文丨謝新梅

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變了人們的生活方式并取得了巨大成功，下一個(gè)信息技術(shù)變革的動(dòng)力來自物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。從技術(shù)上看，物聯(lián)網(wǎng)就是從通信網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢地通信為目標(biāo)的泛在網(wǎng)。物物之間感知和通信是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。通信網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的前提，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展也對(duì)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)提出了很多新的挑戰(zhàn)和需求。

2 物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)可以看成是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍然是通信網(wǎng)絡(luò)。通過各種有線無線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)融合，物體的信息可以在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地交互傳輸。感知層的信息通過各種通信系統(tǒng)傳遞。這些通信系統(tǒng)包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，接入網(wǎng)包括了有線通信接入網(wǎng)和無線通信接入網(wǎng)。從廣義上來說，還包括了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)位于感知層，由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過采集層獲取信息在傳送到無線接入網(wǎng)中。除了采集信息外，微型節(jié)點(diǎn)還能獲取一定范圍之內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)采集到的信息，在該范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)采集到的信息統(tǒng)一處理，統(tǒng)一傳送，或者經(jīng)過節(jié)點(diǎn)之間的相互“聯(lián)系”后，它們協(xié)商傳送到各自的部分信息接入網(wǎng)，這樣就具有了無線自組網(wǎng)的功能。

2.2 接入網(wǎng)

1）無線通信接入網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的無線接入網(wǎng)包括短距離無線通訊網(wǎng)和長(zhǎng)距離無線通信。短距離無線接入網(wǎng)包括10多種已存在的短距離無線通訊（如2G/3G、WIFI、藍(lán)牙、RFID等）標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)以及組合形成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)（Mesh Networks)；長(zhǎng)距離無線通訊網(wǎng)包括GPRS/CDMA、3G， 4G，5G等蜂窩（偽長(zhǎng)距離通訊）網(wǎng)以及真正的長(zhǎng)距離GPS衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)，下面簡(jiǎn)單介紹幾種無線接入技術(shù)。

①蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)：蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了第2代和第3代移動(dòng)通信的快速發(fā)展，未來蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)將從第3代過渡到第4代(4G)。4G理論上在20MHZ的帶寬下達(dá)到下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率，支持的數(shù)據(jù)通信速率非常高，同時(shí)能在350km/小時(shí)的速度下達(dá)到很好的接收效果，真正滿足現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)要求。②Wi-Fi技術(shù)：Wi-Fi俗稱無線寬帶網(wǎng)，是一種短程無線傳輸技術(shù)，為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問。Wi-Fi一直是企業(yè)實(shí)現(xiàn)自己無線局域網(wǎng)所青睞的技術(shù)，在各行各業(yè)已被廣泛使用。如無線城市概念就是使用高速寬帶無線技術(shù)覆蓋城市行政區(qū)域。③GPS衛(wèi)星通信：GPS在物聯(lián)網(wǎng)中主要應(yīng)用在衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)方面，同時(shí)GPS與移動(dòng)通信基站定位、陀螺、航位推算技術(shù)進(jìn)行組合應(yīng)用，以及衛(wèi)星導(dǎo)航與無線通信等其它高科技的結(jié)合，這些都促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展。

2）有線通信接入網(wǎng)

①PSTN接入：物聯(lián)網(wǎng)用戶可以通過PSTN接入互聯(lián)網(wǎng)。所謂公用電話交換網(wǎng)PSTN，即我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫碾娫捑W(wǎng)。在眾多的廣域網(wǎng)互連技術(shù)中，通過PSTN進(jìn)行互連所要求的通信費(fèi)用最低，但其數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及傳輸速度也最差，同時(shí)PSTN的網(wǎng)絡(luò)資源利用率也比較低。②寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入：物聯(lián)網(wǎng)用戶可以通過寬帶方式接入互聯(lián)網(wǎng)，目前寬帶用戶最常見的寬帶接入方式接入互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商通過光纖接入到樓，然后再通過網(wǎng)線到戶。為居民提供的網(wǎng)絡(luò)速率一般為10Mbps，并共享帶寬。③有線通接入：有線通為各地的有線電視臺(tái)所經(jīng)營(yíng)，通過有線電視信號(hào)線接入，采用HFC-經(jīng)濟(jì)實(shí)用的綜合數(shù)字服務(wù)寬帶網(wǎng)接入技術(shù)，其終端設(shè)備為cable modem。HFC通常由光纖干線、同軸電纜支線和用戶配線網(wǎng)絡(luò)三部分組成。有線通采用有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)在于當(dāng)用戶激增時(shí)，速率就會(huì)下降且不穩(wěn)定，擴(kuò)展性不夠。④電力線接入：電力線通信利用傳輸電流的電力線作為通信載體，具有極大的便捷性。電力線上網(wǎng)可以充分利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無需任何布線，從而可以節(jié)省巨大的新增投資，但是很難保證數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)用戶端電壓的變化帶來了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，從而影響上網(wǎng)的質(zhì)量。

2.3 核心網(wǎng)

①移動(dòng)核心網(wǎng)：移動(dòng)核心網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的重要技術(shù)，和蜂窩通信技術(shù)共同構(gòu)成移動(dòng)通信系統(tǒng)。目前移動(dòng)核心網(wǎng)正在向LTE和4G轉(zhuǎn)型。LTE核心網(wǎng)（SAE）的結(jié)構(gòu)相對(duì)于原有的移動(dòng)核心網(wǎng)得到了很大的簡(jiǎn)化。SAE對(duì)用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中管理，完成以用戶為中心的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合。隨著移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的不斷融合，移動(dòng)核心網(wǎng)也加速向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)和不同域之間的技術(shù)進(jìn)行融合，在網(wǎng)絡(luò)管理及控制方面上實(shí)現(xiàn)智能化，實(shí)現(xiàn)基于IMS技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。②IMS網(wǎng)絡(luò)：IMS是在基于IP的網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體業(yè)務(wù)的通用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用端到端全I(xiàn)P系統(tǒng)，從終端到核心側(cè)都采用基于IP承載的SIP協(xié)議,也采用基于IP的路由方式。IMS體系結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)開放接口，并通過一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)整合各種業(yè)務(wù)，有利于各種業(yè)務(wù)平臺(tái)之間的兼容，有效促進(jìn)產(chǎn)品兼容性和多廠家合作，從而使得實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)有了技術(shù)上的可能性。③NGN網(wǎng)絡(luò)：下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)是可以承載語音、數(shù)據(jù)、多媒體等種類豐富的業(yè)務(wù)。IMS網(wǎng)絡(luò)和軟交換網(wǎng)絡(luò)都屬于NGN網(wǎng)絡(luò)。NGN匯聚了固定、移動(dòng)、寬帶等多種網(wǎng)絡(luò)，致力于和PSTN(公共交換電話網(wǎng))及移動(dòng)網(wǎng)的完美互通。同時(shí)，NGN提供了一個(gè)開放式的體系架構(gòu)，便于新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署。下一代網(wǎng)絡(luò)，可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，互聯(lián)任何物品，提供多種形式信息訪問和信息管理的網(wǎng)絡(luò)。因此從某個(gè)方面來看，NGN網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)和物聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)是一致的。

3. 物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

3.1 通信網(wǎng)絡(luò)面臨的機(jī)遇

物聯(lián)網(wǎng)被稱為是下一個(gè)萬億級(jí)的信息產(chǎn)業(yè)，到2020年，預(yù)計(jì)將有超過500億臺(tái)的M2M設(shè)備連接到全球公共網(wǎng)絡(luò)，到2015年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到7500億元。物聯(lián)網(wǎng)帶給用戶的體驗(yàn)更明顯，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)絡(luò)相連時(shí)，用戶可隨時(shí)隨地全方位“感知”對(duì)方，從而使得人們的生活方式發(fā)生巨大變化，并且給人們巨大的想象空間：未來人們的生活將是智能的。而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展反過來也帶動(dòng)了通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

1）物聯(lián)網(wǎng)提供了通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展條件

物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞需要依賴通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)，需要實(shí)現(xiàn)無縫網(wǎng)絡(luò)覆蓋和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，構(gòu)建異構(gòu)的泛在網(wǎng)為通信網(wǎng)絡(luò)提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。支撐物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、接入層、延伸網(wǎng)四個(gè)層面。通信網(wǎng)絡(luò)在標(biāo)識(shí)解析技術(shù)、安全技術(shù)、QOS業(yè)務(wù)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù)問題上，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這造成了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用割據(jù)，難以進(jìn)行資源共享，而這些問題在未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段必須得到解決。

2）物聯(lián)網(wǎng)給電信運(yùn)營(yíng)商帶來新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)

電信運(yùn)營(yíng)商是維護(hù)物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)公司。目前運(yùn)營(yíng)商的通信業(yè)務(wù)已經(jīng)趨向飽和，運(yùn)營(yíng)商需要轉(zhuǎn)向物物通信并尋找新的增長(zhǎng)點(diǎn)。物物通信比傳統(tǒng)的人人通信更廣闊的市場(chǎng)前景。雖然物聯(lián)網(wǎng)不能帶來通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，但可以促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，深化業(yè)務(wù)和產(chǎn)業(yè)的融合，加快運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)型的步伐。

3）物聯(lián)網(wǎng)帶來了三網(wǎng)融合深度發(fā)展的契機(jī)

三網(wǎng)融合是指將互聯(lián)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)及電信網(wǎng)融合，三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨于相同，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)和三網(wǎng)融合之間是相輔相成的關(guān)系，在三網(wǎng)融合發(fā)展的今天，家庭聯(lián)網(wǎng)更多的為生活應(yīng)用三網(wǎng)融合，從更大層面體現(xiàn)了將來跨網(wǎng)絡(luò)、跨設(shè)備、跨屏幕、跨地域的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式的互聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)等新技術(shù)，對(duì)于管理資源，更好的分配資源，提高整個(gè)企業(yè)的管理效率，有極大的推動(dòng)作用。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

雖然物聯(lián)網(wǎng)給通信網(wǎng)絡(luò)帶了發(fā)展機(jī)遇，但是目前的通信網(wǎng)絡(luò)還面臨著很多挑戰(zhàn)。

1）物聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)容量帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)

由于物聯(lián)網(wǎng)提供的是物物通信，處于物聯(lián)網(wǎng)終端的各種物體每時(shí)每刻產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)種類也千差萬別，其流量特征差異很大，有些尚待開發(fā)的業(yè)務(wù)流量特征還處于完全無知的狀態(tài)。這些流量都在不斷進(jìn)入信息系統(tǒng)，等待存儲(chǔ)、分析和充分利用。面對(duì)這樣千差萬別的流量，通信網(wǎng)將遭受巨大的負(fù)荷沖擊，這就要求網(wǎng)絡(luò)具備高度智能化處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的能力。目前研究如何在無線與核心網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)對(duì)可能的沖擊，如何安全的處理各種物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)是一個(gè)重要的課題，可能采取的手段包括用戶分級(jí)（無線），制定指定專用資源（核心）等等。

2）物聯(lián)網(wǎng)對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋提出挑戰(zhàn)

當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，一個(gè)重要的問題是如果保證每個(gè)終端的覆蓋，物聯(lián)網(wǎng)的終端千差萬別，有很多終端都可能放置在比較封閉的地方，一般很少有人會(huì)去查看這些位置，所以產(chǎn)生了覆蓋盲點(diǎn)。為了保證物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋質(zhì)量，必須通過一些方式來確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。而對(duì)這個(gè)物物構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來說，做到每個(gè)點(diǎn)都可以覆蓋是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

3）物聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出安全考驗(yàn)

物聯(lián)網(wǎng)由海量的機(jī)器構(gòu)成，缺少人對(duì)設(shè)備的有效監(jiān)控，并且信息交互量大，因此其安全問題不容忽視。物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)包括了各種無線和有線通信接入技術(shù)，接入層的性使得如何保證異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間節(jié)點(diǎn)漫游和服務(wù)的無縫移動(dòng)成為研究的重點(diǎn)。對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來說，用戶通過無線接口來鑒權(quán)和認(rèn)證，但是無線信道容易被竊聽而獲得其中傳輸?shù)男畔ⅲ虼艘苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)存在各種不安全的因素。而核心網(wǎng)目前已經(jīng)走向IP化使得過去封閉的網(wǎng)絡(luò)走向開放互聯(lián)。IP化也同時(shí)將互聯(lián)網(wǎng)的各種安全威脅不攻擊、脆弱性等引入電信網(wǎng)絡(luò)，極大的增加了安全風(fēng)險(xiǎn)，雖然相較于接入網(wǎng)更有保障，但是仍然面臨著用戶終端的接入認(rèn)證信息被惡意盜用等數(shù)據(jù)安全問題。

4）物聯(lián)網(wǎng)地址缺乏是通信網(wǎng)絡(luò)的難題

目前無線通信識(shí)別用戶采用的是國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI），區(qū)別設(shè)備使用的是國(guó)際移動(dòng)設(shè)備身份碼（IMEI），互聯(lián)網(wǎng)采用IPv4地址的尋址體系來進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的尋址。雖然這些號(hào)碼的數(shù)量可以滿足人人通信，但是一旦與物聯(lián)網(wǎng)的終端共用，就會(huì)顯得匱乏。當(dāng)所有的物體都有一個(gè)屬于自己的IP的時(shí)候，物聯(lián)網(wǎng)才能真正實(shí)現(xiàn)。因此物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)采用IPv6（IPv4必然不夠），地址長(zhǎng)度為128比特，地址空間增大了2的96方倍。我們可以想象如果采用IPv6技術(shù)的話，世界上的每個(gè)沙粒都可以有一個(gè) IP地址。但是由于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)海量地址的需求導(dǎo)致了地址分配方式必須使用自動(dòng)化分配，這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的DHCP服務(wù)器也提出了極高的性能和可靠性要求，如何提高DHCP服務(wù)器性能不足，成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)難題。另外IPv6沒有注重服務(wù)的可用性與安全性，很有可能會(huì)增加重大的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，比如IPv6采用IPSec加密，IPSec并不能夠處理IPv6網(wǎng)絡(luò)中的所有漏洞問題，但是攻擊者可以利用加密機(jī)制，利用防火墻和IPS無法檢測(cè)加密內(nèi)容的特點(diǎn)，繞過這些設(shè)備，直接向服務(wù)器發(fā)起攻擊。因此需要在實(shí)踐中改善IPv6協(xié)議的安全性能。

5）物聯(lián)網(wǎng)需要各種通信網(wǎng)絡(luò)的融合

在技術(shù)上，通信技術(shù)協(xié)議眾多，包括前面介紹的無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線通信網(wǎng)絡(luò)各種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，還有物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等等。由于廠家的不同，終端、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)都可能不同，因此會(huì)形成多種網(wǎng)絡(luò)差異化的局面。目前物聯(lián)網(wǎng)很難對(duì)各種行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)形成統(tǒng)一的業(yè)務(wù)提供平臺(tái)。如何有效整合各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就成為物聯(lián)網(wǎng)不可繞過的一個(gè)問題。

4 總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)帶來的這次科技革命里，通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮著重大的作用。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也帶動(dòng)了通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)也需要適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求不斷演進(jìn)，最終構(gòu)建起物物通信與人人通信相融合的泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)體系。

[1] 施志勇，王雨，羅國(guó)棟.基于IMS構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想.《移動(dòng)通信》.2011（13）.

[2] 唐雄燕.電信運(yùn)營(yíng)商的云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展策略.《中興通訊技術(shù)》.2011（2）.

[3] 沈蘇彬.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu).《中興通信》.2011（1）.

[4] 趙慧玲，吳廣穎，梅承力.移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展探討.《移動(dòng)通信》.2010（7）.

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510630）