5G通信技术与物联网的深度融合与发展

冼志强

（中通服建设有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

随着无线通信技术的普及，人们的日常生活方式发生了翻天覆地的变化，生活和生产更加智能化。5G通信技术的发展将推动物联网技术的智能化，而物联网技术将在许多方面促进5G通信技术的深入发展，通过将2者进行融合，实现更广泛的应用。

1 物联网和5G通信技术

1.1 物联网

物联网就是利用信息传感设备、激光扫描仪、红外感应器等对物体进行智能化感知、识别和管理，在物联网模式下可以通过各种网络将物和人相互连接，实时获取各类信息。物联网是互联网的延伸和扩展，它将各种传感器、连接对象汇集在一起，形成了一张连接万物的庞大网络。物联网的适应性更强，普及度更高，应用领域也更广泛，在人们日常生活和工作中都有较多的应用。物联网以传感器为核心，有着完备的系统和严格的技术规范，能够实现信息和数据的安全共享[1]。随着现代科技水平的不断提高，许多物联网应用已经由蓝图变成了现实，例如共享单车、共享充电宝、无线支付设备、智能家居、智慧城市等。

1.2 5G通信技术

5G通信技术与其他通信技术相比，在性能指标方面有了重大突破，其中最大的改变是信息传输速度加快。5G通信技术的传播领域也在不断扩大，具有更广阔的使用空间。5G通信技术具有完整的网络结构，突破了传统的网络体制，极大地促进了互联网与物联网技术的发展融合，带动了社会经济的快速发展，给人们的生产生活带来诸多便利。

随着物联网产业链的不断成熟，芯片的国产化速度越来越快，模块厂商的成本不断下降。除因产业链成熟而导致的5G模块价格下跌外，上游芯片等原材料的边际成本下降也会导致5G模块的售价有一定下滑[2]。

2 5G通信技术的优势

2.1 信息传输速度更快

与4G通信技术相比，5G通信技术的传输峰值达到20 Gb/s，传输性能的提升改善了用户上网体验。在5G网络环境下，用户可以轻松传输分辨率较高的图片和视频，更好地满足了人们对无线通信技术的要求。

2.2 低延迟传输

随着社会和经济的发展，人们的生活节奏不断加快，信息的重要性日益凸显。为了保证数据传输服务的质量和效率，不仅需要较广的网络覆盖范围，而且还需要提高网络移动传输的适用性和连接密度[3]。5G通信技术的一个重要特征是低延迟传输，其延迟最低为1 ms，这样的延迟几乎不会让用户察觉。与传统的高延迟通信技术相比，5G通信技术能够很好地满足工业对信息传输的要求，同时还能实现同步控制。

2.3 低功耗

随着网络通信技术的不断发展和普及，越来越多的通信设备被接入到无线网络，对基站的工作造成了较大影响。5G通信技术是利用多样化覆盖方式对网络进行区域化网格设计，并根据覆盖面积的大小选择不同的设备型号，从而减少设备的总投资和功耗。5G通信技术通过多个方面的改造来降低能耗，有效保障多台通信设备同时低功耗运行，极大地便利了人们的工作和生活。

3 基于5G通信技术的物联网系统

5G通信技术以超宽带为基础进行数据传输，可以实现高清视频传输和虚拟现实切换，从而满足无人驾驶、远程医学等领域的应用需求，为各种装置提供通信连接。5G通信网络的流量密度和连接数量都得到了改善，系统的协同化程度得到了明显提升[4]。基于5G通信技术的物联网接入技术能将连接更多的设备，提高了数据传输能力，使得用户接入网络更加顺畅。在基于5G的物联网体系结构上，传输层与边缘计算层分离，应用层与云计算层解耦，从而有效解决了传统网络的传输弊端，实现了网络资源的分离与共享。基于5G通信技术的物联网系统总体架构如图1所示。

图1 5G时代的物联网通信技术总体架构

系统在各种传感器和控制器的作用下完成数据收集工作，将所收集到的数据传送至感知层，感知层对收集到的数据信息进行处理。传输层由5G终端、5G物联网关、窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）终端、增强型机器类型通信（enhanced Machine Type Communication，eMTC）终端等组成，通过各种终端实现协议的转换。边缘计算层是接入设备和数据处理的中间层，通常采用嵌入式终端，通过边缘运算来减少核心网络的负荷，从而提高网络性能。云计算层具有功能定义、接口定义、资源管理、权限管理等功能，为公共云和私有云的应用层提供服务，将所有数据传送到云计算层，并在数据中心处理大量数据。应用层是整个体系结构的最高层，上述各个层次都是为应用层服务。

4 5G通信技术与物联网的融合应用

4.1 智能制造

利用5G通信技术和物联网技术对大量的实时数据进行分析，可以帮助人们更快地发现质量缺陷问题，从而提高产品的质量。在超可靠的5G通信网络和物联网应用下，保证生产自动化[5]。

4.2 智慧农业

乡村振兴是我国农业现代化建设和农村经济发展的重大战略举措，物联网技术在农业生产中的应用日益广泛，成为我国农业生产的重要组成部分。随着5G通信技术的发展，数字乡村、智慧农业等现代化农业进程不断加快，使传统农业发生了翻天覆地的变化。例如养殖方面，可以通过温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器等实时监测养殖场内的温度、湿度、气体浓度等变化，保证养殖场的环境达到最优，便于饲养人员进行防疫管理、疾病归档。此外，利用物联网和5G通信技术对各个种植区域的环境进行检测和记录，由计算机进行智能分析，能够更加准确地观测作物的生长和病虫害状况。当有可能发生病虫害时，可以利用无人机进行农药喷洒，从而达到对农田的动态保护。

4.3 智慧交通

随着我国城镇居民数量和机动车数量的增加，城市交通问题日益突出。在此背景下，车联网与无人驾驶技术成为解决城市交通问题的关键，并逐渐引起人们的重视。无人驾驶汽车在降低城市交通拥堵、降低交通事故发生率、提高道路利用率等方面都有很大的应用价值。车联网技术是把所有的汽车都接入互联网，共享车辆的信息，然后由云端服务器对城市的车流量进行分析，从而为城市的交通指挥决策提供支持。无论是无人驾驶技术还是车联网技术，都对通信网络有着极高的要求，不但要求连接速度快、数据延时低、连接数量大，同时对系统的稳定性和抗干扰能力要求也较高。随着物联网技术和5G通信技术的发展，将会逐渐解决无人驾驶和车联网的问题。

4.4 智能家居

在信息化时代，家居产品的发展离不开物联网。目前，物联网企业对智能家电领域的研发力度不断加大，但智能家居的实际应用效果却不太理想，设备交互存在延迟等问题。例如，智能家居中的家电设备通过Wi-Fi网络进行数据传输，而Wi-Fi网络的稳定性受诸多因素影响，很难保证数据传输的稳定，导致智能家居的推广得到限制。5G通信技术由于其本身的优点，能够保证稳定的数据传送，从而为智能家居的高效使用奠定基础。

5 结 论

5G通信技术与物联网相互融合，对于解决物联网所面临的网络技术难题、推动万物互联有着重要意义。相关领域工作人员要明确5G通信技术与物联网技术对于彼此发展的重要性，在物联网发展模式下融入5G通信技术，有利于推动现代社会智能化发展的进程，为人们的日常生活和生产提供更加便利的服务。