基于物聯網的5G通信技術應用

武歡歡

（陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300）

0 引 言

5G通信技術延遲低、帶寬大且速率快，能夠在短時間內實現海量數據的傳輸和運算。物聯網借助傳感技術能夠全面掃描物體，以獲取更加全面、綜合以及精確的信息，然后將收集的數據整合后傳遞給所有互聯網用戶。5G通信技術的研發為物聯網的發展提供了可靠的技術支撐，使得物聯網在更多領域得到了應用。“5G+物聯網”運作系統將更好地推動城市發展，在智慧城市建設、安防系統、醫療衛生系統、工業以及運輸業等領域具有重大意義。

1 相關概念解析

1.1 物聯網

物聯網簡稱IoT，I為Internet，即基于互聯網而生的事物。物聯網是互聯網時代發展的產物，且隨著現代信息技術的不斷發展，與移動通信技術的聯系愈發密切。物聯網的發展離不開通信技術的支撐。具體而言，物聯網是以網絡技術為載體，將互聯網與物品聯系起來，通過信息識別、交換、智能定位以及追蹤等功能實現信息通信。通常情況下，物聯網的層次結構分為感知層、接入層、網絡層、管理層以及應用層5個部分，如圖1所示[1]。其中：感知層連接裝置，主要是采集設備信息；接入層與互聯網相連，為網絡層的信息交換與共享搭建橋梁；管理層主要負責信息管理；應用層結合需求整合與分析采集的數據，以保證物聯網各項功能的實現。

圖1 物聯網的層次結構

1.2 5G通信技術

5G稱為第五代移動通信技術，是4G網絡的延伸。5G通信技術主要包括網絡技術和無線技術兩方面。在網絡技術領域，包括計算機技術和切片技術等；在無線技術領域，5G涉及面廣，包括編碼技術和超高密網絡技術等。我國將2019年正式定為5G元年，與4G網絡技術相比，5G所能承載的數據流量更多，吞吐量是4G網絡的1 000倍，因此數據傳輸速率更快，且在通信網絡運行期間能夠承載更多的用戶。此外，5G通信技術頻率利用率是4G的5～10倍，很大程度上緩解了頻譜缺乏的問題，為用戶提供了更穩定的網絡環境。同時，5G通信技術加強了網絡安全防護，能夠更加有效地保障用戶信息，確保用戶財產更加安全。

2 基于物聯網的5G核心技術

2.1 密集網絡技術

5G網絡數據傳輸流量大，本質是借助技術手段接入多種無線，但覆蓋面積較小，且當前的網絡基礎無法很好地進行區域劃分。基于現有的網絡基礎，解決好區域劃分問題最有效的方法是使用密集網絡技術。密集網絡技術的應用需要從以下兩方面入手。一方面，在基站周圍布設更多的天線，以達到擴展室外網絡空間的目的，同時一定程度上增加網絡容量。更重要的是，密集網絡技術能夠使系統的靈活性更強[2]。另一方面，通過在室外布設大量的密集網絡，可以在增強網絡信號的同時，將各個網絡的節點有機結合起來，不僅使信息交互更加精準，而且可以優化信噪比，使得信息傳輸質量更佳。密集網絡技術在5G通信網絡中的應用可以增加網絡容量，降低延時發生幾率，使信息傳輸更加精準，還能實現網絡覆蓋下區域的精確劃分，進一步優化網絡性能。

2.2 SDN/NFV技術

SDN是由美國斯坦福大學提出的一種新型網絡架構，稱為軟件定義網絡。NFV是網絡功能虛擬化。SDN和NFV均是5G通信技術的基礎。在通信技術的發展歷程中，為進一步保障5G技術的發展，需要推動云計算與網絡融合。通過SDN/NFV技術能夠進一步優化通信系統，構建集控制層、應用層以及管理層于一體的通信網絡管理體系，從而對通信系統進行自動化管理和調控，減少人為操作，提高運行效率[3]。SDN/NFV技術在5G通信中應用時，通過搭建虛擬網絡化結構，可滿足不同行業對網絡結構的需求。

2.3 高頻段傳輸技術

當前，移動通信網絡采用的頻段多在3 GHz以內，基本能夠滿足人們日常使用所需。但是，當發生處于大規模線上活動等特殊情況時，極易出現頻譜資源缺乏的情況，從而導致網絡出現擁堵，無法滿足用戶的基本需求。為更好地解決這一問題，5G通信技術加大了對高頻段的開發力度，并引入毫米波技術。高頻段傳輸技術設備的體積較小，能夠快速實現短距離通信，但由于毫米波穿透力不足，極易受到外部因素的影響。因此，需要在今后的發展中創新射頻器件等設備。

2.4 毫米波技術

很多國家頻譜資源比較缺乏，可借助毫米波技術在很大程度上豐富頻譜資源。毫米波技術是實現最大化提升物聯網5G通信技術速度的重點。雖然毫米波優勢顯著，但依舊存在一定局限，如在纖細傳輸過程中會因受外界因素的影響，導致毫米波技術的數據傳輸精確度出現偏差，傳輸能力被大幅度削弱。為此，今后需要更加深入地研究毫米波，從而確保毫米波技術在實際應用中能夠發揮更大的作用。

3 5G移動通信技術在物聯網中的實際應用

3.1 智能制造

目前，物聯網在制造業中的應用已十分廣泛。很多制造車間已經實現了WiFi和藍牙的普及，雖然這些技術應用優勢明顯，但安全性能仍得不到有效保障。通過利用工業物聯網技術，依托AR智能眼鏡可以遠程控制云端，推動制造行業的智能化建設。在機器人的協作下能夠優化制造車間的操作流程，極大提升生產效率，同時進一步提高生產系統的靈活性，但機器人的應用要求網絡延遲控制在1 ms內。5G通信技術能夠實現這一要求，可借助其帶寬高、延遲低以及安全性強的特點，構建滿足機器人操作的無線網絡空間，使得機器人協作能夠順利進行[4]。借助AR技術也能夠實現遠程操作，而且工作效率與質量有所保障，是制造行業今后發展的重要方向。

3.2 智能家居

隨著物聯網在各行各業中的應用，物物之間的聯系更加密切，同時也更便捷，在很大程度上推動了智能家居的飛速發展。當前，智能家電品種多且種類齊，通過信息采集、傳輸數據、連接終端以及下達命令等指令，可使用戶的家居生活更加智能化，如近年來興起的智能電燈和智能窗簾等。系統會自動感應用戶的狀態，當用戶回家后自動開啟電燈，拉開窗簾，用戶再也不用在黑暗中尋找開關。同時，智能家居已開始涉及安全設備領域，如煙感系統已經在家居裝修中得到普及。當室內出現不明煙霧時，煙感系統將立即觸發報警裝置，從而有效控制火災發生率。此外，一些生產企業研發了智能感應門，主要安裝于陽臺等區域。當遭遇外力破壞時，感應門將會自動拉響警報，極大地保障了人們的財產安全。

3.3 智慧物流

隨著電子商務的普及與發展，單純的人力物流已經無法滿足人們的需求。傳統物流運輸效率不高且物品丟失情況依舊存在，再加之從業人員素質參差不齊，暴力運輸和暴力拆箱等事件時有發生，導致近年來無人物流的呼聲越來越高。隨著5G通信技術的成熟與發展，無人物流將成為現實[5]。最近京東開始鋪設無人物流事宜，今后物流行業的發展趨勢極大可能朝著無人物流方向發展，其中5G發揮著極為重要的作用，不容忽視。

3.4 無線醫療

近年來，物聯網在醫療衛生領域中的應用愈發成熟，尤其是醫療設備對物聯網技術的應用極為廣泛，可借助一系列可穿戴和便攜式醫療設備實現遠程診斷和遠程手術等。盡管遠程醫療發展勢頭迅猛，但依舊存在諸多漏洞。例如，信號質量不佳時，無法保障治療的連續性，因此必須要構建具有保障的無線網絡。5G通信技術是一種有效手段，憑借其低延時和高傳輸率的特點，能夠使圖片與視頻的傳輸率和分辨率更高，便于醫生精準診斷患者的病情，從而為遠程醫療提供技術保障。與此同時，在遠程醫療中借助5G通信技術可避免出現信號中斷的情況，使醫生對手術的操作和指揮更加精準。

4 結 論

隨著物聯網的全面普及，憑借5G通信技術的優勢，推動兩者的有機結合能夠在很大程度上提高物聯網的安全性能。兩者相互促進、相互支持，可為社會發展提供更加科學和有效的技術支持。因此，應進一步加強5G通信技術在物聯網中的應用，推動社會進步，為各行業發展提供有效保障。