LTE無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

冉靜思

（重慶市酉陽自治縣電子政務(wù)管理中心，重慶 409800）

1 LTE技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

LTE即為長期演進無線網(wǎng)絡(luò)，是繼第三代移動通信技術(shù)之后國際新一代移動通信標(biāo)準，其引入了OFDM、MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，極大的適應(yīng)了移動通信用戶逐漸增長的高速多媒體業(yè)務(wù)需求，目前LTE接入技術(shù)在移動終端中的應(yīng)用越來越廣泛。實際操作過程中，LTE技術(shù)在20MHz頻率的帶寬下可以提供更高的網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，降低了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的延遲性；并且支持網(wǎng)絡(luò)信號多種寬帶的數(shù)據(jù)分配及頻率分段，有效擴大了信號的覆蓋面積，并且減少了衛(wèi)星信號及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接的復(fù)雜程度，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接數(shù)量更少，不僅解決了衛(wèi)生信號傳輸過程中的延時問題，而且降低了系統(tǒng)的運行成本，因此LTE逐漸成為移動終端的首選接入方式。

物聯(lián)網(wǎng)即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其本質(zhì)上仍然以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)核心，是互聯(lián)網(wǎng)的擴展與延伸，其用戶端可以延伸至任何物品，通過控制器、傳感器實現(xiàn)機器、人、物品的連接，在人與物、物與物之間建構(gòu)一個信息化、智能化的網(wǎng)絡(luò)。作為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展，物聯(lián)網(wǎng)中不僅有互聯(lián)網(wǎng)的資源，兼容的互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，而且物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備、資源體現(xiàn)出個性化、私有化的特點，因此從這個角度分析，物聯(lián)網(wǎng)是一種應(yīng)用、業(yè)務(wù)，所以物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要以用戶體驗為核心。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層三層，其中感知層主要獲取物理環(huán)境中的基礎(chǔ)信息，通過傳感技術(shù)或射頻技術(shù)采集數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)關(guān)與通信網(wǎng)絡(luò)兩個部分，網(wǎng)關(guān)主要連接公共網(wǎng)絡(luò)，可滿足短距離通信接入需求，并且能夠完成不同感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)的互聯(lián)互通。應(yīng)用層即物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用終端，目前物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)涉及人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)及生活中的多個行業(yè)領(lǐng)域，并且在電子商務(wù)、家電智能化、社會保障等領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 LTE無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系

LTE無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，在衛(wèi)星信息傳輸領(lǐng)域能夠?qū)⒍叩膬?yōu)勢均充分發(fā)揮出來，提高信息的整體傳輸效率，而且實現(xiàn)了無線通信技術(shù)與現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展，提高整個會數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的穩(wěn)定性與可靠性，由此可見，二者的結(jié)合是“1+1>2”的效果。與其他通信系統(tǒng)相比，應(yīng)用LTE無線通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)容量更大、覆蓋面積更廣泛的發(fā)展目標(biāo)，再結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，二者相輔相成，有效改善了移動終端設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中諸多業(yè)務(wù)類型都離不開LTE無線通信技術(shù)的支持，目前我國的數(shù)據(jù)信息技術(shù)發(fā)展日新月異，這樣的大環(huán)境對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而言不僅僅是難得的發(fā)展機遇，更是其需要面臨的重要挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展增加了數(shù)據(jù)處理的范圍及規(guī)模，信息總量呈幾何指數(shù)增長，信息類型也越來越多元化，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)量不斷增加，技術(shù)人員需要花費大量的精力、物力、財力進行數(shù)據(jù)的整理、分類及歸類，再進一步分析數(shù)據(jù)背后的行業(yè)差異及需求。其實這一問題對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展會產(chǎn)生某種程度的制約作用，因此需要引入更高效的信息處理技術(shù)才能保證物聯(lián)網(wǎng)的高效發(fā)展。LTE無線通信技術(shù)恰恰能夠彌補物聯(lián)網(wǎng)拓展過程中存在的問題，提高數(shù)據(jù)信息處理的效率及效果，進一步拓展物聯(lián)網(wǎng)的使用范圍。目前在現(xiàn)實環(huán)境中，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中LTE無線通信技術(shù)終端設(shè)備的應(yīng)用十分廣泛，比如射頻識別設(shè)備、天線設(shè)備、定位系統(tǒng)設(shè)備等，LTE無線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用越來越突出，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)感知層面應(yīng)用LTE無線通信技術(shù)，極大的推動了物聯(lián)網(wǎng)信息整合與信息數(shù)據(jù)規(guī)模的拓展。當(dāng)然，物聯(lián)網(wǎng)對于LTE無線通信技術(shù)的發(fā)展也會產(chǎn)生推動、促進作用，二者的關(guān)系是相輔相成的，比如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動了基帶方面射頻識別區(qū)域基帶、無線通信技術(shù)區(qū)域基帶等技術(shù)的整合。此外LTE 無線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的信號通信系統(tǒng)中也起到十分重要的作用，比如Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、4G/5G 信號技術(shù)等，且在處理物聯(lián)網(wǎng)中眾多數(shù)據(jù)信息時LTE 無線通信技術(shù)的優(yōu)勢也十分突出，不僅能夠改善物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用質(zhì)量，而且對于其系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)、數(shù)據(jù)挖掘等需求都有著積極意義。

3 LTE無線通信結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢

上文中提到，物聯(lián)網(wǎng)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等，LTE技術(shù)一般應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層，起到連接服務(wù)的作用，LTE無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合主要體現(xiàn)出以下幾個方面的優(yōu)勢：

首先，地址標(biāo)識。LTE系統(tǒng)在發(fā)展過程中，無論是建立標(biāo)準、構(gòu)建設(shè)施還是搭建網(wǎng)絡(luò)，都要充分考慮IPv6的需求，妥善處理物聯(lián)網(wǎng)地址及標(biāo)準問題，做好基礎(chǔ)工作。IPv6可以不受限制的提供地址，運營商可以通過LTE系統(tǒng)進行設(shè)備的檢測，設(shè)備需要支持IPv6，所有基于LTE系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)均支持IPv6，為物聯(lián)網(wǎng)各終端提供所地址標(biāo)識。其次，擁塞控制。互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)有一個共同的標(biāo)準，即對各項業(yè)務(wù)進行精細化服務(wù)質(zhì)量劃分，3GPP提出的策略控制及計費功能幫助運營商實現(xiàn)了業(yè)務(wù)控制，運營商構(gòu)建新網(wǎng)絡(luò)時通常會在配置LTE時直接應(yīng)用PPC架構(gòu)。并且LTE具有等級標(biāo)識功能，能有效控制各項業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，保證物聯(lián)網(wǎng)中擁塞控制、組織管理等性能。最后，能夠更好的滿足帶寬需求。LTE的數(shù)據(jù)傳送效率更高，峰值速率控制在下行100Mb/s，上行45Mb/s，有效緩解了服務(wù)商的帶寬壓力。此外，LTE還具備低時延、成本低、信號強的優(yōu)勢。LTE系統(tǒng)中用戶面單向傳輸時延不超過5ms，控制面激活遷移時間不超過50ms，對于一些需要實時傳送的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言，低時延更有利于管理人員及時發(fā)現(xiàn)遠端問題，保證良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。成本低是因為LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量少，降低了構(gòu)建成本及運營成本，且LTE的頻譜效率高于WCDMA，節(jié)省了頻譜資源，因此LTE每兆比特成本更低，對于一些流量消耗較大的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用商而言能夠獲得更高的經(jīng)濟效益。信號強主要是指LTE系統(tǒng)即使處于高速率傳輸狀態(tài)仍然能夠保持良好的信號強度，有效滿足了高移動性物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。此外，LTE核心網(wǎng)絡(luò)不具備釋放制度，LTE網(wǎng)絡(luò)中只有終端設(shè)備能夠通過非接入層消息通知核心網(wǎng)，核心網(wǎng)才會釋放與終端的連接，如終端、核心網(wǎng)的非接入層一直處于附著狀態(tài)，無論底層是否釋放鏈路都不會改變IP地址，能夠有效解決“信令風(fēng)暴”的問題，并且實現(xiàn)了永久在線業(yè)務(wù)。

4 LTE與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

4.1 公交車行進信息管理

隨著綠色公交理念的不斷深入，各大城市都推出了短程公交的運行模式，然而短程公交線路多且復(fù)雜，如果公交車行進信息管理不到位，就會直接影響到公交車的正常運營。公交車行進信息管理要求精準的時間控制、準確的位置信息、均勻的運行分布，才能降低運行成本，提高運營效益。LTE技術(shù)采用正交頻復(fù)用技術(shù)，可以在基站中接收上層線路傳來的信號，了解各個公交車的實際運行情況，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以幫助運營人員掌握公交車準確的位置信息，實現(xiàn)了公交車運行的高精度管理?；贚TE無線通信技術(shù)的公交車行進信息管理系統(tǒng)，可以通過智能站牌、智能手機中的APP接收公交車的位置信息，便于乘客根據(jù)自己的實際需求選擇合適的候車位置及車次；也有助于公交調(diào)度管理人員及時掌握乘客的運載情況，降低車輛運行成本?；贚TE公交車行進信息管理系統(tǒng)中采用的智能天線，具備自動跟蹤功能，其不僅具有較強的抗干擾能力，而且可以實時傳送車車相關(guān)信息。此外，LTE公交車行進信息管理系統(tǒng)還能夠與通行信號燈系統(tǒng)進行聯(lián)動控制，二者的聯(lián)動能夠為公交車的運行提供更大的便利性。

4.2 智能電網(wǎng)建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中具有重要的應(yīng)用價值，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷簡化了智能電網(wǎng)的接口接入方式，覆蓋端實現(xiàn)了智能化的管理水平；智能電網(wǎng)采用智能電表，可以實現(xiàn)遠程抄表，大大降低了傳統(tǒng)抄表作業(yè)的人力成本，并且能夠遠程控制客戶端的現(xiàn)場設(shè)備。智能電表能夠?qū)⒈O(jiān)測到的用戶用電數(shù)據(jù)實時傳輸至系統(tǒng)管理中心，通過集成化信息監(jiān)控系統(tǒng)，電力公司能夠全面分析用戶的電力使用情況，并根據(jù)分析結(jié)果合理調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不僅能夠改善電能的利用率，而且提高了電力系統(tǒng)的管理效益。LTE技術(shù)為智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持，提高電網(wǎng)運行的安全性及供電服務(wù)的可靠性。

4.3 其他領(lǐng)域的應(yīng)用

LTE在其他領(lǐng)域的應(yīng)用包括智慧城市的建設(shè)、智能家居及智能汽車等。智慧城市建設(shè)過程中，物聯(lián)網(wǎng)與LTE技術(shù)融合在一起，可以在對應(yīng)范圍內(nèi)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)對應(yīng)場景的全面監(jiān)測；兩種技術(shù)的有機融合還能夠?qū)崿F(xiàn)地下商場、地鐵站等區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，除了能夠進行全程監(jiān)控管理外，還可以采集相關(guān)的環(huán)境指數(shù)。LTE技術(shù)可以實現(xiàn)多個空間接口，通過MIMO技術(shù)提高傳輸效率，促進了智慧城市安全、節(jié)能、綠色的發(fā)展。智能家居中LTE與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要是針對家庭中的電子設(shè)備建構(gòu)一個智能管理網(wǎng)絡(luò)，通過無線通信技術(shù)實現(xiàn)各種家居設(shè)備的遠程操作與控制，提高用戶的便利性。智能網(wǎng)絡(luò)汽車則能夠讓更多的人體會到智能網(wǎng)絡(luò)的便利性與快捷性，私人車輛可以通過共享平臺提高車輛的利用率，降低用戶的投資成本；上述公共交通則可以通過電纜天線實現(xiàn)無線覆蓋方案，提高公交車行駛的安全性與穩(wěn)定性等。

總之，在智能化發(fā)展的過程中，物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用不僅改善了人們的生活質(zhì)量，同時也促進了各個領(lǐng)域的發(fā)展和進步，物聯(lián)網(wǎng)作為新型信息組成形式，是物與物相連的新層面的互聯(lián)網(wǎng)，而LTE無線通信技術(shù)具有信息傳播量大、傳播速度快的優(yōu)勢，將其與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)二者的創(chuàng)新發(fā)展，進一步提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果，促進智能化建設(shè)與發(fā)展，提高人們生活的便利性與智能化水平，從而促進整個社會的現(xiàn)代化發(fā)展。