5G背景下物联网的应用与发展问题研究

常秀颖，夏瑞雪，张文娟

（沧州职业技术学院 河北 沧州 061001）

0 引言

从物联网技术的实际发展现状来看，建立在整体社会高效发展的基础上，各行各业之间的联系，通过互联网进行连接，人与物、物与物之间的联系越发紧密，并且对整体社会的发展产生了积极影响。而建立在未来发展需求的基础上，进一步强化物联网的社会影响力，落实好功能研发和质量提升是关键任务。因此以技术分析法以及文献研究法作为主要方式，综合5G技术体系下物联网的实际发展策略进行探讨，不仅是本文论述的重点，也是进一步强化我国物联网发展质量的关键研究课题。

1 基础理论及背景分析

1.1 5G技术体系的基础架构

首先从原理角度来讲，物联网得以发展往往依赖于无线传输技术体系，那么5G无线技术对于物联网的未来发展有着较大影响。而从具体的5G无线接入技术角度来讲，涉及了天线阵列技术、全频谱介入技术，而基础架构技术又涉及了网络切片技术以及边缘计算MEC技术。

从细节角度来看，首先5G无线接入关键技术体系与当前整体社会的生产生活都有直接影响，主要指的是建立在各用户使用需求的基础上，实现数据的同步传输，例如当前应用较为广泛的3D MIMO技术，便能够实现数据的垂直以及水平方向的输入输出。而全频谱接入技术又设置了6G以上的高频段，能够有效实现无缝覆盖。另外，新型多载波技术也是无线接入技术中的重要组成部分，灵活性较高，频谱效率得到了大范围的提升，例如当前华为空口波形技术F-OFDM、中兴FB-OFDM新型多载波技术就是主要代表，在当前的多种精密仪器以及设备设计过程中有着一定的应用价值。

另外，5G架构的关键技术以网络切片技术以及边缘计算MEC技术为主，首先前者是建立在原有VPN的基础上构建的虚拟专用网络[1]，能够有效应对复杂环境下，各方主体的实际数据传输和业务开展需求。后者则更倾向于本地计算以及储存，信息响应速度较快，传输速率较高，能够有效降低时延，提升远程传输的可靠性。

1.2 5G背景下物联网的实际发展现状

物联网主要指的是建立在互联网、计算机、移动终端等多种智能设备和技术体系的基础上形成的网络体系，又被称之为传感网，主要指的是全面应用在当前人与物以及物与物沟通联系领域的新型技术体系。例如在当前城市建设过程中的智能交通、家庭智能家居、工业生产、公共卫生管理等领域的设备以及系统软件都属于物联网中的一部分。除此，建立在互联网基础上打造的商业贸易以及产品营销也是物联网的核心功能。从具体的结构角度来讲，物联网涉及了感知层、网络层、应用层3个部分，实际的功能及相关联系见图1。

但是就目前的物联网发展情况来看，物联网技术与人们的生产生活有着紧密的联系，这也就导致未来的发展要求越来越高，将会面临着较多的挑战，但是原有的4G通信技术体系速率较低，容量有限，另外存在着较为严重的延时现象，这对物联网的高效发展产生了较大影响[2-3]。

除此之外，从具体的发展模式角度来讲，5G物联网行业的整体发展状态呈平稳阶段，但是资源的整合盈利质量却需要进行提升。最后实际情况来看，目前互联网和5G物联网行业之间的整合还是以低价套餐、服务承诺、过程监控这样的流程实现的，为5G物联网消费者能够提供省钱、省时、省力的服务体系。但是在真正落实过程中还存在着动力不足的现象，例如5G物联网材料交易提成以及利润存在不合理现象，利用免费的噱头来吸引顾客，但是服务过程中隐藏着较多的隐形成本，这不仅降低了未来的发展空间，也会导致整体的产业链受损。尤其是在当前部分高精尖的业务生产和管理过程中，物联网存在的问题越来越多，因此必须要进行改革。而5G技术，无论是技术体系发展情况，还是未来发展方向，都有着较为良好的应用前景，通过5G技术体系实现物联网发展的优化以及技术的创新具有可行性。

2 边缘云和5G网络的优化融合

从具体的结构角度来讲，5G技术与物联网之间还存在着过渡阶段，这一过渡阶段主要指的是技术体系转化为具体的应用通道以及应用平台来为物联网的开展提供一个有效的环境。而边缘云的出现，则成为了5G网络与物联网融合的过渡载体。

所谓边缘云是一种建立在技术研发基础上打造的开放性平台，其中具备计算以及储存等多种功能体系，能够进一步优化数据，同时保护用户的隐私。从其本质上来讲是一种就近计算概念，能够通过计算将相关业务带到网络边缘，这样不需要集中地进行云上传，能够进一步降低时延，也可以有效提升网络带宽运行的稳定性。

为了进一步实现5G背景下的万物互联，运营商可以在建立核心网设计模型的基础上，以CT思路作为核心基础，打造完善的服务化框架。该框架能够有效支持控制面以及用户面的分离，部署更为灵活，同时能够实现分项管理，网络功能之间存在着交互性，能够有效弱化接入网功。这种方法能够有效提升网络资源利用效率，同时在增强网络能力以及加强网络架构更迭速度方面也有一定的促进作用。

结合边缘云的具体技术体系来看，是以虚拟化技术为核心的技术方案，能够进一步实现传统的核心网网元的软硬件解耦[4]，例如，将传统的AMF以及SMF进行优化，能够加强二者之间的交互力度，对于满足当前的高质量业务需求有一定的促进作用。当前已经形成了以4G EPC架构为核心的边缘云体系，在未来的发展过程中，还需要建立在5G核心网架构的基础上打造新的网络功能，并且落实好交互性通信机制的创新，逐步向消费者以及生产者方向进行解耦，这样能够有效拓宽原有的物联通道以及服务平台。

3 5G环境下物联网的具体发展及应用

在当前5G通信背景下，物联网行业逐渐从传统模式转换到互联网融合模式上，且随着5G技术的高效发展与各个行业之间都产生了紧密的联系，逐步从原有的大平台拓展到三四线城市，也逐步从原有的供应环节管理拓展到售后环节以及额外服务，这些都成为了物联网高效发展的重要表现，也代表了5G技术可以为物联网带来的一系列优势。

3.1 提升物联网的安全稳定性

物联网的出现为人们的生产生活带来了更多可能，极大方便了部分生产经营以及消费行为，但是人们对于网络安全的需求也越来越高，尤其是在当前以物联网为基础的商业贸易中，5G技术的应用能够有效提升互联网的发展质量，但是高速率以及大容量也面临着较大的安全威胁[5]。

但是综合5G技术的实际应用优势来看，建立在原有4G网络安全架构的基础上，新增加了大量的无线空口安全机制，能够进一步提升原有安全防护机制的稳定性和可靠性，确保物联网的运行安全程度得到提升，进而能够促使其他的安全防控机制进行全方位的完善，可以打造高覆盖率的网络安全管控体系[6]。如图2所示，便是当前较为常用的5G物联安全防控网络体系，可以直接联动网络平台，实现各个层次的安全防护。

3.2 打造高速率发展的物联网体系

综合原有物联网的实际发展状态来看，物联网受到限制和挑战的主要因素在于通信速率较低。而原有的4G网络环境也是直接影响物联网自身发展有效性的主要源头。当前信息技术成为各行各业发展的核心工具，那么以信息技术为载体构建的网络体系面临着大体量数据、大量业务模式的冲击，原有的4G技术体系已经逐步丧失了统筹规划的能力。而5G技术的出现为物联网的技术体系，革新和发展提供了新的转折点。在5G通信技术的影响下，能够有效降低原有的信息传输时延，全面提升数据储存的容量，增强数据传输的速率，这些优势都可以确保物联网的应用层进行全方位的技术革新[7]。

例如将5G通信传感器设置在智能家居家电中，能够有效延长信息传输的距离，这样可以进一步提升用户远程遥控的服务质量。而通过远程通信模块打造的智能操控系统，又可以直接应用到当前的智能机器人、无人机系统中，可以真正实现范围更大更广的远程操控和监督。除此之外，5G通信技术较大的优势是可以将原有的控制信号更改为具体的信息，能够进一步提升物联网发展，能够有效避免数据传送不及时以及数据遗失等问题的出现，对于各个环节的信息追溯以及储存也有一定的促进作用。

3.3 促进物联网向便捷性方向发展

在当前的5G信息技术的带动下，物联网的技术体系也逐步趋向于简单化，摆脱了原有冗余技术的影响，物联网的整体架构更加简单，但是不会打破原有的布局，是建立在原有架构的基础上进行的智能化以及简约化改造。尤其是在5G通信技术全面普及之后，会产生大量的移动化智能设备，这些智能设备将作为物联网的节点实现区域范围的调控。而设备存储量的逐步扩大、尺寸的逐步减小，也进一步提升了物联网本身的便捷性，这为移动物联网的出现提供了可能，同时也为各行各业发展体系的创新提供了更多的发展空间。

除此之外，5G网络的出现，进一步拓展了原有的网络体系，并且将原有网络体系中的部分真空区以及空白区呈现出来，可以为网络功能的开发预留更多的空间，也可以为整体社会的未来发展提供一个崭新的平台。例如原有的人工智能体系仅仅应用在建筑的智能化管理以及智能家居领域，但是在当前的5G发展环境下，人与物以及物与物之间的关系越来越强，跨空间、时间、领域的物联体系建设也成为了可能[8]。又如电子化博物馆、虚拟化建筑等成果的出现，能够有效改变原有的产业格局以及产品研发理念。

这种崭新的发展方向，也为后续的物联网体系建设和创新提供了新的途径，比如物联网行业新技术场景的应用，能够进一步提升整体行业的发展质量，大量技术的加持，可以增强5G物联网的服务效果以及产品品质。在备受用户青睐的同时，还可以打造新型的技术方案以及管理模式。

3.4 丰富了物联网的应用领域

5G技术已经成为当前社会多个领域落实技术创新的主要技术体系，而互联网环境下的物联网成果也为大部分产业所引用，这其中本身有着较强的交互性[9]。而5G技术的逐步普及，也成为物联网应用领域拓展的主要平台。

例如，通信领域的物联网建设能够依靠5G技术进行创新，这是当前融合的最基础平台。物联网中应用5G通信技术，能够有效提升网络信息传输的速率，并接入大量的物联网设备，实现一对多的联动性信息传递和处理。另外，在5G技术与各项生产体系构建关联的过程中，自然也能够为物联网的发展营造新的平台，例如电力物联网、工业生产物联体系、教育共享及合作平台[10]，这些领域所依托的信息技术、互联网平台以及自动控制系统，都离不开5G技术，自然也就成为万物互联生长的良好土壤。

除此之外，利用通信技术作为物联网创新的主要技术体系，还可以打造节能发展系统。例如可以实现硬件的节能技术创新，首先针对硬件架构的设计来讲，能够有效优化原有的设计流程，进一步提升硬件本身的能效水平，这协议以及功能的不断发展以及成熟，可以将原有的fpga高功耗器件更换为asic专用芯片，在提升集成度以及性能的同时，也可以降低原有设备的基础功率，这样可以在构建物联网体系的过程中，让相关硬件设备的性能得以提升，同时也具备节能价值。另外，进一步推动了半导体工艺的发展速度，当前部分通信基站使用的技术体系往往为14 nm或者28 nm的技术，在经过创新和改革之后将会升级为10 nm或者7 nm的技术体系，这能够进一步提升芯片工艺的创新发展力度，同时也可以削减功耗。除此之外，应当重视新技术和新材料的引入，使功放效率全面提升。例如，应用漏压调节或者GaN等技术，对PA设计进行优化，使设备功率利用率得以提升。

4 结语

综上所述，5G技术的广泛应用为当前的物联网格局以及功能优化提供了新的空间，全面增强了物联网的速度，落实了新功能的开发，打破了原有4G网络体系的限制，实现了高速度、高质量的创新和优化。同时新兴技术的应用也可以有效改变原有的物联网服务体系，5G基站节能技术的应用实现了新材料以及新技术的引入，智能化技术的创新为多个领域之间的联动构建了新的纽带。就整体发展现状来看，5G技术成为了物联网高效发展的载体，也成为了整体社会建设的必要保障。