和 乾

（鐵人學院，黑龍江 大慶 163000）

隨著現(xiàn)代信息時代的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術已經成為人們生活中的重要組成部分，在人們的工作、學習、生活中具有十分重要的作用，而且物聯(lián)網(wǎng)技術也成為社會經濟發(fā)展的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，需要將通信網(wǎng)絡作為承載其基礎網(wǎng)絡，將移動終端與物聯(lián)網(wǎng)終端的融合聯(lián)系在一起，才能提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸速度。[1]由于早期物聯(lián)網(wǎng)應用在部署范圍、應用領域等方面受到通信網(wǎng)絡的限制，導致終端與終端之間、后臺軟件之間難以有效地協(xié)同工作，這就需要建立新型的無線物聯(lián)網(wǎng)鏈接技術，實現(xiàn)無線網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)終端的融合，采用LTE 無線通信網(wǎng)絡可以將傳感器網(wǎng)絡、因特網(wǎng)、通信網(wǎng)（有線或無線）和云計算平臺結合在一起，形成多元化、智能化的物聯(lián)網(wǎng)控制環(huán)境，并將智能感知、識別與物質控制等技術融入通信網(wǎng)絡中，大大提高了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的效率。

1 物聯(lián)網(wǎng)與LTE 系統(tǒng)分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是由多個感知系統(tǒng)、智能傳感網(wǎng)絡體系構成，再輔以智能化的計算、信息處理與泛在互聯(lián)技術作為信息共享的支撐網(wǎng)絡，來實現(xiàn)通信信息的匯聚、協(xié)同整合、泛在聚合、交互共享等數(shù)據(jù)處理的過程，從而能夠形成綜合性的智慧通信網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的應用主要涉及智能電網(wǎng)、智能交通、電子政務技術、智能建筑控制、智能工業(yè)生產、智能農業(yè)與遠程醫(yī)療等多個方面，物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)價值遠遠大于與其連接的互聯(lián)網(wǎng)的價值，其核心技術主要包括前端的透徹感知技術（處理物聯(lián)網(wǎng)前端的數(shù)據(jù)）、中端的泛在接入技術（通信過程中產生的數(shù)據(jù)）和后端的數(shù)據(jù)智能處理、分析技術（對數(shù)據(jù)進行聚合分析處理），在整個系統(tǒng)架構中主要分為智能感知層、泛在接入層和個性應用層，在不同的層級中采用不同的關鍵技術等，共同實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的識別、采集、傳輸與智能化處理。[2-4]

感知層對物理層的數(shù)據(jù)進行采集、識別與處理，一般采用RFID、條形碼、傳感器等技術設備來獲取物理層的數(shù)據(jù)，將其轉換統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)編碼進行傳輸。泛在接入層主要采用各種通信技術，如無線/有線接入技術、感知網(wǎng)絡技術、2G/3G/4G/5G、無線WI-FI 網(wǎng)絡等，重點解決的是如何將感知設備接入核心網(wǎng)絡層。感知層要實現(xiàn)對物體的信息進行智能化處理與傳播，為了提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應用的有效性，還需要對智能感知層的數(shù)據(jù)進行個性化的分析，在個性化應用層需要對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，將云計算技術、數(shù)據(jù)挖掘技術、云存儲技術、智能數(shù)據(jù)處理技術等作為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的核心關鍵技術。

1.2 LTE 技術

LTE（Long Term Evolution）技術結合當前的移動通信技術，LTE 系統(tǒng)可以運行在其具備較強的適應性、實用性，具備網(wǎng)絡高速通信的功能，提供了高速的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡下載能力。在物聯(lián)網(wǎng)與LTE 系統(tǒng)結合時，使得下行峰值速率為100Mb/s，而網(wǎng)絡的下行速率能夠達到50Mb/s，網(wǎng)絡的頻譜效率在下行鏈路能夠達到5b/s/Hz，是HSDPA 網(wǎng)絡的3-4 倍，上行鏈路為2.5b/s/Hz，是HSUPA 的2-3 倍。在LTE 網(wǎng)絡通信中，主要包括正交頻分復用技術（OFDM）與多輸入多輸出（MIMO0兩項十分關鍵的技術。

OFDM 技術是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡技術傳輸之一，其功能是在給定的通信信道內生成多個正交子信道，可以將高速通信的數(shù)據(jù)信號轉換成并行、子波后，進行信號調制后傳輸。[5]OFDM 技術采用的是頻分復用技術，主要差別在于不同的載波頻譜可以相互交疊使用，從而能獲得較高的不同載波頻率，提高無線通信地方頻譜利用效率。多輸入多輸出（MIMO）天線技術是無線通信的關鍵，在多個天線之間建立通信通道，在不增加網(wǎng)絡通信帶寬的基礎上，可以快速地改善物聯(lián)網(wǎng)的通信質量，或者提高網(wǎng)絡通信的效率，MIMO 技術的實質是為物聯(lián)網(wǎng)通信提供空間復用增益和空間分集增益，增強網(wǎng)絡通信的可靠性，降低網(wǎng)絡通信的誤碼率。

2 LTE 與物聯(lián)網(wǎng)融合的策略分析

2.1 LTE 系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合架構分析

物聯(lián)網(wǎng)技術與LTE 系統(tǒng)的融合，需要將LTE 技術作為通信的技術，利用物聯(lián)網(wǎng)技術來識別與采集數(shù)據(jù)信息，采用LTE 技術進行數(shù)據(jù)傳輸，結合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的要求。

整體通信網(wǎng)絡架構主要分為3 個部分，物聯(lián)網(wǎng)服務/應用中心、LTE 傳輸網(wǎng)絡（負責應用層與物聯(lián)網(wǎng)設備的通信數(shù)據(jù)處理）作為中間架構，以及物聯(lián)網(wǎng)設備網(wǎng)絡（功能是采集、識別數(shù)據(jù)）。[6]對象命名服務器（ONS）作為應用中心服務器，主要包括服務器與中間件兩個部分，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、加工處理與分類，由物聯(lián)網(wǎng)服務器存儲數(shù)據(jù)，內部中間件功能是對各種數(shù)據(jù)處理，它與互聯(lián)網(wǎng)中的域名解析系統(tǒng)（DNS）的功能類似，能快速地物聯(lián)網(wǎng)設備的信息進行處理，用于對相應的物聯(lián)網(wǎng)服務器和應用服務器定位，便于LTE 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的傳輸與處理，同時也能夠實現(xiàn)點對點的通信。物聯(lián)網(wǎng)服務器是系統(tǒng)的關鍵，實現(xiàn)不同用戶之間的數(shù)據(jù)交換，外界用戶或應用主要是通過LTE 系統(tǒng)通信，從而服務器中讀取相關的數(shù)據(jù)，以獲得各種物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的應用，內部中間件的功能是提供物聯(lián)網(wǎng)服務器和LTE核心網(wǎng)絡之間的接口，主要保障物理層數(shù)據(jù)的收集、識別，并保障網(wǎng)絡通信的安全。

在該系統(tǒng)架構中，LTE 傳輸網(wǎng)絡的功能是完成通信基礎層的數(shù)據(jù)與控制信令傳輸，它由eNB 和移動管理實體（MME）/服務網(wǎng)關（S-GW）共同組成，負責對物聯(lián)網(wǎng)絡通信的數(shù)據(jù)處理。管理實體MME 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)通信的要求，為物聯(lián)網(wǎng)用戶提供uE 和LTE 核心網(wǎng)絡的信令交互，快速地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，S-GW 的功能是對物理網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)包、移動終端的數(shù)據(jù)處理，以達到優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)通信的目標。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關功能是解決數(shù)據(jù)通信的轉發(fā)問題，它從所有傳感器、識別設備等收集數(shù)據(jù)信息，并結合外部用戶的需求，進行數(shù)據(jù)轉發(fā)。外部用戶與物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理，通過中間件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，以獲得物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)關控制物聯(lián)網(wǎng)設備，以精準的控制物聯(lián)網(wǎng)通信中出現(xiàn)的問題。利用LTE 通信網(wǎng)絡將用戶接入物聯(lián)網(wǎng)中，登錄服務器，查詢相關設備的使用情況，還能通過LTE 網(wǎng)絡控制物聯(lián)網(wǎng)設備，針對不同用戶的需求，提供不同的應用服務。

2.2 LTE 系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)融合優(yōu)化策略

2.2.1 網(wǎng)絡通信地址標識處理

LTE 網(wǎng)絡通信技術與IPV6 技術的相互融合，大大提高了物聯(lián)網(wǎng)通信的技術，在LTE 系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)通信融合中，LTE 通過系統(tǒng)需要在數(shù)據(jù)標準建立、通信網(wǎng)絡的設施構建、網(wǎng)絡搭建、通信標準等方面，需要綜合對IPV6 的市場進行綜合性分析與全方位進行綜合性考慮。妥善處理物聯(lián)網(wǎng)通信地址標識處理，便于用戶能夠快速地訪問物理設備。由于IPV4 通信網(wǎng)絡，只能給物聯(lián)網(wǎng)設備提供40 億個物理地址，在物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模擴大的情況下，就會導致整個物聯(lián)網(wǎng)地址受到限制，而IPV6 幾乎不受IP 地址的限制，可以為所有物聯(lián)網(wǎng)設備提供IP 地址。因此，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以借助LTE 網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)進行處理，并實現(xiàn)對物理設備的檢測，并能支持IPV6，動態(tài)地為物聯(lián)網(wǎng)的物理設備、終端等提供IP 地址，并結合物聯(lián)網(wǎng)工作的要求，為各項物理設備、終端設備提供所需的物理標識。[7]

2.2.2 擁塞控制問題

在互聯(lián)網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡通信擁塞控制的問題一直是用戶關注的問題，物聯(lián)網(wǎng)對各項業(yè)務的數(shù)據(jù)處理開展精細化服務質量，結合物聯(lián)網(wǎng)工作處理要求，劃分業(yè)內的數(shù)據(jù)共同標準，對提高網(wǎng)絡通知質量具有十分重要的作用。在物聯(lián)網(wǎng)通信中也需要解決通信擁塞的問題，將LTE 通信技術應用到物聯(lián)網(wǎng)中，將4G/5G 通信網(wǎng)絡綜合在一起，采用通過下策略控制和計費（PCC）功能，為物聯(lián)網(wǎng)的運營商提供業(yè)務控制支持服務，方便運營商部署PPC 系統(tǒng)，并利用LTE 網(wǎng)絡的QCI（Qos Class Identifier）通信質量控制功能，為物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡提供服務質量控制，保障物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡通信的安全、網(wǎng)絡通信的穩(wěn)定性、容錯性等，在提高物聯(lián)網(wǎng)通信質量的同時，還有利于對物聯(lián)網(wǎng)的通信質量進行控制，以有效地解決物聯(lián)網(wǎng)通信中的擁塞問題。

2.2.3 滿足物聯(lián)網(wǎng)高帶寬需求

LTE 通信系統(tǒng)為無線網(wǎng)的通信提供了足夠的通信帶寬與較強的數(shù)據(jù)傳送效率，能滿足物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，LTE 通信系統(tǒng)可以將峰值速率控制在下行速率在100Mbps，上行速率控制在145Mbps 的范疇內，大大地延伸了物聯(lián)網(wǎng)的應用功能，為用戶、運營服務商提供了足夠的通信帶寬。為了解決網(wǎng)絡通信的要求，LTE 通信網(wǎng)絡不僅要為物聯(lián)網(wǎng)提供足夠的帶寬，還需降低物聯(lián)網(wǎng)通信的成本。針對物聯(lián)網(wǎng)通信的要求，LTE通信系統(tǒng)還需具有如下的特征，才能滿足物聯(lián)網(wǎng)高帶寬的要求。

1.低時延。在物聯(lián)網(wǎng)通信中，要求為用戶提供低時延的服務，才能提高用戶的體驗效果，利用LTE 通信系統(tǒng)，將通信的單向傳輸時延降低到5ms 以下，大大提高了網(wǎng)絡的通信效率，利用LTE 通信系統(tǒng)的這一個特征，可以為物聯(lián)網(wǎng)實時性傳送物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)提供便利條件，通過網(wǎng)絡還具有自動檢測的功能，網(wǎng)絡管理人員能及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡遠端通信故障，有利于系統(tǒng)管理人員對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行控制與管理。

2.每兆比特成本低。由于LTE 通信網(wǎng)絡的靈活性比較強，且LTE 通信網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量比較少，LTE 通信網(wǎng)絡還能支持與2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡的共站址構建，降低物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡通信的成本。[8]除此之外，LTE 通信網(wǎng)絡和WCDMA 通信網(wǎng)絡相比，頻譜效率比較高，能夠提供更好的通信頻譜，這就給運營商節(jié)約了一定量的頻譜資源，降低了通信成本。因此，相比于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，采用LTE 網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的每兆比特成本大大降低，為物聯(lián)網(wǎng)通信提供了基礎通信系統(tǒng)，也擴大了物聯(lián)網(wǎng)的應用范圍。

3.物聯(lián)網(wǎng)通信的信號強度控制。物聯(lián)網(wǎng)要求為用戶提供高速率的通信服務，也需要為用戶提供良好的信號強度，便于用戶在服務的通信環(huán)境中，能夠獲得良好的物聯(lián)網(wǎng)通信效果，此特性課應用到多種海量數(shù)據(jù)的通信應用中，如車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)的發(fā)展，都需要良好的通信信號強度控制，才能為用戶提供良好的體驗服務。

4.核心網(wǎng)不主動釋放連接。物聯(lián)網(wǎng)在通信的過程中，需要長時間占用IP 通信地址，LTE 通信系統(tǒng)核心網(wǎng)絡不具備釋放IP 地址的功能，只要設備占用一個網(wǎng)址資源，如果沒有特殊的條件，就不會主動釋放，這一特征為物聯(lián)網(wǎng)設備的永久入網(wǎng)通信提供了基礎條件，從而能有效解決物聯(lián)網(wǎng)通信中的“信令風暴”現(xiàn)象，降低了網(wǎng)絡通信的擁塞現(xiàn)象。[9]在LTE通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中，只有終端設備或eNodeB 設備接入物聯(lián)網(wǎng)的核心層，核心網(wǎng)才會釋放與終端的連接，這就為物聯(lián)網(wǎng)的通信提供了網(wǎng)絡鏈接的基礎，如果通信連接沒有建立，網(wǎng)絡通信的IP 地址將不會發(fā)生改變，也提高了物聯(lián)網(wǎng)通信的效率。[10]

3 結語

借助LTE 核心的傳輸網(wǎng)絡將物聯(lián)網(wǎng)的信息快速傳遞給用戶端，增強了用戶對物聯(lián)網(wǎng)的體驗效果，對提升物聯(lián)網(wǎng)的應用十分有益。物聯(lián)網(wǎng)通信和人們的生活息息相關，特別是在智慧城市的建設中，對物聯(lián)網(wǎng)技術提出了更高的要求，特別是在遠程醫(yī)療、衛(wèi)生環(huán)保、智能制造等應用領域，將LTE 通信系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)通信的支持網(wǎng)絡，可以為物聯(lián)網(wǎng)通信提供更佳的通信網(wǎng)絡服務，在解決網(wǎng)絡通信質量、通信速率等方面具有十分重要的作用，也有利于降低網(wǎng)絡通信的成本。