5G無線移動通信技術下的物聯網時代

王曉聞

(銀川能源學院 電力學院，寧夏 銀川 750003)

0 引 言

當前，物聯網經濟正在持續高速增長。2011年，國內物聯網市場規模只有2 600億元，2016年超過9 300億元，增速遠遠超過其他行業。但是，我國80%以上的RFID核心芯片、100%的物聯網微機電系統傳感器仍然依賴國外進口。我國無線移動通信技術已經發展到第四代(4G)，正在走向5G。需將無線移動通信技術應用到物聯網中，以最低成本建設物聯網的網絡平臺，實現數字時代生活、生產與服務方式的革命性升級。

1 無線移動通信網絡

1986年，在芝加哥出現了“大哥大”。它屬于1G無線移動通信系統，只能進行語音傳輸，而且語音質量差、信號不穩定、覆蓋范圍有限[1]。1996年，2G手機上市，語音品質高、信號穩定、涵蓋范圍廣，通信具有高度的保密性，系統容量也有很大增加，并實現了手機上網，可以接收電子郵件。2008年，國際電信聯盟正式公布3G標準。2009年，3G手機在我國上市。它的通信質量好、系統容量大、抗多徑能力強，還可以傳輸畫面信號和大量數據。用戶可以通過手機收發語音郵件、進行視頻通話、遠程辦公、看電視以及非現金支付購物。2013年，我國進入4G時代。2018年，我國4G手機用戶超過11億。盡管4G手機外觀與3G手機看起來一樣，但4G手機下載速度達到100 Mb/s，上傳速度達到20 Mb/s，可以播放高清視頻，進行GPS導航定位。目前，世界各國正在積極研發5G技術，我國也正在進行5G布局。

4G無線移動通信網絡結構包括無線終端、4G接入網和4G核心網三部分。4G無線終端覆蓋了11億部4G手機和難以統計的其他終端(這些手機正在向智能化方向升級)。4G接入網通過RNC設備實現11億部4G手機及其他無線終端與通信網絡的連接，4G核心網則進行通信過程中的信息處理。

2 物聯網

1990年，美國施樂公司推出網絡可樂售賣機。1999年，美國麻省理工學院首次提出“物聯網”。2005年，國際電信聯盟正式使用“物聯網”一詞。此后，韓國、日本、歐盟、美國與我國開始競相研發物聯網[2]。2016年，全球物聯網安裝設備接近150億臺，全球物聯網市場規模超過7 000億美元。

物聯網是因特網的應用拓展，通過GPS、紅外感應器、射頻識別和激光掃描器等傳感器，將網絡與物品連接起來，進行實時信息交換和無線移動通信，從而實現對物品的識別、GPS定位/追蹤、遠程監控和管理。簡言之，物物互聯。

物聯網在環境保護、車輛交通、醫療服務、公共安全、智能家居、遠程護理、水源監測、商品溯源、城市管理、農業生產以及工業制造等許多領域都有廣泛用途。目前，美國正在著力建造“智慧地球”。東芝應用物聯網技術打造遠程監控的智能工廠，上海浦東機場、濟南園博園也已經應用了物聯網技術。

物聯網的核心技術包括RFID感知技術、傳感器技術、網絡通信技術、嵌入式系統技術和云計算。

物聯網結構可以劃分為三個層次：感知層、網絡層和應用層。感知層是物聯網信息的源頭，由RFID標簽、二維碼標簽、GPS等各種傳感器和接入網關構成，通過傳感器采集信息數據，利用RFID芯片完成信號發射與識別，在接入網關匯總所有數據信息并向后臺傳送。網絡層由云計算平臺、廣電網、互聯網和網絡管理系統等組成，負責傳輸和處理來自感知層的信息，并將信息傳送至應用層。應用層連接終端用戶，面向不同行業、不同用戶提供多元化、人性化服務。廣大用戶可以通過終端了解自己所需要的信息，并自主開展對物聯網的各種智能應用。

盡管世界各國都在積極研發物聯網，但從總體上來看，仍然停留在概念炒作階段，離真正實現萬物智能物聯還有一定的距離。當前，物聯網缺乏統一的標準協議，而且物聯網給一切物品加上了網址，網址數量呈幾何指數增長。現有的IPv4資源無法滿足物聯網發展的需要，向IPv6過渡還要考慮如何兼容與升級。物聯網的五大核心技術如何在實踐中融合，如何保證物聯網數據的安全與用戶隱私，如何實現萬物低成本互聯，是亟待突破的難點。

今后，物聯網將延伸產業鏈，主動追求產業融合，走向智能化與IP化。當前，在物聯網領域，我國亟待突破RFID技術，亟待發展具有核心知識產權的超高頻、高兼容射頻識別技術。

3 無線移動通信技術在物聯網中的應用

移動互聯網建立在無線移動通信的基礎上。移動互聯網的出現，極大地擴展了互聯網的范圍。物聯網又建立在互聯網的基礎上，所以無線移動通信與物聯網通過互聯網實現交集，兩者之間存在著融合的基礎。無線移動通信網絡的終端與物聯網應用層接口存在共通性，無線移動通信網絡發展已經超過30年，用戶數以十億計，技術發展日趨成熟，網速達到100 Mb/s(5G網速將達到10 GB/s)，幾乎實現了對所有發達國家的全方位覆蓋，完全可以充當物聯網的網絡層[3]。無線移動通信已經擁有管理、維護4G網絡的成熟經驗，物聯網可以通過4G網絡管理平臺對海量數據進行傳輸。最重要的是，基于無線移動通信為物聯網建立網絡平臺，可以為物聯網節省大量費用與通信成本，同時實現電信事業轉型(目前傳統電信市場已經飽和，亟待尋找新的經濟增長點)。

國內無線移動通信商應該主動攜手物聯網企業，通過融資、合并等方式進行雙向融合，依靠無線移動通信技術為物聯網打造物聯網的網絡層，將無線移動終端設備接入物聯網，讓11億部手機變身為物聯網的傳感器(手機掃描商品二維碼獲取它的產地信息，已經是物聯網的應用形式)。利用無線移動互聯網為物聯網提供無線網絡，從而充當物聯網的技術支撐。主動拓展無線移動通信的信息傳輸內容，不僅為用戶提供語音、視頻信息，而且可為用戶提供所需物品的信息。因此，完全可以預見無線移動通信技術應用在物聯網中的前景。

3.1 智能出行

當每一輛汽車都接入交通物聯網后，交管部門可以根據GPS動態定位，利用云計算合理指揮、分流車輛流量。用戶也可以將手機直接接入交通物聯網，由交通物聯網計算、選擇最佳行車路線。

3.2 智能監控

當所有的住宅與商用樓都覆蓋公共安全物聯網的監測傳感器后，警方可以在第一時間發現犯罪事件并及時出警。用戶可以通過手機對自己的家庭、子女實施視頻監控。

3.3 智能醫療

病人及家屬可以通過手機追查醫院里血液、藥品、疫苗、針劑從生產到使用的全部信息，對保護病人生命安全、減少“長春長生疫苗”等醫療事故意義重大。

3.4 智能工廠

當制造業物聯網建成后，用戶可以通過手機把自己對產品的要求發送給設計師。設計師根據用戶的意見設計產品，投入智能生產線，很快就可以制造出讓用戶滿意的產品(無論是轎車、服裝還是鞋子)，實現個性化生產。由于產品也接入了物聯網，用戶還可以通過手機就產品質量問題進行追責(甚至可以追溯到是哪一個環節存在問題)。

3.5 智能建筑業

建筑業物聯網將實現裝配式建筑的工廠化生產、組裝，提高房地產建設的機械化水平，減少建筑工人數量節約大量原材料、能源與水，減少環境污染。所有的建筑預制構件都接入物聯網，徹底解決當前建筑材料以次充好、無法保證建筑質量的問題。用戶可以通過手機參與房屋的設計與組裝過程，打造讓自己放心的家。

3.6 智能文娛

體育舞蹈中心、網球俱樂部可以通過物聯網尋找場地，合理安排時間，并通過手機組織人們去參加舞蹈網球等體育活動。物聯網與融媒體的結合，將使用戶獲得通過手機制作電視和其他文化娛樂節目的權利。融媒體也可以通過物聯網上收集的信息、數據分析每一部節目的收視率，提高節目質量，不斷推出精品。

3.7 智能物流

物流物聯網可以實現智能物流。當用戶在線上購買一件商品時，物流物聯網便自動建立用戶手機與商品之間的無線互聯，尋找距用戶距離最近的商儲地發貨。用戶可以通過GPS實時監控商品的運輸，而快遞小哥也通過物流物聯網計算出最短路線將商品送到用戶手里，讓雙方都滿意，節約物流成本，提高物流效率

4 結 論

無線移動通信與物聯網的融合，將為人們創造一個更美好的新時代，應該加速雙方的融合，讓這個新時代早日到來。