization.

5G mobile communication technology; Internet of Things; development

TN929.53

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