5G无线通信技术在物联网时代的应用探讨

王 亭，戴晓缔，李中贤

（北京中网华通设计咨询有限公司，湖北 武汉 430024）

0 引 言

5G无线通信技术的优势有高速率、低时延以及大连接，是新一代宽带移动通信技术。无线个域网中具有面向特定群体的特征，而且活动半径也有着一定的要求，一般只能够支持蓝牙或者是射频识别（Radio Frequency Identification，RFID），主要组成包括自组织网络以及基础结构，利用网络拓扑结构进行访问，以此实现通信目标，对无线局域网的安全框架进行构建。随着无线通信技术的不断发展，不少科技企业对此进行了深入研究，5G无线通信技术应运而生，稳定性更好。其特征主要有以下几个方面。一是传输速率高。5G无线通信技术的应用下，信息传输速率可到达10 Gb/s，是4G的百倍，除此之外，5G网络100 MHz以上的宽带为信息传输速率的提高打下了坚实的基础。二是信息容量大。5G网络每平方千米可连接的设备数量超出4G的10倍，并且具有较好的通信质量、较强的通信可靠性，可充分满足人口密集城市轨道交通的通信需要。三是资源利用率高。5G网络结构的变化，如端对端通信（Device to Device，D2D）的设计、自组织网络技术的运用等，不但提高了信息的传输速率，而且有效提高了资源利用率，有助于构建绿色化移动通信网络体系[1]。

1 5G无线通信技术给物联网产业链发展带来的影响

1.1 积极影响

（1）有利于创新物联网（Interner of Things，IoT）软件应用。对于物联网产业链来说，借助于5G无线通信技术，为其发展提供了可靠的技术支持。5G无线通信技术的应用能够提升通信传输速度，丰富通信方式，各项物联网技术也可以得到进一步的融合，规范智慧城市的创建以及万物联网的搭建，统一框架标准。根据现阶段5G无线通信技术的应用现状可知，物联网发展和智慧城市进行衔接的过程中，非独立式框架比较常用，让物联网产业链之间能够更加紧密地衔接[2]。

（2）有利于拓宽物联网应用领域。2016年，我国5G无线通信技术呈现了商业化特点，越来越多的行业以及领域与物联网进行了融合，对物联网应用领域进行了扩大。例如，在MassiveMIMO技术的应用下，有效解决了信道估计精准性方面的问题，导频污染等相关问题也得到了有效处理。在致密组网技术应用下，可以对网络切片进行有效验证，借助于软件定义网络（Software Defined Network，SDN）以及网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）技术进一步提升5G信息控制的精准性。随着物联网和智慧城市建设以及智能家电控制等诸多领域的融合，网络数据也能够被实时且精准地感知，确保各项资源得到优化配置，尤其在5G无线通信技术的影响下，局域内的信息传播速度和精准性有所提升，有效避免了正常通信受到其他终端信息的影响[3]。

（3）有利于物联网硬件厂商的经济发展。2017年，MillimeterWave技术进入了现场测试环节。受到该技术影响，对物联网产业链的基础框架作出了一系列的优化，在发展物联网产业链的过程中，硬件厂商资源得到了进一步的丰富。物联网硬件厂家在5G无线通信技术的影响下获得了更多的红利，这就进一步对新兴技术的更新和研发提供了动力[4]。

1.2 消极影响

（1）物联网产业链的安全性受到威胁。5G无线通信技术对物联网产业链起到了积极的影响，但是由于5G无线通信技术和物联网都处于发展阶段，因此还存在网络漏洞以及技术缺陷。例如，毫米波技术的传输距离相对较短，高层建筑物之间进行信息传输以及联网时很容易出现信号不良，甚至是信息丢失等问题，这就需要对物联网产业链进行安全方面的保护，进一步加大5G无线通信技术的研究力度，为物联网产业链的长远发展奠定基础。合理应用信息加密技术，确保物联网的信息传递速度得到提升，保证信息安全性[5]。

（2）制约物联网产业的成本发展。在物联网中，节点数量能够达到上百亿，这就需要具有海量的配套基础设施进行支撑。由于物联网正处于发展初期，无论是电子标签，还是设备读写都需要花费很多资金，这样就会对物联网产业链的发展造成阻碍，如果不能够对成本进行有效管控，则将会影响物联网产业的发展规模。因此，5G无线通信技术发展的过程中要提升资源的利用率，建设性能好、成本低的物联网基础设施，积极应用现有的技术以及设备对物联网产业链进行优化和改造，以此满足物联网的发展要求[6]。

2 物联网环境下的5G关键技术

2.1 多层级专网可靠性设计

5G设备单板和电源主设备实现单板级可靠性，射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU）环形组网实现网元级可靠性，5G低码率表、回程重复、上行重复等方式实现链路级可靠性，多终端冗余、无线双平面、端到端会话双平面实现网络级可靠性。在空口环境比较恶劣的场景下，也能充分发挥5G无线通信技术能力，保障在线业务不丢失。对用户层可靠性要求极高的情况下，通过冗余设计保障安全。即使从无线侧到核心侧整条链路上出现故障，也能充分保证端到端业务连续性[7]。

2.2 5G切片技术的运用

基于5G切片的无线差异化保障，可应用于不同切片下相同的差异化保障。在5G公网中部署基于资源预留的切片，可灵活满足高可靠、高安全的物联行业应用。结合带内上行增强和时频深度协同技术，对速率进行增强。通过低时延高可靠通信（Ultra-Reliable Low-Latency Communications，URLLC）的时延增强功能，实现URLLC和增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）两种下行业务共存，满足URLLC对低时延的高要求。同时，5G无线通信技术允许对终端和核心网有定制化的需求，可以通过系统面控制精准地对时延进行确定性的管控并减少速率抖动[8]。

2.3 5G业务组网及网络分流

物联网的发展中，网络组网方案非常关键。核心侧，5G无线通信技术通过网络级分流、网元级分流以及会话级分流对网络分域分流管理，以提升安全可靠性；无线侧，实现不同物联网业务在同一张5G无线大网下各自的业务保证。

2.4 专网行业定制化需求

5G无线通信技术通过大带宽可实现3～5 m精准定位能力，具备高精度、全场景、易维护、低成本优势，降低网络运维复杂度和系统开销，提升可商用性。高精度网络授时技术赋能物联网行业数字化改造，对电力、工控、交通以及自动驾驶等物联应用提供同步和高效协同的基础保障能力。5G网络广覆盖下，基站位置灵活，可以充分确保重要的专业物联网络无缝连接，端到端的服务质量（Quality of Service，QoS）监控能够实现精准检测保障[9]。相比传统网络，5G网络具备端到端时延和抖动等关键指标，是实时的测量手段，且不占用大量资源开销，使得物联网大连接情况下充分得到网络质量保障监控，并且能够实现用户侧的可视、可管、可控，业务服务可保障、可承诺。

3 5G物联网带来的新机遇

3.1 用户侧数字化变革

在数字化转型的趋势下，更多的数据将从边缘处理、工业制造以及电力物联网逐步走向智能物联。5G网络可通过简化边缘App开发和适配，凭借深度开放的边缘计算和安全防护能力帮助用户实现制造、管理、检测、维护以及安全等智能化管理，提高生产效率，提升公共服务用户满意度。

3.2 与多种新技术新领域融合

物联网与5G无线网相融合形成移动物联网，应用于智能家居、车联网、可穿戴设备、智能设备以及健康养老等很多领域与工业、农业、能源等传统行业深度融合形成产业物联网，成为智慧工厂、智慧农业、智慧能源等行业转型升级所需的基础设施和关键要素。物联网立体化城市信息采集系统正在加快构建，智慧城市成为智慧安防、智慧消防、智能停车等安全防护性应用的综合平台[10]。

3.3 4G和5G物联网共存化、网络切片、综合运维

5G网络的广覆盖预计到2025年左右可以实现无缝部署。从网络层面看，运营商不可能同时全面转向5G。从4G到5G，涉及虚拟设备和传统非虚拟设备的混合运维与管理，这对目前的综合运维方式有很大的冲击和挑战。5G网管与云对接，实现监控、编排、升级等云网业务一体化是综合运维的重点任务，需要做到网元共管、Pool管理，支持虚拟资源的编排，利用SDN实现5G部署切片网络配置和端到端切片的部署管理。

4 5G无线通信技术与物联网产业链融合的对策

4.1 制定科学可行的融合方案

物联网产业链发展遇到困难是不可避免的，但在未来的发展过程中依然需要坚持5G无线通信技术的应用，充分发挥物联网产业链的相关优势。针对5G无线通信技术、物联网产业链，制定2者融合方案时可从以下几点考虑：第一，对于5G无线通信技术进行实际应用之前，需要对地方性的物联网产业链进行深入的调查和研究，在出现相关问题时，应该提前进行干预，采取有效的解决措施，从而有效避免较大偏差出现，确保能够获得良好的成绩；第二，制定方案的过程中，也要对5G无线通信技术融合备案进行分析，让2者都能够做出相应的科学的转变，把控动态因素，为后续工作的顺利开展奠定基础[11]。

4.2 科学部署地方的物联网产业链

5G无线通信技术应用于物联网产业链是时代发展的必然趋势，针对地方物联网产业链进行部署的过程中需要对此进行深入研究。一般，可以从以下两方面着手：第一，就5G无线通信技术来说，由于其正处于研发阶段，所取得的技术成果还不能够做出准确的判定，因此部署物联网产业链时，应该与地方的优势以及劣势进行充分结合，利用国家宏观调控等方式科学部署，使得物联网产业链能够得到科学调整，突出地方优势的同时为互联网产业链的良性发展奠定基础，让5G无线通信技术在实际应用过程中获得满意的成绩；第二，就物联网产业链来说，需要在大数据分析上加大力度。现阶段来看，随着市场需求以及社会需求的多样化发展，物联网产业链需要进行数据分析，与5G无线通信技术融合，提升全方位的网络升级效果[12]。

4.3 全面开展5G无线通信技术试验

物联网时代，5G无线通信技术带来的影响不言而喻，为了能够让5G无线通信技术创造更多的价值，需要开展技术试验，让未来的工作能够取得更多的成就。一般可以从以下几方面进行5G无线通信技术试验：第一，与不同的企业进行合作，使得2者可以深度融合，从多元化角度挖掘问题的解决方法，让5G无线通信技术的未来应用更加可靠；第二，5G无线通信技术测试的过程中要结合多方面内容作出深入分析，灵活应用技术分支，同时要顾及全局技术发展方向，让物联网产业链在未来发展中能够减少阻碍，根据特色模式打造物联网产业链，创造更多价值。

5 结 论

目前，4G时代已经逐步向5G移动时代演进，无线通信技术的迭代将对社会生产生活模式产生更为巨大的影响，信息意识水平也随着通信科技的迅猛发展而不断跃进。相关领域工作人员要充分发挥5G无线通信技术的应用优势，实现信息传输和网络建设的协同发展。研发5G无线通信技术与物联网融合发展下的功能，为人们的日常生活和生产提供更加便利可靠的服务。