基于物聯網的5G通信技術分析

周芳華

（中電科普天科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引 言

物聯網不僅為人們提供了智能化生活場景，而且有效促進了虛擬電廠、智能巡檢、智慧城市等眾多行業領域的發展。通信技術作為萬物互聯的核心，5G 通信技術使物聯網迎來了全新的發展機遇。因此，文章展開了基于物聯網的5G 通信技術研究。

1 基于5G 通信技術的物聯網架構分析

目前，基于5G 通信技術的物聯網整體架構主要分為4 個層次，分別是感知識別層、網絡傳輸層、平臺管理層以及應用服務層。

1.1 感知識別層

感知識別層的主要作用是通過終端設備識別周邊環境以及聲音、光強度、風速、濕度、圖像等各類因素，同時可以采集周邊環境數據信息，即將圖像信息、聲音信息等轉化為數字信息并上傳至數據中心[1]。此外，可以通過數據中心實現對感知識別層中各類終端設備進行統一化管理或對其輸入指定算法使其能夠實現基于算法開展周期性的自動運行效果。

1.2 網絡傳輸層

對于網絡傳輸層而言，其主要功能是可以根據感知識別層所處的各類場景條件，傳輸網絡環境與網絡協議對感知識別層所采集的相關數據信息，其中主要包括通信模組協議、基礎通信設施、終端設備接入的網絡環境以及通信網絡流速等相關條件。

1.3 平臺管理層

平臺管理層的主要作用是實現應用服務層與感知識別層之間的有效連接，其主要功能是對網絡傳輸層所上傳的各類感知識別層數據信息進行針對性處理與分類，從而為應用服務層提供存在價值或需求的數據信息，為應用服務層的順利運行提供重要依據。通常情況下，物聯網平臺中的平臺管理層主要包括業務分析平臺、應用使能平臺、設備管理平臺以及連接管理平臺等。

1.4 應用服務層

應用服務層是整個物聯網架構中的核心部分，也是有效體現物聯網應用價值的關鍵環節。應用服務層中主要包括各類系統集成的應用服務、智能終端硬件控制程序等相關內容。用戶可以通過接入物聯網的中控設備接入應用服務層，當平臺有效處理所匯聚的數據信息后，便可實現在物聯網環境中利用中控設備對其他終端設備進行遠距離管理、控制以及監控等相關行為，從而有效體現物聯網的萬物互聯、改變生活的價值[2]。

2 5G 通信技術在物聯網中的應用特點

對于物聯網而言，其本質是以各類終端設備作為信息接入渠道，同時將互聯網以及電信網作為數據信息傳輸與共享的主要載體，以此有效整合各類具有獨立運行能力的終端設備，從而使其形成能夠進行互通互聯、統一管理、自動運行的巨大整體。從物聯網運行角度分析，其主要由2 大方面支撐，分別是硬件子系統以及實時通暢的數據通信網絡。

2.1 高速率

隨著通信行業的持續性發展以及對高質量通信技術的不斷研發，5G 通信技術的出現為無線通信技術實現高速率、大寬帶通信效果奠定了重要基礎。在真空網絡環境中，5G 通信技術的實際傳輸效率可達到10 Gb/s，是傳統4G 通信技術的10 倍。基于5G通信技術，能夠在某些場景中實現對高質量影像或視頻的瞬時傳輸，此特性為智慧城市、智慧交通以及智慧醫療等相關方面的建設提供了先決條件。

2.2 傳輸延遲低且可靠性高

5G 通信技術在實際傳輸期間能夠以加強高頻通信毫米波穿透性的方式，切實提高數據信息的整體傳輸效率。另外，5G 通信技術的上行傳輸、下行傳輸以及在保護時隙信息下的子幀結構的傳輸延時也會被壓縮至1 ms 左右，此特性能夠確保物聯網中各類終端設備能夠更加快速、靈敏地接收運行指令并開展自動運行效果。基于5G 通信技術的此種特點，其也被廣泛運用于工業控制、智慧車輛控制等相關需要超高傳輸速度、超低延遲以及高可靠性的場景中，如車輛傳感器的數據信息采集、機械設備行為控制等方面[3]。

2.3 網絡切片

網絡切片主要指將實際存在的物理網絡進行有規劃的切割，從而形成能夠有效滿足各個場景中多樣化終端設備運行需求、運行服務等的若干個虛擬子網絡。而此特性能夠有效滿足基于5G 通信技術所構建的物聯網運行需求，即有效滿足物聯網覆蓋范圍內多樣化場景對網絡環境的多元化需求[4]。一般情況下，5G 通信網絡可以根據應用場景的不同分為3 種類型，分別是任務關鍵性物聯網、海量物聯網以及移動寬帶。5G 網絡的3 類應用場景如表1 所示。

表1 5G 網絡的3 類應用場景

3 不同物聯網產業應用場景下的5G 通信技術分析

3.1 虛擬電廠

傳統電廠存在能耗過高問題，且電廠建設與管理需要耗費大量資金成本。因此，如何響應雙碳戰略目標，減少電廠能耗、節約資金成本是推進新時期電力行業高質量發展的關鍵[5]。虛擬電廠建設具有十分廣闊的發展前景，通過使用人工智能、大數據、云計算、分布式存儲以及物聯網等先進技術可以構建虛擬的管理系統，用以協調各類資源，保證電力電網的長期穩定運行，其虛擬管理系統結構如圖1 所示。

圖1 虛擬管理系統結構

在5G 通信技術的靈活應用下，能夠充分保障差異化業務場景下虛擬專用網絡的接入、實時互動、通信管理質量。基于物聯網的5G 通信技術虛擬電廠通信網絡搭建如圖2 所示，在5G 通信技術和物聯網相關技術的支持下，虛擬電廠能夠借助分布式能源、可控負荷終端等進一步保證數據傳輸的可靠性與安全性。

圖2 基于物聯網的5G 通信技術虛擬電廠通信網絡搭建

3.2 智能巡檢

傳統巡檢方式往往需要耗費大量人力資源和時間成本，巡檢效率較為低下，并不能滿足智能巡檢的發展需求。因此，借助物聯網和5G 通信技術構建智能巡檢模式更為符合時代發展，且在相關先進技術的應用下能夠實現自主故障檢測、主動安全聯動、24 h無人巡檢等巡檢功能[6]。某變電站電氣設備智能巡檢如圖3 所示，通過構建智能巡檢模式可以有效加強變電站管理效率和質量，同時實現全天候的安全管理。

圖3 某變電站電氣設備智能巡檢

4 基于物聯網的5G 核心通信技術

4.1 智能化技術

5G 通信技術的誕生為物聯網技術的順利應用與物聯網整體建設提供了先決條件。對于5G 通信技術而言，其運行基礎是由物聯網技術所搭建的云計算平臺，云計算平臺在實際運行期間能夠同時處理多樣化類型的數據信息，有效保障數據信息的處理效率與處理質量，處理各個類型業務的服務器會由物聯網技術進行統一管理并形成巨大的數據信息處理中心。將物聯網中各個終端設備接入至云計算平臺后，能夠有效實現對各類終端設備進行低延時控制與數據信息通信。此外，5G 通信技術是順利開展對海量數據信息進行采集、處理、分析以及存儲的基礎，因此用戶可以通過基于5G 通信技術所搭建的物聯網對各類數據信息進行調用與存儲，以此形成優質服務平臺為用戶開展個性化服務。

4.2 直接通信技術

對于5G 通信技術而言，其中的端到端通信技術，即終端直通（Device-to-Device，D2D）技術被諸多場景所應用。所謂端到端通信，其主要指在互聯網環境中2 個用戶節點之間進行直接通信，有效省略數據信息在實際傳輸過程中因需要經過各類基站或中繼站而產生的數據流量消耗，進一步降低數據信息在實際傳輸期間的延遲并提高了其傳輸質量和傳輸效率。另外，端到端通信技術可以將用戶節點模擬為服務端或客戶端2 種角色。具體而言，當某區域中A 角色需要調用某類數據，在5G 通信技術中端到端技術下，如果與A 角色處于同一區域中的B 角色同樣需要調用相同數據信息，則無需從主服務器端進行調用，而是從A 角色端進行調用，從而實現A 角色作為服務端服務B 角色客戶端的效果，降低互聯網中網絡流量的占用情況，大幅提高相關數據信息的傳輸效率與傳輸質量。通過上述場景模擬，可以在一定程度上削弱數據信息傳輸期間因外界因素對傳輸質量的干擾，也可以有效避免因基站性能不佳而出現的網絡中斷現象。此外，D2D 技術在實際應用期間能夠切實緩解無線通信系統運行期間所存在的頻譜資源匱乏問題，有效滿足互聯網時代中人們對通信質量與效率方面的要求[7]。

5 結 論

在物聯網背景下，5G 通信技術充分發揮了其諸多優勢并有效保障了物聯網的穩定運行。5G 通信技術的出現不僅有效推動了諸多技術領域的突破，同時切實改善了傳統工作模式，有效解決了傳輸效率低下、傳輸延遲高的痛點，提高了物聯網中通信技術的應用效果，為物聯網與互聯網提供了更強的安全性與高效性，從而為高速率、低延時的數據信息安全傳輸奠定重要基礎。