5G背景下物聯網的應用與發展問題研究

常秀穎，夏瑞雪，張文娟

（滄州職業技術學院 河北 滄州 061001）

0 引言

從物聯網技術的實際發展現狀來看，建立在整體社會高效發展的基礎上，各行各業之間的聯系，通過互聯網進行連接，人與物、物與物之間的聯系越發緊密，并且對整體社會的發展產生了積極影響。而建立在未來發展需求的基礎上，進一步強化物聯網的社會影響力，落實好功能研發和質量提升是關鍵任務。因此以技術分析法以及文獻研究法作為主要方式，綜合5G技術體系下物聯網的實際發展策略進行探討，不僅是本文論述的重點，也是進一步強化我國物聯網發展質量的關鍵研究課題。

1 基礎理論及背景分析

1.1 5G技術體系的基礎架構

首先從原理角度來講，物聯網得以發展往往依賴于無線傳輸技術體系，那么5G無線技術對于物聯網的未來發展有著較大影響。而從具體的5G無線接入技術角度來講，涉及了天線陣列技術、全頻譜介入技術，而基礎架構技術又涉及了網絡切片技術以及邊緣計算MEC技術。

從細節角度來看，首先5G無線接入關鍵技術體系與當前整體社會的生產生活都有直接影響，主要指的是建立在各用戶使用需求的基礎上，實現數據的同步傳輸，例如當前應用較為廣泛的3D MIMO技術，便能夠實現數據的垂直以及水平方向的輸入輸出。而全頻譜接入技術又設置了6G以上的高頻段，能夠有效實現無縫覆蓋。另外，新型多載波技術也是無線接入技術中的重要組成部分，靈活性較高，頻譜效率得到了大范圍的提升，例如當前華為空口波形技術F-OFDM、中興FB-OFDM新型多載波技術就是主要代表，在當前的多種精密儀器以及設備設計過程中有著一定的應用價值。

另外，5G架構的關鍵技術以網絡切片技術以及邊緣計算MEC技術為主，首先前者是建立在原有VPN的基礎上構建的虛擬專用網絡[1]，能夠有效應對復雜環境下，各方主體的實際數據傳輸和業務開展需求。后者則更傾向于本地計算以及儲存，信息響應速度較快，傳輸速率較高，能夠有效降低時延，提升遠程傳輸的可靠性。

1.2 5G背景下物聯網的實際發展現狀

物聯網主要指的是建立在互聯網、計算機、移動終端等多種智能設備和技術體系的基礎上形成的網絡體系，又被稱之為傳感網，主要指的是全面應用在當前人與物以及物與物溝通聯系領域的新型技術體系。例如在當前城市建設過程中的智能交通、家庭智能家居、工業生產、公共衛生管理等領域的設備以及系統軟件都屬于物聯網中的一部分。除此，建立在互聯網基礎上打造的商業貿易以及產品營銷也是物聯網的核心功能。從具體的結構角度來講，物聯網涉及了感知層、網絡層、應用層3個部分，實際的功能及相關聯系見圖1。

但是就目前的物聯網發展情況來看，物聯網技術與人們的生產生活有著緊密的聯系，這也就導致未來的發展要求越來越高，將會面臨著較多的挑戰，但是原有的4G通信技術體系速率較低，容量有限，另外存在著較為嚴重的延時現象，這對物聯網的高效發展產生了較大影響[2-3]。

除此之外，從具體的發展模式角度來講，5G物聯網行業的整體發展狀態呈平穩階段，但是資源的整合盈利質量卻需要進行提升。最后實際情況來看，目前互聯網和5G物聯網行業之間的整合還是以低價套餐、服務承諾、過程監控這樣的流程實現的，為5G物聯網消費者能夠提供省錢、省時、省力的服務體系。但是在真正落實過程中還存在著動力不足的現象，例如5G物聯網材料交易提成以及利潤存在不合理現象，利用免費的噱頭來吸引顧客，但是服務過程中隱藏著較多的隱形成本，這不僅降低了未來的發展空間，也會導致整體的產業鏈受損。尤其是在當前部分高精尖的業務生產和管理過程中，物聯網存在的問題越來越多，因此必須要進行改革。而5G技術，無論是技術體系發展情況，還是未來發展方向，都有著較為良好的應用前景，通過5G技術體系實現物聯網發展的優化以及技術的創新具有可行性。

2 邊緣云和5G網絡的優化融合

從具體的結構角度來講，5G技術與物聯網之間還存在著過渡階段，這一過渡階段主要指的是技術體系轉化為具體的應用通道以及應用平臺來為物聯網的開展提供一個有效的環境。而邊緣云的出現，則成為了5G網絡與物聯網融合的過渡載體。

所謂邊緣云是一種建立在技術研發基礎上打造的開放性平臺，其中具備計算以及儲存等多種功能體系，能夠進一步優化數據，同時保護用戶的隱私。從其本質上來講是一種就近計算概念，能夠通過計算將相關業務帶到網絡邊緣，這樣不需要集中地進行云上傳，能夠進一步降低時延，也可以有效提升網絡帶寬運行的穩定性。

為了進一步實現5G背景下的萬物互聯，運營商可以在建立核心網設計模型的基礎上，以CT思路作為核心基礎，打造完善的服務化框架。該框架能夠有效支持控制面以及用戶面的分離，部署更為靈活，同時能夠實現分項管理，網絡功能之間存在著交互性，能夠有效弱化接入網功。這種方法能夠有效提升網絡資源利用效率，同時在增強網絡能力以及加強網絡架構更迭速度方面也有一定的促進作用。

結合邊緣云的具體技術體系來看，是以虛擬化技術為核心的技術方案，能夠進一步實現傳統的核心網網元的軟硬件解耦[4]，例如，將傳統的AMF以及SMF進行優化，能夠加強二者之間的交互力度，對于滿足當前的高質量業務需求有一定的促進作用。當前已經形成了以4G EPC架構為核心的邊緣云體系，在未來的發展過程中，還需要建立在5G核心網架構的基礎上打造新的網絡功能，并且落實好交互性通信機制的創新，逐步向消費者以及生產者方向進行解耦，這樣能夠有效拓寬原有的物聯通道以及服務平臺。

3 5G環境下物聯網的具體發展及應用

在當前5G通信背景下，物聯網行業逐漸從傳統模式轉換到互聯網融合模式上，且隨著5G技術的高效發展與各個行業之間都產生了緊密的聯系，逐步從原有的大平臺拓展到三四線城市，也逐步從原有的供應環節管理拓展到售后環節以及額外服務，這些都成為了物聯網高效發展的重要表現，也代表了5G技術可以為物聯網帶來的一系列優勢。

3.1 提升物聯網的安全穩定性

物聯網的出現為人們的生產生活帶來了更多可能，極大方便了部分生產經營以及消費行為，但是人們對于網絡安全的需求也越來越高，尤其是在當前以物聯網為基礎的商業貿易中，5G技術的應用能夠有效提升互聯網的發展質量，但是高速率以及大容量也面臨著較大的安全威脅[5]。

但是綜合5G技術的實際應用優勢來看，建立在原有4G網絡安全架構的基礎上，新增加了大量的無線空口安全機制，能夠進一步提升原有安全防護機制的穩定性和可靠性，確保物聯網的運行安全程度得到提升，進而能夠促使其他的安全防控機制進行全方位的完善，可以打造高覆蓋率的網絡安全管控體系[6]。如圖2所示，便是當前較為常用的5G物聯安全防控網絡體系，可以直接聯動網絡平臺，實現各個層次的安全防護。

3.2 打造高速率發展的物聯網體系

綜合原有物聯網的實際發展狀態來看，物聯網受到限制和挑戰的主要因素在于通信速率較低。而原有的4G網絡環境也是直接影響物聯網自身發展有效性的主要源頭。當前信息技術成為各行各業發展的核心工具，那么以信息技術為載體構建的網絡體系面臨著大體量數據、大量業務模式的沖擊，原有的4G技術體系已經逐步喪失了統籌規劃的能力。而5G技術的出現為物聯網的技術體系，革新和發展提供了新的轉折點。在5G通信技術的影響下，能夠有效降低原有的信息傳輸時延，全面提升數據儲存的容量，增強數據傳輸的速率，這些優勢都可以確保物聯網的應用層進行全方位的技術革新[7]。

例如將5G通信傳感器設置在智能家居家電中，能夠有效延長信息傳輸的距離，這樣可以進一步提升用戶遠程遙控的服務質量。而通過遠程通信模塊打造的智能操控系統，又可以直接應用到當前的智能機器人、無人機系統中，可以真正實現范圍更大更廣的遠程操控和監督。除此之外，5G通信技術較大的優勢是可以將原有的控制信號更改為具體的信息，能夠進一步提升物聯網發展，能夠有效避免數據傳送不及時以及數據遺失等問題的出現，對于各個環節的信息追溯以及儲存也有一定的促進作用。

3.3 促進物聯網向便捷性方向發展

在當前的5G信息技術的帶動下，物聯網的技術體系也逐步趨向于簡單化，擺脫了原有冗余技術的影響，物聯網的整體架構更加簡單，但是不會打破原有的布局，是建立在原有架構的基礎上進行的智能化以及簡約化改造。尤其是在5G通信技術全面普及之后，會產生大量的移動化智能設備，這些智能設備將作為物聯網的節點實現區域范圍的調控。而設備存儲量的逐步擴大、尺寸的逐步減小，也進一步提升了物聯網本身的便捷性，這為移動物聯網的出現提供了可能，同時也為各行各業發展體系的創新提供了更多的發展空間。

除此之外，5G網絡的出現，進一步拓展了原有的網絡體系，并且將原有網絡體系中的部分真空區以及空白區呈現出來，可以為網絡功能的開發預留更多的空間，也可以為整體社會的未來發展提供一個嶄新的平臺。例如原有的人工智能體系僅僅應用在建筑的智能化管理以及智能家居領域，但是在當前的5G發展環境下，人與物以及物與物之間的關系越來越強，跨空間、時間、領域的物聯體系建設也成為了可能[8]。又如電子化博物館、虛擬化建筑等成果的出現，能夠有效改變原有的產業格局以及產品研發理念。

這種嶄新的發展方向，也為后續的物聯網體系建設和創新提供了新的途徑，比如物聯網行業新技術場景的應用，能夠進一步提升整體行業的發展質量，大量技術的加持，可以增強5G物聯網的服務效果以及產品品質。在備受用戶青睞的同時，還可以打造新型的技術方案以及管理模式。

3.4 豐富了物聯網的應用領域

5G技術已經成為當前社會多個領域落實技術創新的主要技術體系，而互聯網環境下的物聯網成果也為大部分產業所引用，這其中本身有著較強的交互性[9]。而5G技術的逐步普及，也成為物聯網應用領域拓展的主要平臺。

例如，通信領域的物聯網建設能夠依靠5G技術進行創新，這是當前融合的最基礎平臺。物聯網中應用5G通信技術，能夠有效提升網絡信息傳輸的速率，并接入大量的物聯網設備，實現一對多的聯動性信息傳遞和處理。另外，在5G技術與各項生產體系構建關聯的過程中，自然也能夠為物聯網的發展營造新的平臺，例如電力物聯網、工業生產物聯體系、教育共享及合作平臺[10]，這些領域所依托的信息技術、互聯網平臺以及自動控制系統，都離不開5G技術，自然也就成為萬物互聯生長的良好土壤。

除此之外，利用通信技術作為物聯網創新的主要技術體系，還可以打造節能發展系統。例如可以實現硬件的節能技術創新，首先針對硬件架構的設計來講，能夠有效優化原有的設計流程，進一步提升硬件本身的能效水平，這協議以及功能的不斷發展以及成熟，可以將原有的fpga高功耗器件更換為asic專用芯片，在提升集成度以及性能的同時，也可以降低原有設備的基礎功率，這樣可以在構建物聯網體系的過程中，讓相關硬件設備的性能得以提升，同時也具備節能價值。另外，進一步推動了半導體工藝的發展速度，當前部分通信基站使用的技術體系往往為14 nm或者28 nm的技術，在經過創新和改革之后將會升級為10 nm或者7 nm的技術體系，這能夠進一步提升芯片工藝的創新發展力度，同時也可以削減功耗。除此之外，應當重視新技術和新材料的引入，使功放效率全面提升。例如，應用漏壓調節或者GaN等技術，對PA設計進行優化，使設備功率利用率得以提升。

4 結語

綜上所述，5G技術的廣泛應用為當前的物聯網格局以及功能優化提供了新的空間，全面增強了物聯網的速度，落實了新功能的開發，打破了原有4G網絡體系的限制，實現了高速度、高質量的創新和優化。同時新興技術的應用也可以有效改變原有的物聯網服務體系，5G基站節能技術的應用實現了新材料以及新技術的引入，智能化技術的創新為多個領域之間的聯動構建了新的紐帶。就整體發展現狀來看，5G技術成為了物聯網高效發展的載體，也成為了整體社會建設的必要保障。