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物联网应用需求中的5G技术应用

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：戴西文

[导读] 摘要：从物联网体系上分析，5G技术服务于物联网的网络层，分析物联网的网络层技术需求，得出在技术层面上，5G技术主要是在三大场景对物联网进行技术支持，在高带宽、低延时等传统应用上满足工业生产中设备间互联及与后台服务的远程通信的应用需求。本文就此展开了分析。

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        摘要：从物联网体系上分析，5G技术服务于物联网的网络层，分析物联网的网络层技术需求，得出在技术层面上，5G技术主要是在三大场景对物联网进行技术支持，在高带宽、低延时等传统应用上满足工业生产中设备间互联及与后台服务的远程通信的应用需求。本文就此展开了分析。
        关键词：物联网；应用需求；5G技术
        引言：
        当前背景下，5G推动物联网的发展，是物联网发展必不可少的通信技术，对于物联网行业来说是锦上添花。5G，也称为第五代蜂窝无线技术，是衍生在4G基础上的新一代无线技术。我们相信5G将很快成为无线技术的标准，它具有更快的连接速度。5G，采用了一种将其领土划分成区域，然后通过无线电波发送编码数据的蜂窝站点系统。为了实现对物联网的支持，为了满足超大容量、高速率、低时延等性能指标要求，5G技术分别在空口关键技术和网络关键技术有着相应的新技术满足需求，在物联网中的工业智能化、无人驾驶技术和VR等行业5G技术将其产生重大促进发展作用。
        1 5G与物联网技术分析
        5G将深刻地影响社会发展的各个行业，无论是社会发展产业还是个人能力提升5G的力量无处不在，它是新时代发展的领头羊更是推动科技革命的核心力量。5G网络技术应用的点主要包括：（1）网速更快，更快的网速，是4G通讯网速的100倍，1Gbps的下载速度将会成为常态。（2）更强大的带宽能力，允许连接设备数量是4G的100倍，使超大规模连接和大规模物联网成为了可能。（3）较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒，极大地推动了包括多人移动游戏、远程医疗、自动驾驶汽车等前沿领域的普及。（4）5G允许非常低的能耗，有利于能源行业整合优化节能，这是物联网世界的关键。5G通信是物联网发展必不可少的通信技术，5G在通讯和带宽能力方面达到了新的高度，能够满足物联网应用覆盖面广、高速稳定等需求。5G使智慧家庭、智慧农业、智能工业、智慧医疗以及智慧城市更快更好地呈现在我们面前。能够帮助很多还处在理论或者试点阶段的物联网应用技术得到落实和普及。
        未来是物联网的时代，5G网络带来更快的网速，使大规模设备互联、大数据交互成为可能，有力的推动了物联网技术发展。例如，工业物理网的发展，随着全国范围内5G连接的不断建立，全新的速度，效率和性能水平将有助于解锁新的物联网场景和用例。更高的数据速率传输和超低延迟需求都将是5G充分发挥作用的能力。20年前物联网就已经被提出来，但那时的物联网虽然可以勉强实现，但碍于技术的限制，受限于实时传输、连接数量方面的问题，物联网远远未能发挥自己的“威力”。现在有了5G技术后，5G的技术突破将直击物联网痛点，解决传输速率以及庞大数据连接集合的问题，网络实时将得到解决。5G时代的目标是万物互联，将所有东西连接起来，通过物联网和消费者应用发送大量数据，5G技术还能够在建筑内部深处发挥良好的作用[1]。此外，有更多研究表明，5G对物联网的推动作用远超预期。
        2 物联网应用需求分析
        智能物流行业，是物流业利用物联网技术实现科学合理管理，在需求上需要能及时地将物流情况进行收集，在后台又能将这些收集的信息进行综合处理也是大数据处理，所以在技术上主要利用物联网的实时信息采集功能，这将主要基于RFID领域进行数据采集，关键技术在于物的识别，在效益上应该具备低功耗、大连接和低成本的互联技术。智能交通行业，主要是车辆、人、道路等交通参与者的状态进行感知，且各交通单元能进行信息交互，交通管理的智能化处理、车辆定位监测调度与协同控制等，它主要基于M2M实现数据采集、社会信息化、通信定位等功能，涉及到大数据的采集，大量物的连接，信息的高速及时地交换处理。智能电网，核心是实现电网数据的信息化收集及电网管理的智能化，它需基于M2M实现该目的，数据信息进行高速交换，有大数据分析交换和高信息安全性的需求。

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精准农业，基于传感网实现数据的智能化采集和处理进行精准作业，主要技术需求是传感器的性能，传感器需要精准采集数据。智能家居，同样需要利用M2M实现各种家居的互联网连接，通过互联网进行智能处理，最终实现物业、社区之间的互联。环境监测，基于无线传感网，将环境监测信息与信息处理系统互联，实现智能环保信息采集处理网络[2]。智慧医疗，实现数字医疗，智能化识别技术进行实时监控病情，科学会诊，远程医疗，个人医疗信息化等，对大数据的信息的交换分析和实时性有着很高的需求。
        3 物联网应用需求中的5G技术应用
        3.1 5G移动通信技术在物联网中的技术支持
        移动通信系统从3G时代开始追求的高带宽、低时延等主要性能指标，都体现在移动通信的空中接口技术和网络架构技术上，5G在这两类关键技术上相对于4G有很大的变革，提出了很多新的关键技术，从而在性能指标上有了重大提升。总而言之，5G在空口关键技术和网络关键技术中分别有相应技术手段实现超大容量、高速率、低时延三大性能要求。针对用户接入数上体现的超大容量上，作为无线物理层的关键的核心技术，在5G的多址技术中，便有各种新型的多址接入技术，通过在时域、频域、空域、码域的非正交技术复合手段，在同等资源的情况实现更多用户的接入，而且还可以根据当前场景的需要灵活变换，不像之前只是采用单一的技术，从而实现物联网要求的超大容量，目前5G有SCMA、MUSA、PDMA、NOMA等非正交多址接入技术。在对速率提升明显的技术中，各种编码技术是提升速率的关键手段，同样5G所提出的新调制编码技术、新频段的使用和新的MIMO技术分别在频谱利用率、增加新的频谱资源和频谱在空间的复用等手段上实现高速率的数据传输[3]。移动通信的网络架构对通信中时延、速率、容量有着重大影响，在5G新的无线网络架构中，从全新的网元功能上实现了5G的高容量、高速率、低时延的需求，5G的无线网络架构基本发展思路就是扁平化，相应地提出了C-RAN、SDN、NFV、UDN、SON、D2D等5G无线网络架构技术。
        3.2 5G移动通信技术在物联网的作用
        在考虑5G对物联网的帮助或者从供需上讲，只需分析5G怎样提供网络层的服务的，物联网的网络层，在架构上是以现有的通信网络及互联网建立起来的，或者说网络层其实就是通信网和互联网，它其实就是利用这两者进行服务，在功能上主要是信息接入，信息的传输及业务承载[4]。现有的通信网及互联网的性能指标各有不同，如通信网，常见的各类移动通信网，有线网络，带宽上又有窄带和宽带的，而且物联网的接入单元，使用单元，信息的各类等都有极大区别，所以在分析物联网的网络层需求时，肯定不可能一种技术满足所有要求。那么根据5G技术特点，从物联网体系中的网络层需求来说是非常符合现时大部分的物联网应用。5G的三个典型应用场景的分类及技术上的关键性能指标，在对典型场景的适应性上都能满足目前物联网的网络层需求，从技术需求上说5G将成为未来物联网的核心网络。
        结束语：
        综上所述，物联网基于通信技术和互联网技术，5G是三网融合的核心技术。同时物联网产业和应用的发展也促使了5G通信的发展，5G也不能简单地认为只是一种移动通信系统。5G技术应用的三大场景符合物联网应用类型的绝大部分需求，通过5G技术在网络层中将生活和生产中的人和设备等相互连接起来，构建新型的互联网络。不但应用于个人移动通信业务，也能应用于工业应用。
        参考文献：
        [1]黄鑫.5G网络技术在泛在电力物联网中的研究应用[J].企业管理，2019（S1）：254-255.
        [2]许振华，王广宇.物联网发展中的5G通信技术应用[J].电子技术与软件工程，2019（22）：29-30.
        [3]张红伟.5G时代物联网技术在医疗设备管理中的应用[J].中国新通信，2019，21（21）：85-87.
        [4]黄广发.5G时代物联网技术在电力系统中的应用[J].电子测试，2019（20）：63-64.