在過去的十年中，技術取得了前所未有的進步，包括智能手機的廣泛使用、數十億物聯網設備部署在各個行業領域、 工業 4.0的引入以及邊緣計算的興起。但這種技術增長并沒有放緩。雖然這在許多方面都是有利的，但它也會給基礎設施帶來壓力。很明顯，除非這個基礎設施問題得到正面解決，否則下一代技術將無法發揮作用。

一個特別麻煩的因素是云計算的引入，因為它消除了單個設備處理自己的數據的需要。盡管這大大簡化了他們的設計并降低了成本，但它也需要更高的帶寬和更低的延遲。

邊緣計算是一種可以緩解云計算面臨的一些問題的解決方案。但是，由于邊緣計算設備可能位于本地網絡中，帶寬限制可能會導致連接到同一網絡的其他互聯網連接設備的性能下降。

網絡技術挑戰

存在許多網絡技術，每種技術都有自己的優點和缺點。廣泛使用的主要網絡技術包括 Wi-Fi、蜂窩、遠程 (LoRa) 和電纜（光纖）。

Wi-Fi 在速度、延遲和成本之間提供了極好的平衡，這就是它主導家庭無線市場的原因。但 5 GHz 和 6 GHz 使用的較高頻率會降低其有效范圍。

4G 等蜂窩網絡的開發考慮到了移動技術，因此，它們提供了出色的特性以及范圍和設備支持。但是，它們對于實時物聯網應用是不切實際的。它們具有較大的下載速度，但由于等待時隙的時間長而受到延遲的影響。

LoRa 無線電是一種網絡技術，由于其低能量需求和遠距離能力（在某些情況下超過 15 公里），在遠程物聯網應用中越來越受歡迎。為了降低能耗，LoRa 的帶寬極小，僅適用于發送字節數據（它不適合直播視頻）。因此，LoRa 常見于偏遠的工業場所，例如輸油管道、監測大量土地的農場以及識別潛在森林火災風險的環境傳感器。

光纖是速度和延遲方面的終極解決方案，因為使用物理連接消除了對高能天線、敏感接收器和復雜網絡硬件的需求。但是，電纜的物理特性意味著只有物理連接到電纜的設備才能使用網絡。

5G 提供什么？

與其前身不同，5G 在設計時考慮了連接性， 重點關注物聯網設備、邊緣計算和云計算。因此，其主要目標是為客戶提供更高的速度、更低的延遲和可以改善網絡服務的基礎設施。

5G 在微波區域利用更高的頻率，這增加了其帶寬（高達 20 Gbps）并利用多個不重疊的信道頻率。此外，MIMO 天線和波束成形的使用進一步降低了在同一信道上運行的設備之間的干擾。

5G 還使用多種技術顯著降低了連接延遲，包括網絡切片、非固定時隙和本地邊緣計算服務。網絡切片允許5G 網絡創建單獨的通道，從而最大限度地減少同時使用任何一個通道的設備數量，而非固定時隙的引入使 5G 設備能夠在需要時傳輸數據。

最后，在 5G 網絡中，數據量大的云服務可以更靠近用戶，這意味著連接的客戶端可以更快地訪問資源。客戶無需從設備到手機信號塔再到互聯網再返回，而是可以直接訪問手機信號塔并獲取他們需要的數據。

未來的應用

雖然 5G 仍處于起步階段，但許多應用可以從所提供的高帶寬、低延遲功能中受益匪淺。

一個這樣的例子是車聯網（V2X）。汽車制造商面臨的一個主要挑戰是 自動駕駛和防撞技術的發展。當前的解決方案必須獨立運行，這意味著它們通常依賴于眾多成像技術，包括雷達和激光雷達。雖然這有利于處理異常情況，但它仍然會看到有限的響應時間并引入未知數。

然而，V2X 提出了一種解決方案，所有設備（包括所有車輛、行人、路標和交通控制系統）都可以報告位置、方向和速度等關鍵數據。使用 5G 網絡數據，道路上的車輛可以提前很好地預測碰撞風險，同時還可以警告行人和其他車輛自己的位置、速度和方向。因此，由于 5G 提供的低延遲和大型設備支持，V2X 提供了許多安全和交通管理機會。

工業站點是私有 5G 網絡的另一個有前途的應用，運營商可借此創建和管理自己的 5G 網絡。許多工業流程通常依賴于從機器獲取的實時數據，這就是為什么工業系統歷來難以在通用 LAN 網絡上運行的原因。大量同時連接以及可以在整個工廠移動的自主交付系統的使用也使得 Wi-Fi 等技術不適合。

5G 網絡設備能夠在接入點之間漫游而不會丟失連接并提供低延遲，這使得 5G 非常適合在工業站點中使用。這樣的網絡不僅可以支持大量設備，而且可以根據其重要性對流量進行優先級排序。可以為實時數據包提供更好的延遲。此外，使用位于各個接入點的邊緣計算服務可以減少延遲，同時減少對更大網絡的壓力。

物聯網設備的引入也為城市管理和規劃開辟了新的可能性，引發了物聯網的一個新領域：智慧城市。可以說，城市管理面臨的兩個最大挑戰涉及交通管理和污染。城市可以通過監控車輛和道路使用來管理交通，并且可以通過廣泛部署空氣質量傳感器來管理污染。然而，當前的網絡基礎設施無法處理整個城市的數千個傳感器，而此類設備帶來的安全挑戰意味著無論使用什么網絡都必須建立在安全之上。

5G 網絡非常適合智慧城市的發展，不僅因為它們能夠處理數千臺設備并提供大帶寬，還因為它們能夠運行虛擬網絡，可以部署強大的安全實踐，無需密碼和 API 密鑰并支持物理設備身份驗證。

 由于帶寬增加、延遲改善和支持邊緣計算的能力，5G 為工程師提供了令人興奮的新可能性。此外，創建私有 5G 網絡的能力為企業和制造商帶來了新的機遇。最后，在邊緣運行服務的能力可以為數百萬客戶改進基于云的應用。