5G通信技术在物联网时代的应用

李楠

    摘要 ：5G 通信信息技术对于物联网网络发展具有正向作用和影响，能够扩展物联网应用的广度和深度，推动物联网深入垂直行业，探索未来人和物、物和物之间的紧密连接。通过探讨 5G 的三大典型应用场景、用于物联网络的关键通信技术，分析 5G 物联网带来的新机遇，并指出 5G 通信技术对物联网发展的影响。

关键词 ：互联网 ；5G 技术 ；网络安全 ；定制化网络 ；垂直行业 ；综合运维

1. 5G 三大应用场景

1.1 eMBB 增强移动宽带

用户能够深度感知极致数据速率和极致用户移动性。数据速率可达 10 G/b，是 4G 的 100 倍。利用高功率的无线电波，甚至是毫米波，实现高带宽、高信息量传递。各类型基站广覆盖，针对高速环境叠加波速赋形，功率强，保证移动性可达 500 km/h 以上。结合 SR 分段路由的 5G 承载，降低了网络连接的复杂度，使得业务路径更畅通。

1.2 URLLCURLLC

拥有小于 1 ms 的时延，只有 4G 的 10%。结合5G 网络切片能力，提供物联网络的差异化需求，保证不同物联业务的承载。低时延在物联网络中的作用更加强大，大部分物与物的连接中都要求一定的反应速度。在工业控制、智能制造、自动驾驶、远程医疗、XR 元宇宙、游戏穿戴上，低时延都是一切能力呈现的基础。在 5G 网络环境下，端到端低时延可以做到优先级分类和网络流量的特殊处理，同时数据通信中的卡顿和延时也将大大缩减，大数据量的码流、4K 和 8K 视频流稳定流畅。VRAR 类物联环境以及连接数激增的情况下，仍可以做到敏感迅捷的交互时延 。

1.3mMTC 海量机器通信

5G 技术可以做到深度覆盖、超高密度、超低能耗要求下的海量连接。它的 1 M/km2 的连接数是 4G 的 100 倍，能够实现端到端数据直接传输。运营商正在大规模建设700 MHz、900 MHz、2.1 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz、毫米波等多种 5G 频谱。5G 网络与其他网络的互补优势明显，使得物联网的网络应用能力不断提升 ；在资源带宽优势基础上，不断增加终端接入能力 ；网络灵活多样，网络管理方便迅捷 ；接入带宽非常灵活，从不需要支持全带宽的智能仪表，到码流需求巨大的自动驾驶汽车，不同带宽灵活切换，网络自动调整基站 UE 功耗。5G 技术采取前向兼容，动态配置带宽和载波间隔，资源预留、调度优先 。

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

通过 5G 设备单板和电源主设备实现单板级可靠性。通过 RRU 环形组网实现网元级可靠性。通过 5G 低码率表、回程重复、上行重复等方式实现链路级可靠性。通过多终端冗余、无线双平面、端到端会话双平面实现网络级可靠容灾。以上方式在 5G 技术中的实现，使物联网环境复杂、场景可靠性要求非常高的情况下的需求能够得到充分满足。在空口环境比较恶劣的场景下，也能充分发挥 5G 能力，保障在线业务不丢失。

2.2 QoS 对速率、时延、抖动的服务质量保证

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 URLLC 的时延增强功能，实现 URLLC 和 eMBB两种下行业务共存，满足 URLLC 对低时延的高要求。同时5G 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。

2.3 5G 业务组网及网络分流

在物联网的发展中，网络组网方案非常关键。在核心侧，5G 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。在无线侧，5G 技术通过基于 IP 和 DNS 的域名分流、园区切片 ID 分流，或者指定专网用户分流，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 通过大带宽使能 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、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 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 QoS 监控能够实现精准检测保障。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可视可管可控，业务服务可保障、可承诺。

3.  5G 通信技术对物联网发展的影响

3.1 5G 物联网典型应用场景

5G 物联网典型应用场景 ：eMBB 增强移动宽带通信、URLLC 超可靠低时延、mMTC 海量物联。通俗说 ：eMBB是为人提供更好的感受，URLLC 是为车提供安全保障，mMTC 是为物提供更全面灵活的连接能力。NB-IoT/eMTC窄带物联网标准继续演进，作为 5G 物联网的重要场景和补充。5G 物联网发展强调与垂直行业融合，重点涉及工业互联网，面向企业提供广覆盖、低时延、高可靠的网络，助力企业建设。

3.2 5G 对物联网的演进推动

5G 低功耗广域网等基础设施的加速建设，推动边缘计算、人工智能、海量连接、区块链等新技术与物联网结合，进入物联网领域跨界融合。5G 是无线网络面向数字化转型的契机。统一的网络可以满足差异化应用的需求，能够实现力，用户层部署下沉，减小时延，降低数据承载压力，实现异构组网。

3.3 垂直行业对 5G 技术的需求引入

5G MEC 技术，结合边缘 DC 和中心 DC，物联网数据的处理更加分布式地呈现，核心网部署更加边缘化。MEC 组网可使应用业务本地化、本地分流和缓存加速、路由灵活配置。这些都是实现 5G 业务网络应用近距离部署和访问、用户层高效灵活按需部署分布的有效手段。为用户提供高带宽、低时延传输能力的同时，打造无线虚拟接入网络。进一步为客户提供安全可靠的本地数据存储和处理能力服务，确保用户数据的安全隐私。

结 语

物联业务应用是 5G 物联网发展的核心诉求，规模应用时同步开展综合物联网标准的制定，能够大力推动物联网在热点行业应用，充分围绕智慧交通、车联网、智慧电网、智慧制造、工业互联、智慧医疗、智慧民生等关系到人民生活的关键行业和领域，大力推广物联网新产品、新技术、新模式和新形态，物联网将迎来极丰富的智能服务。

参考文献

[1] 于海燕 . 物联网形势下的 5G 通信技术应用探讨 [J]. 产业与科技论坛，2022，21（1）：30-31.

[2] 许振华，王广宇 . 物联网发展中的 5G 通信技术应用 [J]. 电子技术与软件工程，2019，8（22）：29-30.[3] 业皓然，杨世舟，张书铭 . 5G 通信技术下的物联网技术应用阐述 [J]. 数字技术与应用，2021，39（10）：33-35.