林 璐

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司福州分公司，福州 350003）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，特別是信息化技術(shù)的深入發(fā)展，我國已經(jīng)全面進入信息化網(wǎng)絡(luò)化時代，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用爆發(fā)式增長，移動通信技術(shù)從4G時代推進到5G時代，也進一步推動了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。據(jù)此，下文針對5G移動通信技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)時代等相關(guān)內(nèi)容進行簡要分析。

1 物聯(lián)網(wǎng)時代概述

物聯(lián)網(wǎng)簡單說就是物物相連組成的網(wǎng)絡(luò)，是通過各種信息傳感設(shè)備，將文章連接到互聯(lián)網(wǎng)進行信息交換和通信的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。傳感層位于底層，由各種傳感器組成，包括射頻識別裝置（射頻識別裝置）、攝像頭、條形碼/二維碼掃描儀、溫度、濕度等傳感器和終端，這些都是信息采集的關(guān)鍵部分。網(wǎng)絡(luò)層由各種有線和無線通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺組成，負(fù)責(zé)傳輸和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供豐富的應(yīng)用程序，利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)結(jié)合行業(yè)需求實現(xiàn)廣泛的智能應(yīng)用解決方案。

車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧城市、工業(yè)4.0等名詞大熱，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用爆發(fā)式增長，數(shù)以千億的設(shè)備將接入網(wǎng)絡(luò)，未來物聯(lián)網(wǎng)將遍及世界的每個角落，實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。

2 5G移動通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 網(wǎng)絡(luò)切片

在5G時代，移動網(wǎng)絡(luò)能夠支持的業(yè)務(wù)種類、終端種類與4G時代相比更加豐富多樣，并且不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)的要求也不盡相同，例如移動性要求、時延要求、可靠性要求等，因此傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)“一刀切”的模式已經(jīng)不能滿足5G時代各行各業(yè)對網(wǎng)絡(luò)的不同需求。

網(wǎng)絡(luò)切片是將單一物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)資源進行切片，為典型的業(yè)務(wù)場景分配獨立的切片，在切片內(nèi)針對業(yè)務(wù)需求設(shè)計增強的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對時延、帶寬等性能指標(biāo)進行靈活配置，并且切片之間互不影響，從而滿足不同業(yè)務(wù)的個性化需求。多個網(wǎng)絡(luò)切片共用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，也提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

網(wǎng)絡(luò)切片是一個端到端的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要經(jīng)過三個穿透的網(wǎng)絡(luò)：接入網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片不是一個單獨的技術(shù)，它是基于云計算、SDN、NFV、分布式云架構(gòu)等幾大技術(shù)群而實現(xiàn)的。

2.2 SDN/NFV技術(shù)

SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）主要是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，比如交換機、路由器等。SDN解耦了控制平面與數(shù)據(jù)平面，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分為獨立的控制設(shè)備和轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，簡化了轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的功能，控制和轉(zhuǎn)發(fā)遵循標(biāo)準(zhǔn)的Openflow協(xié)議，實現(xiàn)了控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層的分離?？梢栽诮涌谏祥_發(fā)應(yīng)用軟件，實現(xiàn)靈活的可編程性，使移動網(wǎng)絡(luò)的組成更加靈活。

NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）主要是提供增值功能的靈活性和低成本，虛擬化技術(shù)利用軟硬件解耦和功能抽象來降低設(shè)備成本。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)自動部署和靈活擴展。承載各種網(wǎng)絡(luò)功能的通用硬件與云計算虛擬化技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)網(wǎng)元虛擬化和虛擬網(wǎng)絡(luò)可編程性，簡化網(wǎng)絡(luò)升級步驟，降低購買新硬件的成本。

SDN和NFV兩者互補，對提升5G網(wǎng)絡(luò)彈性十分有效，SDN提供的集中式管理控制功能和NFV提供的業(yè)務(wù)功能虛擬化，可以協(xié)調(diào)管控分布式IoT系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流。

2.3 5G新空口技術(shù)

5G時代的應(yīng)用空前繁榮，不同應(yīng)用對空口技術(shù)要求也是復(fù)雜多樣的。搭建5GNR并非從零開始，而是以4G為基礎(chǔ)，充分利用和創(chuàng)新現(xiàn)有先進技術(shù)，不斷提升頻域、時域、空域、碼域的資源復(fù)用效率。

基于OFDM優(yōu)化的多址技術(shù)：OFDM（正交頻分復(fù)用）被4G系統(tǒng)廣泛采用，將高速率數(shù)據(jù)通過串并轉(zhuǎn)換調(diào)制到相互正交的子載波上，具有高頻譜效率和較低的數(shù)據(jù)復(fù)雜性，但其主要問題是不夠靈活。5G時代，無人駕駛等低時延業(yè)務(wù)，要求極短的時域符號周期與傳輸時間間隔，需要在頻域有較寬的子載波帶寬；而海量連接的應(yīng)用場景中，單個傳感器數(shù)據(jù)量極低，需在頻域上配置較窄的子載波帶寬，而在時域上符號周期與傳輸時間間隔可以足夠長。4G的OFDM頻域子載波帶寬和時域符號周期長度都是固定的，在5G時代需要相應(yīng)地演進，為不同類型的業(yè)務(wù)智能地提供不同的子載波帶寬、符號周期長度、保護間隔/循環(huán)前綴長度配置，以滿足不同業(yè)務(wù)對于5G移動通信系統(tǒng)時域資源以及頻域資源的需求。

毫米波：5G首次將28GHz及以上的高頻應(yīng)用于移動寬帶通信。大量可用的高頻段頻譜可提供極致數(shù)據(jù)傳輸速度和容量，非常適用于數(shù)Gbps的鏈路。毫米波具有更高的自由空間路徑損耗，衍射效果差，需通過天線陣列來提升增益。幸運的是天線振子的尺寸與頻率成反比，與低頻天線陣列相比，相同尺寸高頻天線陣列可容納更多數(shù)量的天線振子。

3 5G移動網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展

未來5G移動網(wǎng)絡(luò)將與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等深度融合，有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的信息化服務(wù)需要，能寬能窄、能快能慢地應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。

5G中窄帶的分支，從eMTC和NB-loT演進而來，實現(xiàn)每平方公里百萬級接入和超低功耗、超低成本的mMTC場景。這種低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有“小包、低頻”的特點，可承擔(dān)大量并不要求實時性、敏感性的通信任務(wù)，也是5G“慢”的場景。

5G中寬帶的分支，主要是增強型移動互聯(lián)網(wǎng)（eMBB），可以提供高達(dá)1Gps到數(shù)十Gbps的帶寬，主要針對3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務(wù)。

5G中的“快”的分支，就是高可靠低時延通信（uRLLC），高帶寬不代表速度的本質(zhì)提升，更需突破“時延”的障礙?！皶r延”是端到端傳輸?shù)乃俣?，未?G端到端的時延要達(dá)到毫秒級別，在工業(yè)自動化、自動駕駛場景下，這樣的網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)速度才是可靠的。

4 結(jié)束語

隨著5G移動通信技術(shù)的進一步發(fā)展和成熟，應(yīng)用范圍更加廣泛，從與人直接相關(guān)的VR、AR，到自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療，再到物流倉儲、工業(yè)自動化等，作為信息化的基礎(chǔ)設(shè)施，5G將提供適配不同領(lǐng)域需求的網(wǎng)絡(luò)連接特性，推動各行業(yè)的能力提升及轉(zhuǎn)型，進一步促進物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)更深層次的普及和推行，進而有效推動萬物互聯(lián)。