物联网及5G通信系统综述

陈连顺

摘要：本文对物联网（IoT）、下一代移动通信系统（5G）相关技术进行了简要介绍，同时，对物联网及5G网络的特点和主要应用进行了概括总结。

关键词：物联网;5G通信系统;通信网络

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0029-01

0 引言

随着智能化社会不断发展，人们希望通过将不同事物、不同服务、不同人组成一个庞大的异构网络来进行信息交互。由于第四代移动通信技术（4G）体制的限制，人们需要一种新的能够提供高速率、低延时、大容量的下一代移动通信系统来满足联网需求，由此推动了第五代通信系统（5G）应运而生。

1 物联网技术及架构

物联网（Internet of Things，IoT）是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信。物联网的目的是实现不受地点、時间限制，长期快速的连接如智能家庭、智能城市和郊区等应用环境中的移动设备，这种连接人和物的需求也是推动5G发展的两大需求之一，如图1所示。文献[1]介绍了物联网协同工作平台架构，其包括以下三层：

（1）感知层：设备感知物理环境，收集实时数据，重建虚拟世界中数据的一般感知。用来识别物理对象和感知物理参数应用的是射频识别（RFID）和传感器技术。而用于数据采集的是IEEE 802.15.4和蓝牙技术;（2）传输层：将收集到的数据传输到应用程序和不同的外部服务器。通过网关和诸如有线、无线和卫星等异构通信技术以及寻址和路由来访问网络;（3）应用层：对信息流进行处理和分析，向应用程序和服务发送数据，提供反馈以控制应用程序。它还负责如设备发现、管理、数据过滤和信息利用/分发等关键功能的实现。

2 物联网技术特征及应用场景

以感知和数据采集为目标的物联网技术的应用，将给我们的生活带来许多好处，例如在农业中，它可以为生产者或消费者提供关于农产品从产地到属性等细节信息。文献[2]提出了物联网技术包括三个特征：

（1）事物综合感知：识别和认证物体是实现感知的前提。利用射频识别（RFID）、传感器和条形码随时随地的获取信息，是综合感知技术的发展方向;（2）信息可靠传输：由于可以用不同的异构网络传输感知数据，信息可以在任何时间任何地点通过包括有线和无线传输技术、交换、网络和网关技术进行交换。它进一步创造了物理世界、虚拟世界、数字世界和社会之间的信息交换;（3）信息智能处理：通过分布式云计算，物联网可以瞬间处理数十亿的数据，并将物联网数据收集到数据库中。

3 5G通信网络技术

作为下一代移动通信技术，5G结合正交频分多址（OFDMA）和非正交多址（NOMA）作为自己的复用技术。形成一个“以用户为中心”、个性化定制的新型无线网络，通过支持更为灵活的资源调度和复用，来满足多样化的应用需求，同时提高网络资源利用率。文献[3]介绍，5G网络支持三的个通用服务：增强的移动宽带（Enhanced mobile broadband，eMBB）、大规模机器类型通信（Massive machine-type communication，mMTC）和超可靠和低延迟通信（ultra-reliable and low-latency communication，URLLC）。

增强的移动宽带（eMBB）：提供更高的数据速率和更大的网络覆盖面积;大规模机器类型通信（mMTC）：控制大量无线设备之间的数据流，以保证网络性能水平;超可靠低延迟通信（URLLC）：为诸如自动驾驶和健康监控等关键应用提供认证服务。

4 5G通信网络的优势及应用

5G网络可以为用户提供高效率，低不可达率，更大的灵活性和低成本的移动网络接入体验，文献[4]总结并说明了5G通信系统在两个主要方面的应用优势：

（1）移动宽带：5G网络允许用户体验高速数据和低延迟，以支持3D和超高清视频应用的无线宽带网络;（2）物联网：5G网络支持将大规模不同的设备连接在一起，形成一个庞大的网络集群。

5G通信系统的发展在诸多领域所带来的收益：（1）远程医疗：用户可以通过远程健康监控系统随时随地获得医生的帮助;（2）远程地理数据处理应用：用户可以通过查询全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）来获得位置;（3）远程教育：通过网络平台继续教育，提供低成本甚至免费的学习机会;（4）人工智能：通过开发与人类和机器沟通的智能系统，以方便人类生活;（5）经济增长：基于网络和新系统的大规模开发，将使消费者和企业受益;（6）信息安全：执行各供应商之间的认证、授权、加密、服务策略协议的建立与实现等功能。

5 结语

总之，下一代移动通信技术（5G）与物联网具有密切关系，可以说物联网技术的应用需求持续推动着移动通信技术发展。

参考文献

[1] L.A.Amaral，E.De Matos，R.T.Tiburski，F.Hessel，W.T.Middleware Technology for IoT Systems：Challenges and Perspectives Toward 5G[J].Internet of Things（IoT）in 5G Mobile Technologies，2016（21）：333-367.

[2] Surajit Mondal.A Vision of IoT：Applications， Challenges，and Opportunities with Dehradun Perspective[C].Proceeding of International Conference on Intelligent Communication，Control and Devices，2016.

[3] A.F.Demir，M.H.Elkourdi，M.Ibrahim，H.Arslan.Waveform designfor 5G and beyond[J].Electrical Engineering and Systems Science，2018（2）：51-76.

[4] G.S.A.E.Report and Q.Copyright.5G Requirements：Applications， Requirements and Candidate Technologies[J].November，2016（19）：9-22.