5G与物联网融合在城市轨道交通运维中的探究

第五代移动通信系统(简称5G系统)支撑的物联网，其接入量和覆盖面将大大扩展，可以较好的适应和满 足城市轨道交通日益增长的运维需求。通过研究5G系统与物联网的发展方向、技术特点以及融合趋势，并对该融 合对城市轨道交通运营与维护方面的影响进行分析和探讨，提出了应用建议和对策。

2017年2月27日至3月2日，世界移动通信大 会(MWC)在西班牙巴塞罗那召开¨J，第五代移动通 信系统(SC)成为本届MWC关注的焦点。相对3G、 4G更多的是满足语音以及数据业务需求，5G则聚焦 于增强移动宽带、海量连接物联网、垂直行业应用等 领域，是“万物互联”的关键载体。据GSMA预测，到 2020年，基于蜂窝技术的物联网连接数将达到10亿 ～20亿口”18，物与物的连接将会更加多样和丰富。 “时时互联，物物互联”的愿景，近在咫尺。

截止2016年末，中国大陆地区共有30个开通 城市轨道交通运营，共计133条线路，运营线路总长 度4 152．8 km。运营线路增多、客流持续增长、系统 制式多元化、运营线路网络化的发展趋势更加明 显""。而传统轨道交通运营存在智能化低、人力密 集、响应缓慢等问题。在这种背景下，从运营需求 出发，通过积极推进新技术的应用，提高运用管理 水平已是当务之急。可以预见5G和物联网的融合 同样将为轨道交通运营创造更多价值。

2 5G移动通信系统

2-1 概述

近几年随着4G在全球范围内已经完成大规模部署，5G已成为国内外移动通信领域研究的热点。相比4G系统，5G系统在峰值速率、频谱效率、覆盖、 连接数、延时、可靠性、用户体验、功耗控制等方面都 有显著提高。为大规模物联网、车联网、虚拟现实、增 强现实、在线游戏等应用提供了有力的支持。

2．2 5G技术 5G关键技术主要集中在无线技术和网络技术 两方面。无线技术领域主要包括：大规模MIMO技 术、新型多址接人技术、超高密集度组网技术、新型 多载波技术等；网络技术领域主要包括：网络切片 技术、控制平面／用户平面分离技术、网络功能重构 技术等H J17。因此，相比4G技术，5G技术将实现单 位面积移动数据流量增长l 000倍；在传输速率方 面，典型用户数据速率将提升10～100倍，峰值传输 速率可达10 Gbit／s(4G为100 Mbit／s)Ls]；同时，端 到端时延将缩短5～10倍，达到ms级，频谱效率将 提升5～10倍；高速移动性可达500 km／h。 

2．3 5G发展及预期 早在2008年4月，美国NASA就展开了5G通信 技术的研究。随后欧洲、中日韩等主要经济体纷纷开 始研究5G的核心技术。经过多年发展，5G技术有了 长足的发展。在2017 MWC上，3 GPP宣布会提前半 年确定5G新空口规范№J，业内预计2019年有望实现 大规模5G部署，此举将大大加快物联网产业发展。 

我国移动通信技术从1G开始到4G，从空白到领 跑，实现了移动通信产业发展的历史转折。2013年， 我国成立了面向5G移动通信研究与发展的IMT一 2020工作组，并积极参与5G的标准制定。该工作组 推动了我国提出的5G愿景与需求成果成为全球共识，将我国主导的5G关键技术写入5G国际主流标 准，并发挥运营企业市场牵引作用，推进了5G支撑移 动互联网、物联网应用融合创新，提升无线移动通信 服务能力。而根据国家工信部的规划，我国2017年 将加快5G等重点频率的规划与协调。国内主流厂商 华为和中兴则计划在2018年前至少投资数亿美元， 并积极开展5G关键技术验证。目前，我国5G技术 已于2016年9月完成无线关键技术的试验，接下来 将进行5G技术方案验证和5G系统验证，大规模5G 部署已进人快车道。2017年是行业从5G原型中走 出、进入早期商用产品和现场试验的一年。

3物联网

3．1 概述 所谓“物联网”的概念，最早由美国麻省理工大 学相关人员提出。关于“物联网”确切的定义，是指 通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、 激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何 物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现 智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络∽J。

3．2物联网技术 物联网核心技术包括以RFID为代表的物品识 别技术、传感与传动技术、网络和通信技术、数据处理 与存储、以3C融合为代表的智能物体技术等。通过 依靠微型感应芯片技术、智能化及无线网络技术，使 得人和物、物和物之间都能“交流”，做到万物互联。 从而运用于城市公共安全、工业生产、环境监控、智能 交通、智能家居、公共卫生等多个领域。其主要体系 架构分为感知层、网络层、应用层，分别实现数据的感 知测量、信息的传送通信以及各类应用服务等。

3．3物联网发展及预期 美国、欧洲、El本等国近年来加大了对物联网 的研究与投入，分别建立应用试验平台、制定战略 计划以及成立工作组等等。中国一直重视物联网 的研究，相关工作自二十世纪九十年代就已启动。 2010年10月8日，中国科学院成立中国科学 院物联网研究发展中心。2011年11月28日，工业 和信息化部印发《物联网“十二五”发展规划》。经 过多年发展，我国物联网产业政策环境不断完善， 产业体系初步建成，创新成果不断涌现，应用示范持 续深化，规模已经形成。具体反映在：公众网络机器。

到机器(M2M)连接数突破1亿；芯片、传感器、智能终 端、中间件、架构、标准制定等领域均有成果及突破； 在工业、农业、能源、物流等行业的提质增效。但还存 在产业生态竞争力不强、产业链协同不强、标准体系 不完善、物联网与行业融合不足等问题一J。2017年1 月17日，工信部制定印发了信息通信行业发展规划 物联网分册，提出促进物联网规模化应用为主线，提 出了未来五年我国物联网发展的方向、重点和路径， 更明确要求加快物联网与行业领域的深度融合，深化 物联网在智慧城市领域的应用。该分册为物联网在 城市轨道交通的应用指明了方向。

5G和物联网的融合 随着4G演进中的NB．IoT、eMTC的成熟，无线 物联网的发展开始起步。支持未来“万物互联”的 两个最重要的核心需求是海量的连接和1 ms左右 的时延，目前的移动通信网络无法实现。而ITU．R (国际电信联盟无线电通信局)确定的5G具有以下 三大主要的应用场景‘1 0I：(1)增强型移动宽带；(2) 超高可靠与低延迟的通信；(3)大规模机器类通信。 后两种场景极大地符合了物联网的“万户互联”实 际需求，又能较好满足物联网对网络标准化、安全 性等方面的需求。将提前结束物联网接人技术各 自为政的局面，取而代之的是统一框架下的无缝及 可靠的连接，同时大幅度地降低了建网的成本。

本文关键词：边缘计算网关