基于LTE技術的物聯網技術分析

徐振宇　虞呈祿

【摘要】受限于現有的通信技術，物聯網在網絡部署、應用領域等方面的發展都受到了一定的阻礙，隨著LTE技術的提出和應用，制約物聯網發展的瓶頸被消除，建立端到端的物聯網體系成為可能。本文分析了LTE系統的系統特性和物聯網的應用領域，進而對基于LTE技術的物聯網技術進行了分析和研究。

【關鍵詞】通信技術：物聯網：LTE；應用領域

【中圖分類號】TN929.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0092-01

傳統的移動通信網絡主要用于解決人與人之間的互聯問題，而物聯網的出現則是用于解決物與物之間的互聯問題。當物聯網技術應用移動通信技術進行實踐和拓展時，物聯網的應用領域和部署范圍將得到極大的擴展，同時實現終端之間、終端與后臺之間的協同工作。

1 LTE系統

LTE是一種長期演進技術，該技術可支持更多系統帶寬下的網絡部署，其空間信號覆蓋范圍和傳輸速率相較于3G技術而言，提高了數倍甚至是數十倍。通常20MHz帶寬下，應用LTE技術能夠實現上行50Mbps，下行lOOMbps的通信速率，且該移動通信技術對高速移動環境下的通信同樣具有較好的支持性。

LTE系統中的關鍵技術有兩個，分別為OFDM技術和MIMO技術。OFDM技術在頻域范圍內將通信信道分為多個相互正交的子信道，應用這些子信道同時對通信數據進行傳輸，同樣多的數據可被并行編碼為多個低速的子數據流，在子信道內進行調制和傳輸，這樣，同樣多數據所需的傳輸時間就被壓縮到子信道個數分之一。應用OFDM技術極大的提高了數據傳輸速率，在高速、大容量數據傳輸方面具有非常強的競爭優勢。MIMO技術則是在通信系統的發送端和接收端同時應用多根天線對信號進行接收，可以獲得更高的通信容量和頻譜利用率。

2 物聯網

物聯網是應用傳感器件將物品按照一定的通信協議連接起來進行通信或者信息交換，以實現對物品的定位、應用、管理等功能的一種特殊網絡。其實質就是應用射頻技術通過互聯網對物品進行管理。

物聯網的應用范圍非常廣泛，可用于智能交通、智能家居、個人健康、公共管理等多個領域。其將整個人類社會與先進的信息技術進行了整合，運用強大的傳感器技術、通信技術、計算機技術對物聯網內的接人物品進行實時管理和控制，進而提高資源和物品的利用率，改善人們生活環境，增進人與自然之間的關系。物聯網的關鍵技術有以下三部分：傳感器技術、網絡通信技術以及計算機處理與服務技術。

2.1傳感器技術

傳感器技術是物聯網構成的基礎，應用該技術可以實現物理世界的事物屬性的數字化和信息化轉換，以便于后續數據傳輸和信息分析。傳感器技術主要包含兩方面技術，一方面是傳感技術，一方面是識別技術。其中傳感技術是將大量的傳感器組成多跳自組織傳感器網絡，在該網絡覆蓋范圍內對對象進行感知；識別技術將已感知到的對象進行統一標識，對其特征、位置等進行識別。

2.2網絡通信技術

該技術主要是指應用一種統一的網絡協議來提高物聯網的適用性，同時對物聯網終端與控制端之間的海量數據傳輸進行支持。該技術一方面涉及感知終端與骨干網絡的接入通信，另一方面涉及基于互聯網的數據通信。其中感知終端與骨干網絡的接入可以通過移動通信網絡實現，但是目前應用的移動通信網絡，如WCDMA、TD-SCDMA等，在網絡容量、傳輸速率、通信協議等方面還無法完全滿足物聯網的通信要求。

2.3計算機處理與服務技術

物聯網會產生海量的數據信息，對這些信息的處理將成為物聯網技術中所需面對的重大挑戰之一。傳統的計算機處理與服務技術必然為成為制約物聯網發展的主要瓶頸之一，為解決該問題，必須發展基于通信網絡的云計算技術，應用該技術中強大的數據處理、數據存儲、并行處理、數據挖掘等技術為物聯網中產生的海量數據信息提供高效支撐。

不難看出，當前時期的物聯網發展無論在傳感器層面、通信層面還是信息處理層面均存在諸多限制因素。物聯網技術若想得到更好的發展，必須應用先進的信息技術手段對這些限制因素進行解決。在通信層面，LTE技術的成熟及應用使得物聯網中的海量數據通信成為可能。下面著重就LTE技術對物聯網的推動作用進行分析。

3 基于LTE技術的物聯網技術

物聯網的數據通信特性為小包、高頻次，類似于當前的微信通信方式，屬于一種實時在線業務，故其需要與基站之間產生大量的通信，很容易造成信令風暴，在傳統的網絡通信方式下，該問題很難解決，依托LTE技術，則相對而言，物聯網技術更易實現。

在基于LTE系統的物聯網架構方面，物聯網首先將傳感層中的大量傳感器和控制機進行網絡自組建疊加，利用其使用的諸如FRID技術構成小范圍局域網，然后在網絡層中以LTE通信網絡作為網關接人，將自組織網絡采集到的大量通信數據通過LTE網絡進行傳輸。此時，LTE技術中的OFDM技術和MIMO技術即可發揮核心作用，其將高速數據流進行低速編碼，然后應用網絡調度器等設備對無線網絡資源進行動態配置，實現大容量、高速率物聯網數據的發送和接收。在應用層，LTE技術的相干協議可以進一步對數據傳輸參數等進行調整和優化，以滿足LTE通信標準。

在物聯網的實時在線和系統配置方面，可以從LTE網絡的核心網和接入網兩個方面分別進行討論。

在核心網層面，當LTE網絡環境中的終端發起無線連接時，會通過NAS消息通知核心網并建立相應的QC[無線承載，但是LTE網絡的核心網中不存在主動釋放這種機制，即對無數據的連接進行主動釋放，只能在接收到接入網的釋放消息或者用戶通知后才會進行釋放。這種通信特性就確定了一旦物聯網終端接入LTE無線通信網絡，每個物聯網終端都存在一個固定的可用的IP地址，核心網、UE的NAS層都會保持在ATrACH狀態，以實現實時在線。

在接入網層面，3GPP定義的9cI可以再接入網層面實現參數的具體配置，物聯網用戶可通過接入網適配實現信道資源的共享，故應用LTE技術的物聯網服務具有非常強的配置靈活度，其可通過無線網絡協議達到資源的最優占用。在資源配置方面，LTE技術同樣應用OFDM技術進行資源共享，應用層二調度器進行資源動態調度。按照協議標準，只要信令資源不被釋放，物聯網終端可維持長久在線狀態。

需要說明的是，3GPP各版本協議中對諸如視頻、語音等多種業務形態均有嚴格的定義，但是對物聯網的業務形態還未進行標準定義。在長期研究的LTE技術中，若需要支持物聯網服務則需要針對物聯網業務形態中的數據特點和通信特點進行形態適配。

綜上所述，LTE技術可以為物聯網提供很好的通信支持，也能夠很好的滿足其發展需求，但是當前時期，應用LTE系統發展物聯網服務還需要將LTE系統中的數據業務按照物聯網的數據模型進行標準制定和優化才能夠保證物聯網業務的順利開展和穩定運行，尤其是物聯網業務形態中的小包、高頻次、常在線特性需要得到9c[的支持。

總結

雖然基于LTE技術的物聯網技術研究仍然處于初級階段，但是隨著信息技術的發展，物聯網技術必然會得到廣泛的應用，其通信技術瓶頸也會隨著LTE技術的成熟而得到突破，發展LTE技術、物聯網技術，同時融人大數據和云計算等技術，必然會促進經濟和社會的飛速發展。

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