【物联网技术和5G技术对比探析10000字】

物联网技术和5G技术对比研究摘要物联网技术正在飞速发展，和第五代移动通信的发展具有很大的关系。也动通信的关键技术等，然后对物联网技术和第五代移动通信技术进行分别从体系结构方面，应用场景方面，低延时方面，以及关键技术等关键词物联网第五代移动通信对比研究关键技术物联网新趋势 1 11.25G技术基本概述 12物联网概述与关键技术 22.1物联网技术系统架构 2 3 32.3.1NB-IOT技术 32.3.2LoRa技术 52.3.3WIFI技术 52.3.4蓝牙技术 62.3.5zigbee技术 635G通信的关键技术 63.15G技术概述 63.25G技术应用场景分析 73.35G通信的关键技术 73.3.1MIMO技术 7 9 94物联网技术和5G技术对比研究 4.1物联网和5G之间关系对比研究 4.3低延时的解决方案对比研究 4.4关键技术的对比研究D2D 4.55G在物联网中的应用优势 5基于5G+IOT相结合的物联网新趋势 5.1物联网未来路线和趋势 5.25G改变物联网的六种方式 5.3基于iot+5GmMTC的智能家居分析 5.4基于iot+5GuRLCC的无人驾驶 结论 当今时代，是一个科技的时代，一个数字化的时代，一个飞速发展的时代。关于换代验证了移动通信技术的发展，在2020年第五代移动通信技术商用以后，人们的生活也将被5G技术所改变，目前买的手机很多也是支持的5G技术的手机。第五代移动通信及时的飞速发展，也带动了另外一个技物联网技术与人们的生活也是紧密相连，很多五代移动通信的发展具有很大的关系。也就是描述，也对5G技术进行简单的描述。物联网技术就是万物互联，它不是一个新兴事物，也不是一个新兴的概念和技术早在1999年的时候，物联网的概念就已经被提出，当时物联网的英文名字是IoT,目前也是采用IoT作为它的名字，物联网则会造福万人，它是时代的产物。在欧盟的各分支，物联网技术是基于因特网的协议基础，物联网技术，是互联网技术的一种扩展，“物”,可以指的是人，也可以指的是没有生命的东西，其实就是指的一个泛指的概一个智能终端设备。一个可以连接网络的智能设备物联网技术的飞速发展，离不开最近第五代移动通信技术的发展，近几年来，第技术传输的是模拟信号，自身抗干扰能力特别差，保密性也制式有两种，分别是美国使用的标准，是AMPS技术，欧洲标准，它是TACS制式。这样抗干扰能力更强，保密性更好。第三代移动通信技术采用了更高阶的调制技移动通信技术，5G技术主要采用了mMI2物联网概述与关键技术物联网参考体系架构有很多种分类，广泛使用结构，是三层的架构，如图2-1所络，也包括一些常见的免费频段的通信系统或者自己组建的通信网络系统，换句话智能家居智能家居智能物流智能环保智能电网智能交通智能农业云计算平台互联网无线网络有线网络人电视机汽车图2-1物联网体系结构应用层网络层接入网关传真机感知层物联网技术的发展，是在互联网基础上的，,通过和别的技术整合，组成一个自己的网络体系，在这个网络体系中，是各种物体之间的通信，各种“物”之间完成相关通信，各种“物”之间进行信息交流，这些都是自发的完成，“物”之间的数据传输和传递，主要利用了RFID技术完成的，在物联网体系架构中，RFID标签中存储了“物”的各种信息，通过“物”之间的数据传输，完成了RFID标签中的数据传输和交流，然后“物”的数据信息通过自身的体系架构，传输到互联网这个大的网络中。物联网技术是一个很大的通信系统，根据物联网的基本通信原理来看，以及物联网数据传输的方向来分析，物联网主要实现的通信是“物”和“物”之间的通信，这里说的“物”,说白了就是指的终端设备。除了“物”之间的通信外，物联网通信还包括“物”和“用户”之间的通信”,物联网技术的发展，最终的目的是为人类的发展，为社会的进步服务的，所以，物联网技术不仅可以实现“物”和“物”之间的通信，也可以实现“物”和“人”之间的数据传输和控制。物联网技术的发展，结合物联网技术在日常生活中的应用，物联网技术特征可以总结如下几个特征：第一个特征：物联网可以实现“物”之间的全面数据传输。利用终端传感器进行数据的采集，然后将数据传输到后台服务器，后台可以访问终端设备进行数据读取，也就是全面的通信，形成一个大的因特网系统。第二个特征：物联网通信是非常可靠的技术传输。第三个特征：物联网是一个经济实惠的技术手段，人人都可以使用物联网。第四个特征：物联网数据处理非常智能化：在物联网终端，可以进行边缘计算，在端进行数据的描述处理，通过神经网络，可以分析数据。物联网技术涉及到了感知技术，微电子技术，网络通信技术，传感器技术，以及无线通信技术等等。针对物联网的关键技术，主要包括NB-IOT技术，LoRa技术，蓝牙技术，zigbee技术，WIFI技术等等技术，在这里，将会对这些技术进行简单的论述2.3.1NB-IOT技术NB-IoT技术，它的英文是NarrowBandInternetofThings,翻译成中文可以理解是窄带物联网技术，NB-IoT它是基于蜂窝技术的，一种蜂窝通信，也是目前应用最为广泛的新技术。从技术角度讲，NB-IoT技术和FDD技术原理类似，也可以认为N技术是简化版的FDDLTE,因为NB-IoT网络是基于现有FDDLTE网络进行改造来的。FDDLTE是4G通信的一种，主要为通信服务的，也就是为人类通信服务的，但是NB-IoT应用领域主要是智能穿戴式应用，以及NB-IoT智能垃圾桶，电网的远程监测，智能停车，以及我们常见的共享单车等。NB-IoT的网络架构，其实就是简化版的LTE,它和LTE网络类似，架构如图2-2所示。r通过NB-IOT的体系结构可以看出，终端UE,就是UserEquipment,通过空中接全称EPC(EvolvedPacketCore),主要完成和终端的数据交换功能，同时将IoT业务相关数据转发到IoT平台进行数据处理。应用服务器部分，也就是用户用的最多的部分，接触最多的部分，应用服务器通过http协用平台开放的API接口，来控住用户的数据终端，同时终端也可以通过相关通信将自细分，将核心网进一步细分后的NB-IOT体系结构如图2-3所示。通过和图2-2对比，主要多了MME部分，SCEF部分，P-GW部分和S-GW部S-GW:是服务网关，全称是ServingGW,主要的功能是完成通信过程中数据报P-GW:是分组数据网网关，也称PDN网关，主要是UE和外部分组数据网络的2.3.2LoRa技术也就是常说的ISM频段。常用的ISM有很多，例如433MHz频段，470MHz频段，868MHz频段，以及915MHz等。LoRa具体的工作过程是若干终端endnodes采集底网络服务器(NS)再把数据发给应用程序端，也就是常说的APP,也可以将数据发关于LoRa技术的应用领域，主要分成了几个大的：智能公用事业、健康和卫生、2.3.3WIFI技术WiFi其实是无线局域网(WLAN)中的一种非常重要的技术。WIFI可以使用2.4GHz进行传输，也可以使用5GHz频带进行传输，传输距离50m范围内。WiFi频段，2.4122.4172.4222.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.3.4蓝牙技术在物联网技术中，蓝牙技术也非常常用。我们常见的手机上的蓝牙技术传输距离一般比较近，大概几米范围，通过蓝牙技术，设备之间可以快速的建立起一个通信体系架构，目前全世界使用蓝牙技术都是基于2.4GHZ的频率，其属于ISM波段。蓝牙技术主要的优点包括：功耗特别低，组网的覆盖范围比较大，最大可以达到100米；安全性高，采用了AES-128CCM的加密技术，以及相关的加密算法，可以保证数据的安全和用户数据的隐私；体积小，可以快速集成化，直接将蓝牙模块设计到终端设备上去；组网方便，可以快速建立Ad-hoc通信连接，就是对等连接组网，根据数据传输和控制方向，蓝牙模块可以分为主设备和从设备。蓝牙的缺点主要有：不能直接和云进行通信，不能直接连接到云端服务器；传输距离比较近；组网能力有限制，不适合多点布控组网。ZigBee是建立在IEEE802.15.4标准之上，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的设备之间的数据通信。2.4GHz~2.4835GHz。三个频段传输速率分别为20kbps、40kbps以及250kbps。优点：第一个是低功耗：大概1mW。第二个是成本低：模块便宜。第三个是复杂性低：协议简单。第四个是时延短：搜索设备时间短。通信的发展，经历了模拟通信的1G时代，数字的2G和，以及3G时代，后面是4G,在4G时代，智能手机才真正的普及与应用，才真正迎来了智能化的时代，科技在进步，技术在发展，随着2020年5G商用元年的到来，5G通信已经到来，和4G移动通信一样，5G移动通信也是属于数字蜂窝通信，蜂窝通信，就是将运营商信号覆盖的区域划分为多个小区，类似于蜂窝一样，第五代移动通信，英文全称是5th接称之为5th-Generation,一般简称称之为5G,它是新一代的数字蜂窝通信技术，是在第四代移动通信基础上发展起来的，继承了第四代移动通信的优点和一些关键技术，第五代移动通信的性能要求是传输速率更快，延时更小，关于第五代移动通信的应用场景，有很多分类，最权威的是3GPP定义的关于第五代移动通信的应用场景，主要定义了3个大的应用场景方向，如图3-1所示。3D/超高清海量视频图3-15G技术应用场景第五代移动通信主要有三大应用场景，从信息交互的对象和方向来看，第五代移动通信5G和物联网技术是分不开的，海量机器类通信和超可靠低时延虽然是面向物“人”和“物”之间的数据交互，超可靠低时延(uRLLC)主要数据交流方向是“物”和“物”之间的数据交换。NB-IOT就是一个典型的海量机器类通信应用，其属于一3.3.1MIMO技术MIMO技术将进行变革，变成了mMIMO技术。大规模天线技术可以成千上百倍的提远远不能满足第五代移动通信大容量的要求，在第五代移动通到128个，同时采用波束赋形技术，可以将天线的信号进行集中到某个方向，提高信号的辐射效率，提高信号的质量，mMIMO技术相结合，可以将特定的信号发射到特定的用户，同时也第8页共21页域的干扰。大规模天线系统的主要应用场景如图3-2。图3-2大规模天线技术的应用场景mMIMO技术，归根结底，还是MIMO技术的升级，关于MIMO模型，如图3-3mMIMO技术，核心还是MIMO技术。在MIMO天线系统中，M根发射天线，N根接收天线，总的天线数量可以达到M×N条天线，总的天线发射接收其中H∈c×M,Hm表示的是：第n根天线发射，到第m根天线的传输通道，在MIMO系统中，接受端收到的信号为：∈c×1表示发射端发送的数据，nEcN×1为接受端天线收到的噪声。D2D技术是设备到设备通信的一种技术。在4G时代，D2D通信应用领域比较窄，主要应用在公共安全领域，但是在第五代移动通信5G时代，D2D技术应用领域将会扩大，将会用到无人驾驶领域、可穿戴应用领域、车联网领域等等的物联网技术领域。D2D网络通信架构示意图如图3-4所示。D2D分类主要有2类，分别是：小区内的D2D和小区间的D2D。eNodeBeNodeB在5G关键技术中，特别是在eMBB增强移动宽带应用场景中，其信道编码技术方案，中国企业在里面做了不少贡献。控制信道的编码技术，采用的Polar编码，这个polar编码是中国华为公司主导的，另外一个编码是数据信道的编码技术，采用的LDPC码。Polar码极化示意图如图3-5所示。图3-5polar码极化示意图Polar码也分成编码和解码两个部分，原理如图3-6所示。4物联网技术和5G技术对比研究5G通信是物联网发展必不可少的通信技术，在5G通信领域，定义了三个应用场景，其中mMTC和uRLLC是为物联网服务的，从这个角度来分析，5G技术和物联网技术密切相关，物联网技术属于5G技术的一部分。目前的第四代移动通信对物联网的接入点有限制，不能大规模的进行终端接入，主要是4G通信速率低，以及抗干扰能力差，第五代移动通信正好可以解决这个问题，使物联网技术可以快速发展，正是因为5G的发展，才促进了物联网技术的变革和快速发展，5G技术和物联网技术相结合，可以满足物联网的延时小，速率快，大规模接入，传输稳定、覆盖面广等等方面物联网和5G对比研究，从应用场景来看，5G主要有三个应用场景，应用场景如图4-1所示。第一个是移动宽带增强eMBB,第二个是大规模物联网mMTC,第三个则是物联网的应用场景。5G的快速发展，也是为物联网技术的发展服务的，物联网技术和5G技术是密切结合的。海量机器类通信和超可靠低时延这两个应用场景则是面向物联网的应用场景，所以说第五代移动通信5G和物联网技术是分不开的，海量机器类通信和超可靠低时延虽然是面向物联网应用的，但是各有各的侧重点，海量机器类通信mMTC数据交流的方向主要是“人”和“物”之间的数据交互，超可靠低时延(uRLLC)主要数据交机器通信移动宽带机器通信影超高可靠低时延通信图4-1应用场景三个方向未来5G应用场景范围比较大，可以应用到各个方面。增强移动宽带场景，主要应用的有移动通信，高清视频传输，高清的语音功能海量机器通信场景，主要就和物联网相关了，主要有M2M应用，也是就是“物”超高可靠低时延通信，主要的特点是可靠性高，以及时延特别小。主要应用在自动驾驶领域，自动驾驶要求可靠性特别高，以及时延特别结合5G的应用，其中海量机器通信场景和超高可靠低时延通信都是属于物联网第三个场景：低功耗要求。这个应用场景比较多，常见的智能远程抄表，智慧物总结，通过5G应用场景和物联网应用场景对比，其实两者密切相关。5G的应用在移动通信领域，时延是一个非常重要的因素。关于时延，一般包括单向时延和数据通信，一般都有发送端和接收端，单向时延主要是数据从发送端传输到接收发送方，这两个过程的时间之和。双向时延，在5G通信领域，常说的时延就是指用户面时延，5G通信的时延可以达到1毫秒的标准，这个1毫秒的标准主要用在物联网相对于4G,4G当时的时延包括上行时间时延和下行时间时延，这个时延大概20ms,在5G时代，时延直接降低到1毫秒，对物联网应用的超可靠且超低的时延业针对5G通信的关键技术，其中D2D技术是在两个设备之间建立的通信，一种短距离通信方式，属于基于5G技术的物联网技术新针对5G时代下的D2D技术，其在物联网中已经可以应用，举个例子，D2D技术在智能家居中的应用，如图4-2所示。各种家电设备通过D2D通信进行数据通信，比发送数据给空调，要求打开空调，并控制空调的温度。图4-2D2D技术在智能家居中的应用D2D技术不止在智能家居上可以使用，在车联网上也可以使用，也就是车载D2D5G技术的快速发展，也促进了物联网技术的应用，两个技术密切相关，互相促进，5G的发展，对物联网技术的发展具有应用优势，主要体现如下几个方面。第一个方面：广域覆盖。5G的发展，促进了物联网的广域覆盖，原先的物联网覆盖范围有限，自从5G商用后，物联网的覆盖范围变得更大。为用户提供了更优的业第二个方面：容量大。物联网主要是接入设备，5G网络可以容纳更多的用户接入，同时5G的速率非常高，进一步提高了物联网用户体验。5G的网络的发展，促进了物联网的容量接入和传输速率。第三个方面：低时延。物联网技术，本身就要求延时低，物联网组网，最终还需要和通信大网进行接入，在4G时代，4G的时延大概20毫秒，对一些要求高的物联网应用，20毫秒时延太大，无法满足物联网的低时延要求。在5G时代，时延进一步降低，可以达到1毫秒的时延，完全可以满足物联网的应用，比如车联网，无人驾驶，远程医疗等的应用。第四个方面：低功耗。在物联网应用要求中，低功耗是一个非常重要的考虑因素。在一些数据采集终端，要求设备的功耗低，功耗低，才能保证设备的长时间工作，5G也对功耗提出了新要求，完全是满足物联网的功耗要求。可以对终端能耗和及其成本进行有效控制，从而保证物联网和5G中的物联网应用工作在一个功耗低的5基于5G+IOT相结合的物联网新趋势第五代移动通信快速发展，对物联网技术提出了新的要求，出现了基于5G+IOT物联网的发展，最初就是一个简单的近距离组网，然后通过移动通信系统进行一个大的组网和通信。原先用的移动通信主要是2G通信，物联网先通过wifi或者蓝牙或者zigbee进行组网，然后通过2G进行通信，主要使用的是GSM通信。可以说以前的物联网是2G物联网。随着蜂窝通信的发展，物联网慢慢的向4G连接发展，物联网也主要使用NB-IOT物联网，自从2020年5G商用以后，物联网进一步发展，开始面向5G发展，也就是未来的物联网发展的主要路线是：NB-IOT+4G+5G一起发展。在2020年，工信4G物联网和5G物联网的综合体系。NB-IOT主要为了满足一些对传输速率不高的应用场景，4G物联网，主要指的是LTECat1,主要满足一些中等速率要求的场景，并在蜂窝通信的物联网市场中，高速连接，大概占有10%份额，中等速率连接，市场比例30%,低速窄带连接，市场高达60%比例。也就是说NB-IOT在物联网市场中第五代移动通信的发展，对物联网的发展起到了促进作用，对物联网的发展提出了新的要求，也改变了物联网的发展，下面主要对5G改变物联网的方式进行论述。第一个改变，更轻松的连接。5G可以认为是下一代的WIFI,通过路由器向周围步开发5G基础设施，以及电子公司生产的设备能够在几乎不消耗电能的情况下保持第五代移动通信，其中有个应用场景是mMTC,也就是海量机器类通信，其实它就是物联网的应用，针对5G和物联网的相结合，举了一个基于海量机器类通信的智能家庭应用场景，如图5-1所示。HomeSecurity5GAccSmartHomeSmartphoneSmartTVLa基于物联网和5GmMTC的智能家庭系统，功能比智能家居更强大，家里的很多设备都是通过WIFI进行组网，然后WIFIAP和小基站相连，小基站再和5G接入单就是5G中的物联网应用，针对物联网技术和5G技术的相结合，举了一个基于超高可靠超低时延通信的应用场景，无人驾驶汽车。如图5-2所示。RadarmeasuresAosersensors-非常低的延迟，如<1ms;图5-2基于超高可靠超低时延通信的无人驾驶应用场景基于物联网技术和超高可靠超低时延通信的无人驾驶汽车，对5G网络提出了更高的要求，首先延时必须小，小于1毫秒，然后就是可靠性高，多个天线，多个基站保证通信的冗余设计，也是就是稳定性的提高。网技术的发展奠定了强大基础。物联网属于互联网的范畴，但是基于5G的物联网技智慧物流、人工智能、自动驾驶、远程医疗等等都实现万物互联，都因5G而改变。本论文主要讲述的是5G技术和物联网技术的对比研究，首先介绍了物联网技术概述，物联网技术的体系架构，物联网技术的关键技术，然后讲述5G通信