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论物联网下5G通信关键技术研究与应用

2021/10/15 阅读:

摘要:阐述了物联网技术的相关概念,研究了5G通信物联网系统的总体架构,分析5了G通信物联网中的关键技术,希望促进经济社会的高速发展。

关键词:物联网;5G通信;关键技术

1、物联网技术概述

物联网通过互联网将物物相连,是一种新一代信息技术,通常是使用多种信息传感设备,融合多种信息技术,对需要进行监控、连接和互动的物体其过程和位置信息,通过实时采集和收集,与互联网相结合,多种信息和传感设备之间构成一个大型网络,实现对物品的快速识别、管理和控制的目的。在互联网的基础上,物联网通过微小芯片进行合理标识,广泛应用在不同领域,便于互联网完成物物、物人之间的联系[1],随着5G通信技术的发展,与物联网相结合,作为未来创新发展的新趋势,其应用场景如图1所示。

2、5G通信物联网总体架构

5G通信作为一种新型的移动通信技术,与4G通信技术相比,是基于超高频段来实现对数据的传输,优化和改善了能力指标,提升了体验速率和传输速度,数据传输范围可达2km,在空间上有所突破。目前,5G通信技术已经成为主要通信技术,大幅提高系统容量,节约能源并降低成本,推动网络向前发展。其中以蜂窝网络通信技术为主流,其网络峰值速率可达GB/s标准,满足高清视频的传输,实现虚拟现实的转换,满足自动驾驶以及远程医疗等行业的应用需求,超大网络为各类设备提供通信连接。相比LTE,频谱效率约提升10倍,在高速移动通信和全面覆盖下,提高了流量密度和连接数密度,提升了系统协同化水平,实现了空间的自动调整[2]。作为物联网接入技术,5G通信连接更多的设备,容量得到提升,强大的信号使用户接入网络更畅通,5G通信物联网的总体架构如图2所示。在架构中,传输层和边缘计算层进行分离,应用层和云计算层进行解耦,解决传统物联网传输中的弊端,实现了网络资源的独立和共享。感知层是整个系统架构的入口,所有的数据信息都是通过感知层而产生,借助各类传感器和控制器,实现对数据信息的采集,通过wifi、蓝牙和ZigBee通信方式,将采集的数据传输到感知层中。传输层是数据传输的主要媒介,传输层中包括5G终端、5G物联网关、NB-IOT终端和eMTC终端,通过各类终端实现协议的转换和传输,将感知层中的通信方式变成与5G通信技术兼容的形式。边缘计算层是设备接入和数据处理的中介,一般采用嵌入式终端,借助边缘计算,降低了核心网络的负担,只对边缘计算后的数据进行处理,提升了网络性能,同时兼备身份识别和安全认证等多种功能[3]。雾计算层与边缘计算层连接,实现整个网络的无缝连接,具备功能定义、接口定义、资源管理和权限管理等功能。云计算层是为应用层提供服务,包括公有云和私有云,将所有的数据传输到云计算层,在数据中心中实现对海量数据的存储的计算。应用层是整个系统架构的最高层,所有的层次都是服务于应用层,借助大数据处理技术,为车联网、人工智能和决策支持等提供技术保障。

3、5G通信物联网关键技术分析

3.1全频段技术

5G通信物联网技术采用全频段技术[4],解决4G通信技术中频段不完善的难题,使用全频段技术,提升了5G信号覆盖范围的网速,在网速和信号稳定的条件下,确保信号天线以及通信设备更小型化,目前,已经建立了许多5G通信体验区,便于人们体验5G生活。

3.2设备间的直接通信技术

传统的通信系统中,信号的接收和传输都使用的是基站,而在5G通信技术中,逐渐完善通信系统的缺陷,使用直接通信技术,将基站去除,在没有基站的情况下也可以接收和传输数据,有效地解决因用网数量增多而出现的网络信号差的问题。

3.3密集网络技术

随着物联网5G通信技术的建立,通过增加蜂窝平台,提高网络容量,提升数据传输效率。在开发过程中,通过持续进行技术处理,使密集网络技术达到设定的要求,扩大系统的外部区域,提高系统的容量和效率,为系统的稳定和灵活奠定基础。在一些开放的环境中,逐步建立更多的密集网络,通过与网络技术的结合,满足不同业务和用户的个性化需求。

3.4SDN/NFV技术

在5G通信网络技术中,SDN/NFV技术为其提供安全保护,其架构如图3所示,与其他技术融合后,构建出新型5G网络,包括数据转发层、控制层和应用层,利用5G网络构建的通信架构,可以实现网络通信的虚拟化和软件化,对数据进行分离,同时带动网络的自动调用功能,替代手动配置方式,SDN/NFV技术的分离和转发功能,为5G网络运行的可控性奠定基础,以满足不同人员的使用需求。

4、结语

物联网技术作为信息时代的关键技术,5G通信技术作为移动通信的全新技术,将物联网与5G移动通信技术高度融合后,创造出更大的价值。1)构建出5G通信物联网系统总体架构,包括感知层、传输层、边缘计算层、雾计算、云计算以及应用层。2)详细分析5G通信物联网中的关键技术,包括全频段技术、设备直接通信技术已经SDN/NFV技术,将5G通信技术与物联网技术相互融合后,呈现出全方位的发展状态。

参考文献

[1]刘紫恒.物联网形势下的5G通信技术应用[J].信息通信,2020(1):249-250.

[2]王翊有.物联网形势下的5G通信技术解析[J].数字技术与应用,2019,37(7):42-44.

[3]吴丽坤.5G背景下的蜂窝物联网建设策略分析[J].信息通信,2020(10):166-168.

[4]廖世强.物联网与5G通信技术融合的研究[J].现代信息科技,2020(2):92-93.

作者:任丽娜 单位:山西职业技术学院

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