物聯(lián)網中移動通信技術的探析

陸 俊，劉 軍，劉 濤

（國網安徽省電力有限公司信息通信分公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

隨著現(xiàn)代虛擬網絡與現(xiàn)實環(huán)境之間的關系不斷加深，人們開始廣泛使用物聯(lián)網技術。例如，在不同地區(qū)建立區(qū)塊鏈，并在各區(qū)塊鏈內安設網絡通信節(jié)點。此時，只要各節(jié)點之間能夠通信，就構成了最基本的物聯(lián)網框架，能夠使得虛擬網絡進一步融入生活與工作。由此可知，要實現(xiàn)物聯(lián)網的應用，必須使其內部的通信節(jié)點相互連接。因此，通信技術的應用必不可少。但是，在不同物聯(lián)網環(huán)境中，網絡通信節(jié)點不一定是固定的，網絡通信節(jié)點有可能具有移動能力，而此時傳統(tǒng)通信技術不再適用。因此，如何在物聯(lián)網中應用移動通信技術成為重點。

1 物聯(lián)網及移動通信技術的基本概念

1.1 物聯(lián)網

物聯(lián)網是一種結合了虛擬網絡功能與現(xiàn)實設備功能的網絡架構，能夠將虛擬網絡功能通過現(xiàn)實設備作用于現(xiàn)實事件。例如，先構建一個虛擬網絡智能邏輯，再將邏輯與視頻采集設備（現(xiàn)實設備）連接，此時智能邏輯能夠分析視頻采集設備所得信息，并根據知識庫對其進行識別，而識別結果會生成對應的指令，指令將使得相關設備根據現(xiàn)實情況作出正確反應。這說明在某種工作中可以通過物理網取代人工完成作業(yè)，同時因為物聯(lián)網的運作邏輯比較客觀和準確，較于人工具有效率和準確性等方面的優(yōu)勢，所以物聯(lián)網具有較高的應用價值。

物聯(lián)網作為一種網絡架構，必然與互聯(lián)網存在緊密聯(lián)系，不能將其視作一個獨立架構。物聯(lián)網在本質上具備兩個基本特征。一方面，物聯(lián)網中必然存在具有網絡應用能力的設備，如傳感器和攝像頭等。此類設備具備數據采集能力，根據所選類型與型號，能夠采集各類不同數據，即傳感器能夠采集溫度、風速以及振動頻率等數據，而攝像頭則可以采集圖像數據。因此，此類設備不但是物聯(lián)網應用中必不可少的設備，也是實現(xiàn)物聯(lián)網各項功能的要素。另一方面，物聯(lián)網中必然存在虛擬網絡邏輯，如大數據和云計算技術下的智能邏輯。這種邏輯不僅賦予物聯(lián)網自動運作的能力，而且賦予了物聯(lián)網智能識別的能力。例如，通過龐大的數據采集功能，使得物聯(lián)網終端掌握現(xiàn)實情況，再根據邏輯中預設信息的特征進行識別生成指令，最后利用通信渠道傳輸到現(xiàn)實設備來執(zhí)行指令。因為現(xiàn)實情況比較復雜，相同的功能需求可能存在不同的表現(xiàn)形式。例如，人臉識別中，智能邏輯能夠使物聯(lián)網終端主動記錄人臉，代表物聯(lián)網通過智能邏輯會進行學習，學習完成后下一次即可進行識別。這是智能與自動的區(qū)別，顯然這種表現(xiàn)方式使得物聯(lián)網自動化獲得了進一步發(fā)展，能夠為人們的生活帶來更多便利。因此，智能邏輯成為現(xiàn)代物聯(lián)網的標配[1]。

此外，雖然物聯(lián)網形式眾多，但基本架構均存在兩個方面的通信需求。一方面是物聯(lián)網與物聯(lián)網之間的通信需求，即物聯(lián)網的廣泛應用使得其架構涉及面積越來越大，單獨設立一個物聯(lián)網節(jié)點已經不能滿足大面積運作需求。此時，在物聯(lián)網框架上出現(xiàn)了區(qū)塊鏈的概念，可以將兩個物聯(lián)網涉及面積視作一個區(qū)塊，并在范圍內依照實際需求構建兩個物聯(lián)網框架。因為現(xiàn)實工作需求，兩個框架需要相互通信，所以形成了物聯(lián)網與物聯(lián)網之間的通信需求。該需求通常涉及到遠距離甚至超遠距離通信，因此非?？简炌ㄐ偶夹g的性能。另一方面是物聯(lián)網內部的通信需求，即根據物聯(lián)網基本架構內的兩個特征可知，傳感器一類設備的主要功能在于采集數據，此時如何將采集的數據實時傳輸到終端成為值得思考的問題。必須在傳感器類設備與終端之間建立通信渠道，才能保障物聯(lián)網獲得運作基礎，這就是物聯(lián)網內部通信需求。這種需求一般涉及到近距離和遠距離（很少有超遠距離）通信，但通信兩端可能存在移動性，因此通信技術要做出適應性調整[1]。

1.2 移動通信技術

移動通信技術是現(xiàn)代通信技術經過長期研究得出的新型移動技術，為人們的生活與工作帶來了巨大便利。移動通信技術最突出的特征是可移動性，即移動通信設備在移動狀態(tài)下依舊可以保持通信穩(wěn)定，人們能隨時隨地進行通信。移動通信技術的原理在于信號傳輸，即在通信范圍內設置一個信號中轉站負責接收雙向傳輸的信號，再將信號依照傳輸方向發(fā)送給另一端實現(xiàn)通信。這種應用方式在長期發(fā)展下已經可以做到實時傳輸，基本不會出現(xiàn)延時誤差。可見，現(xiàn)代移動通信技術已經接近成熟，具有較高的應用價值[2]。

隨著移動通信技術的不斷深入與普及，人們開始對該項技術的應用方式進行深入研究，逐漸將技術引入不同領域，其中包括物聯(lián)網領域。該項技術的使用能夠全面滿足物聯(lián)網中的兩個通信需求。一方面，面對物聯(lián)網與物聯(lián)網之間的通信需求，現(xiàn)代移動通信技術的涉及面積基本已經覆蓋全國，在絕大部分情況下都足以支撐大面積通信，同時能保障通信信號的強度和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)通信質量差的現(xiàn)象。因此，將移動通信技術分別放置在兩個物聯(lián)網區(qū)塊內即可幫助物聯(lián)網實現(xiàn)區(qū)塊鏈。另一方面，移動通信技術能滿足物聯(lián)網內部通信需求。移動通信技術在不同領域的應用形式不同，因此要將該項技術充分應用于物聯(lián)網通信，必須針對通信需求進行研究，這是該項技術在物聯(lián)網中應用的關鍵。

2 物聯(lián)網中移動通信技術的應用方式

2.1 應用形式一

圖1為移動通信技術應用形式1，適用于物聯(lián)網與物聯(lián)網之間的通信需求。在應用形式中，將兩個物聯(lián)網的區(qū)塊視作通信節(jié)點A和通信節(jié)點B。兩個節(jié)點的自身架構一致，均具備數據采集和信號發(fā)出能力。此時，在兩個節(jié)點之間構建移動通信層（移動通信層由通信渠道與信號中轉站組成），使得兩個節(jié)點之間存在交互通信關系。這一條件下，通信節(jié)點A可以通過自身具備的數據采集設備，采集節(jié)點周邊現(xiàn)實情況的信息發(fā)送給相關設備。信號接收設備通過通信渠道將信號發(fā)送給信號中轉站，通過中轉站的調度，使通信節(jié)點B接收到通信節(jié)點A傳輸來的數據。同理，從通信節(jié)點B出發(fā)，圖1中通信節(jié)點B直接與信號中轉站連接，能夠將自身采集的數據發(fā)送給中轉站（如果通信節(jié)點與信號中轉站之間的距離較遠，則同樣需要在節(jié)點與中轉站之間建立一個通信渠道，圖1中因為距離較近，所以并未描述），依照相反路徑將信息發(fā)送給通信節(jié)點A，由此完成交互通信。值得注意的是，應用形式1中，移動通信技術的可移動性體現(xiàn)在定位技術和移動終端上。移動終端泛指現(xiàn)代普及的智能手機和筆記本電腦等設備，具備在移動狀態(tài)下依舊能穩(wěn)定接收和接入信號的能力?？梢詫⑵湟曌魍ㄐ殴?jié)點A或者通信節(jié)點B，各節(jié)點內的數據采集設備與信號發(fā)出設備都集成在此類設備中，能通過此類設備對數據采集設備與信號發(fā)出設備進行一鍵式操作。使用定位技術可以定位指定移動終端，此時即使移動終端處于移動狀態(tài)，信號依舊能準確無誤地向通信節(jié)點發(fā)出，節(jié)點自然也能隨時隨地接收信號，便于人工查閱[2]。

圖1 移動通信技術應用形式1

2.2 應用形式2

圖2為移動通信技術應用形式2，適用于物聯(lián)網內部通信需求，如移動終端設備與數據采集設備、信號發(fā)出設備、指令執(zhí)行控件之間（應用形式1中通信節(jié)點A和通信節(jié)點B也是采用這種方式）。該方式能應用于移動終端設備與控制終端的通信連接。應用形式2中，物聯(lián)網內的各個構成部分依舊保持交互通信關系。運作中，通信節(jié)點A可以采用這種通信方式驅動數據采集設備和信號發(fā)出設備，實現(xiàn)數據采集與信號發(fā)出；發(fā)出的信號會沿著通信渠道進入信號中轉站，經中轉站調度被控制終端接收；控制終端能根據智能邏輯判斷通信節(jié)點A處的現(xiàn)實情況，并生成對應的控制指令；指令生成后將沿著信號中轉站和通信渠道被通信節(jié)點A接收，此時通信節(jié)點A會將指令發(fā)送給指令執(zhí)行控件，促使控件根據指令進行運動，最終落實指令。指令落實的情況依舊會被數據采集設備獲取，依照以上通信路徑再次發(fā)送給控制終端，終端繼續(xù)重復以上邏輯。循環(huán)可根據現(xiàn)實情況的變化進行調整，直至現(xiàn)實情況沒有異?；蚰康谋煌暾鋵崱眯问?中通信技術的可移動性體現(xiàn)與應用形式1相同。

圖2 移動通信技術應用形式2

值得注意的是，應用形式1和應用形式2中提及的信號中轉站除了具備信號調度功能以外，還具備信號格式轉換功能。物聯(lián)網中，很多傳感器采集得到的信號都是電子格式。其他通信節(jié)點或控制終端受格式限制，不能直接讀取信號內所包含的數據，如果不進行格式轉換，將導致物聯(lián)網移動通信停滯。所以，當電子格式信號被發(fā)送到信號中轉站時，為了避免發(fā)生此類現(xiàn)象，中轉站普遍會使用換能器等設備將信號轉化為數字格式。此時，其他通信節(jié)點或控制終端可以進行讀取，這是移動通信技術在物聯(lián)網中應用的重要環(huán)節(jié)，不可忽視。

3 物聯(lián)網中移動通信技術面對的問題

我國現(xiàn)代移動通信技術已經接近成熟，且展現(xiàn)出了較高的應用價值，但依舊存在很多需要改進的地方，大體分為物理環(huán)境下的干擾防護和數據信號傳輸安全兩個方面。

3.1 物理環(huán)境下的干擾防護

移動通信技術的應用，使物聯(lián)網內的各通信節(jié)點或終端在移動狀態(tài)下也可以使用，促進了物聯(lián)網的應用和發(fā)展。但是，實現(xiàn)可移動功能的同時，它也導致通信節(jié)點或終端面臨很多特殊環(huán)境。環(huán)境中的一些干擾因素可能會導致通信受阻，而現(xiàn)代移動通信技術的信號通信強度還不足以應對這些干擾。在此類環(huán)境因素干擾下，設備依舊可能出現(xiàn)通信中斷、斷續(xù)以及大幅衰減等不良現(xiàn)象。物理環(huán)境中對物聯(lián)網移動通信技術應用的負面影響因素有很多，如鐵路隧道。當通信節(jié)點或終端在移動狀態(tài)下進入隧道后，會因為高鐵移動速度太快、隧道周邊缺乏信號中轉站以及較厚的墻壁等因素，使得信號難以在隧道環(huán)境下被通信節(jié)點或終端接收。此時，雖然通信節(jié)點或終端在短時間內可以離開隧道，但在某些情況下可能導致物聯(lián)網出現(xiàn)誤差。因此，在干擾防護方面，物聯(lián)網移動通信技術還有待改進，應當注重信號強度。

3.2 數據信號傳輸安全

在物聯(lián)網中，交互通信的數據信號具有現(xiàn)實價值，與現(xiàn)實層面上的經濟等因素存在關聯(lián)。因此，數據泄露可能導致經濟或其他層面的損失。應用移動通信技術，通信節(jié)點或終端會進入不同的網絡環(huán)境，加之相關人員不重視網絡安全的防護，會導致網絡環(huán)境中的某些危險因素通過移動通信環(huán)境進入物聯(lián)網進行非法操作。例如，某人想要連接WiFi查看物聯(lián)網內信息，而某些WiFi網絡環(huán)境內存在風險，攻擊者就可能通過網絡監(jiān)控手段竊取相關數據。因此，網絡安全是移動網絡通信和物聯(lián)網發(fā)展中急需重視的問題。

4 結 論

分析物聯(lián)網中的移動通信技術，闡述物聯(lián)網與移動通信技術的基本概念、物聯(lián)網中移動通信技術的應用方式以及物聯(lián)網和移動通信技術發(fā)展面對的問題，可知物聯(lián)網與移動通信技術是現(xiàn)代社會生活與工作不可或缺的要素，且兩者之間存在密切關系。移動通信技術是支撐現(xiàn)代物聯(lián)網運作的基礎，而物聯(lián)網是體現(xiàn)移動通信技術應用價值的重要一環(huán)。因此，如何正確建立物聯(lián)網與移動通信技術之間的關系非常重要，尤其是移動通信技術在物聯(lián)網中的應用方式。而根據文中提出的應用方式，能夠在現(xiàn)有技術水平下構建一個完善的物聯(lián)網移動通信環(huán)境，可起到在移動狀態(tài)下支撐物聯(lián)網各功能運作和整體通信的作用。