基于5G技術的物聯網應用前景分析

張俊豪，曹 陽

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 物聯網概念

物聯網是通過在物體里放入芯片，利用無線網絡獲取物體的變化信息，從而將處于不同地理位置的不同物體連接在一起，然后通過一些終端設備控制這些物體來達到遠程監控的目的。這種新型的網絡技術是當代信息產業和移動網絡技術發展相結合的產物，目前已運用在電力行業、醫療行業、教育行業、智慧城市領域、公共交通領域以及農業領域等眾多領域。物聯網的出現為人們的日常工作和生活提供了便利，其中5G技術為物聯網的發展提供了更高速的傳輸網絡，可以進一步促進物聯網的發展。

2 5G關鍵技術探討

為滿足今后移動通信的相關要求，需從無線傳輸技術和無線網絡技術兩方面提升5G技術的水平。無線傳輸技術需要利用先進技術如大規模MIMO技術、超密集組網技術等，而無線網絡技術更加強調靈活程度和智能化需求，使得SDN和NFV網絡架構和組網技術成為關鍵[1]。

2.1 無線傳輸技術

2.1.1 大規模MIMO技術

大規模MIMO技術是多個接口接入和多個接口轉出[2]。這里傳輸的是無線信號，載體為多重天線，信息的接收和發出可以同步進行。MIMO技術有一個十分顯著的優勢，即能夠在不改變頻譜帶寬和發射功率的前提下，大幅度提升整個體系的信道容量，由此大幅提升利用率。行業內普遍將其視為5G技術的核心。

2.1.2 超密集組網技術

由于采用了先進的無線傳輸技術，改進了各項接入技術，使得5G網絡因涉及多種無線接入技術而導致整個網絡構架異常復雜。這種情況下，超密集組網技術的使用非常重要。該技術的實現需要非常密集的基站，基站數量不僅要多，而且要盡可能小，才能明顯提升頻率復用效率。

2.2 無線網絡技術

2.2.1 軟件定義網絡（SDN）

軟件定義網絡屬于Emulex網絡的一個創新架構，目的是分割路由器的控制和轉發功能，使兩者具有獨立性。對一般網絡而言，網絡會根據業務要求而制定。當業務出現變動時，需要調整相關設備的配置，但這個操作過程極為不便。此外，移動網絡的改變是高頻且無規律的，要求網絡具有極高的靈敏性和速度。

2.2.2 網絡功能虛擬化（NFV）

網絡功能虛擬化概念來自于電信運營商聯盟，借助IT虛擬化技術，處理難題是硬件繁雜化。它的運行基礎是OTS服務器，將軟件定義作為主要手段，對網絡實體的虛擬化使用展開剖析。在NFV上搭建虛擬機的投入成本較低，且在網絡多變的情況下也能快速適應。在云計算和虛擬化的技術支撐下，多余服務器放在單獨的物理服務器上以并行處理，對滿足峰值的相關要求極為關鍵。它還能在網絡需求的基礎上整合資源，使部件布置更加合理，方便故障的處理，及時革新，并能更好地滿足市場要求。

3 5G網絡下物聯網的應用前景

5G網絡的大帶寬、低時延、高可靠、靈活組網以及高精度同步等技術特點，可以為物聯網下的用戶提供足夠的網絡帶寬，且能大幅度提升網絡的速度和穩定性，使網絡數據的傳輸更加可靠[3]。

物聯網在人類日常生活中的應用需要具備一定的前提條件，即必須具有完整的移動網絡體系和網絡接口標準，并能支持不同物體之間的移動通信連接。5G網絡能充分利用其自身的技術優勢，降低物聯網建設的投入成本，提升建設效率，最終滿足用戶的實際需求。物聯網應用的基礎是海量的信息互聯和高速的網絡通信。成熟的5G網絡低時延、高可靠、密集網絡技術以及網絡切片等技術，可以滿足物聯網的需求。因此，5G網絡技術的應用契合了物聯網技術未來的發展趨勢，兩者可以相互融合，共同發展。

3.1 電力行業應用前景

電網業務既有大顆粒數據業務傳輸需求，又有超低時延需求，可從帶寬、時延以及連接規模3個方面優化應用。從基站側開始拆分5G技術，可極大地提高電網行業的靈活組網能力，從而為電力行業的業務提供便利，為不同類型的業務提供定制化方案。因為電網上所有的控制業務均建立在其專網上，所以建設成本巨大，可與5G網絡相融合，很好地滿足業務需求，同時降低電網網絡建設和維護成本。此外，5G網絡能很好地解決電網區域信息的采集和回傳問題。

3.2 公共交通應用前景

公共交通是市民出行不可或缺的交通方式，主要包括公交車、地鐵、輕軌以及巴士等。以公交車為例，原有網絡和公交運營系統存在應用落后、維護成本過大等問題，大大阻礙了行業的發展。目前，在公共安全事件和運營智慧調度中占據重要作用的是公交監控運營系統。公交車通過5G網絡利用車載視頻監控設備，實現對公交車的調度和管理，監控公交車站的安防，確保公交車輛、駕駛員以及乘客的安全[4]。隨著5G網絡和車聯網技術的進一步成熟，巡線行使、路口障礙主動避讓、自動駕駛以及精準進站等應用場景均將落實。

3.3 遠程醫療應用前景

目前，我國醫療資源的分布十分不均衡。將5G網絡應用于遠程醫療場景，將會優化醫療產業資源，降低區域分化程度，緩解醫療資源不足問題，很大程度上滿足醫療的時效性和穩定性。5G網絡以語音、視頻以及實時圖像技術為基礎，使醫生能夠有效地對患者進行遠程診斷、遠程會診以及遠程手術等操作，可以更快地獲取患者的疾病信息，并制定相應的診斷方案。

發展遠程醫療的意義重大，可以緩解當下醫院看病難的問題，同時促進醫院之間的交流，提高醫院醫療水平，有效分配醫療衛生資源，使偏遠地方的患者通過5G網絡也可以享受發達地區的醫療資料，還可以促進醫療的信息化建設。

3.4 智慧農業應用前景

農業在完成機械化后，可以通過5G技術輕松實現信息化和智慧化的跨越式發展。將5G網絡、物聯網、大數據以及云計算等技術，與傳統農產品市場的需求、生產過程及農機設備控制相結合，實現農業生產過程各種數據和信息的監測和農業自行化生產作業，徹底顛覆傳統農業的生產方式，推動農業生產的自動化和智慧化水平。目前，與5G網絡結合最緊密的4個應用是智慧農場、智慧牧場、智慧林場以及智慧漁場。

3.4.1 智慧農場

將環境傳感器、攝像頭、衛星遙感以及無人機等監測終端設備和無人植保機、播種機以及噴灌系統等無人駕駛的農機設備與5G網絡結合，實現農作物生長情況的監測、農機設備自動作業、農場安全監控以及環保節能作業等，提高農作物的生產效率，降低生產成本，提高農業生產水平。

3.4.2 智慧牧場

將環境傳感器、視頻攝像頭以及無人機等監測設備與5G網絡結合，實現牲畜位置的跟蹤與管理、牲畜疫情預警、牲畜生長情況跟蹤以及牧場草原的實時監測等，提高畜牧養殖的生產效率，降低養殖成本，同時防止牲畜疫情爆發和牲畜丟失。

3.4.3 智慧林場

將無人機和視頻監控等監測設備與5G網絡結合，實現對森林資源、樹木病蟲防害、野生動植物保護、森林防火以及森林日常巡檢等的監測，實現森林的養護和建設、預付森林火災、保護野生動植物且減少森林樹木的病蟲害，同時為工作人員和游客提供導向和救援服務。

3.4.4 智慧漁場

將高清視頻監控和水下攝像系統等監測設備與5G網絡結合，可實現漁場的水下監控，實時水生物的生長監測、投放魚食等，提高飼料的合理利用率，同時提高飼養員水下作業的安全性。

未來，互聯網和物聯網的發展將直接決定移動通信技術的走向。參照通信技術的特性可知，5G技術的一項重要使命就是處理各種應用場景下的性能問題，本質是解決高轉換、高密度以及高速度3大難題。在5G大背景下，由于使用場景的不同，對性能指標的要求也存在一定的差異。因此，網絡速度、連接數以及能效等都將成為衡量性能的標準。

3.5 工業自動化應用前景

5G的應用包括升級新型工業化的網絡信息化建設，為制造業的轉型升級提供助力。5G的高速、低時延以及高可靠等特點可以滿足工業生產中機器端到端毫秒級別的超低時延和高可靠性通信需求，從而為工業生產的實時控制和預警提供充足的技術保障。

5G可能會使傳統工業制造轉變為幾種新模式。利用先進制造工具，結合5G網絡技術，對生產流程進行智能化改造，可使得工業生產更智能化。借力5G的大數據和云平臺等技術，發展企業間協調研發和協同供應鏈等新模式，可有效降低企業的生產成本，提高產品的市場競爭力，使各個制造業企業的辦公趨于網絡化。

5G網絡進入工廠后，可以利用其高可靠性的連續覆蓋，擴大工廠機器人的活動區域。可以在各種場景下不間斷工作的同時，靈活切換各種工作內容，提升產品流水線的柔性程度和靈活性，從而助力個性化生產的大規模普及。

4 結 論

如今已進入5G商用時代，隨著5G網絡的不斷建設和物聯網技術的越來越成熟，兩者的融合必定能滿足用戶對物聯網的各種需求。5G網絡可高靈活處理物聯網需要的大量數據，而物聯網可源源不斷地向5G網絡提供終端用戶需求，二者互相促進，共同發展，必將迎來5G網絡和物聯網發展的新時代。