物聯網通信技術的發展現狀及趨勢綜述*

東 輝,唐景然,于東興

(1.解放軍61580部隊北京100094;2.解放軍91746部隊,北京102206)

物聯網通信技術的發展現狀及趨勢綜述*

東 輝1,唐景然2,于東興2

(1.解放軍61580部隊北京100094;2.解放軍91746部隊,北京102206)

物聯網是繼計算機、互聯網與移動通信網之后信息技術產業的第三次發展浪潮。通信技術能夠使物聯網將感知到的信息在不同的終端之間進行高效傳輸和交換,實現信息資源的互通和共享,是物聯網各種應用功能的關鍵支撐。文中首先介紹了物聯網的概念、系統組成,然后重點闡述了物聯網通信技術的發展現狀,接著分析了物聯網通信技術發展中面臨的問題,最后結合信息通信技術和物聯網的發展情況,對物聯網通信技術的研究方向和發展趨勢進行了展望和預測。

物聯網 通信技術 無線通信 短距離通信

0 引 言

物聯網自從于1999年被學者提出以來,得到了世界各國的廣泛關注和快速發展[1],是信息技術產業繼計算機、互聯網和移動通信網之后的第三次發展浪潮。通信技術能使物聯網將感知到的信息數據在不同的終端之間進行高效傳輸和交換,實現信息資源的互通和共享,是物聯網各種應用功能的關鍵支撐。

1 物聯網概述

1.1 定義

1995年,比爾·蓋茨在《未來之路》一書,首次提及“物一物”相連概念。1999年,Ashton教授在研究射頻識別(RFID)技術時,提出把RFID和傳感器技術相結合形成一個"物聯網"的思路,這是世界上首次正式提出物聯網(Internet of Things)概念[2]。2005年,國際電信聯盟(ITU)發布《ITU互聯網報告2005:物聯網》報告[3],對物聯網概念進行了擴展,提出在任何時刻、任何地點、任何物體之間都可以通過互聯網主動地進行信息數據交換,射頻識別技術,傳感器技術,納米技術,智能嵌入式技術將達到廣泛的應用。2009年,歐盟發布《物聯網戰略研究路線圖》報告指出,物聯網是一個基于標準和互操作通信協議的、具有自組織能力的、全球的、動態的網絡基礎設施,在物聯網中,物理和虛擬的物體都有虛擬特性、身份標簽、物理屬性及智能接口,并且與現有信息網絡無縫整合[4]。

綜上所述,物聯網是指,按照標準的通信協議,通過信息傳感設備(如:射頻識別設備、紅外傳感器、全球定位系統、激光掃描設備、聲光電以及氣體傳感器等),把世界上所有的物品與國際互聯網連接起來,進行信息通信和數據交換,從而實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種能互聯互通互操作的基礎網絡,達到物與物、人與人、人與物之間的通信目的[5]。

1.2 系統組成

物聯網系統由硬件和軟件兩大子系統組成[6]。硬件子系統由傳感器網絡、核心承載網絡和信息服務系統等三部分組成。其中,傳感器網絡包括傳感節點和末梢網絡。傳感節點主要用于數據的采集和設備的控制;末梢網絡也稱作接入網絡,包括了匯聚節點和接入網關,主要用于末稍傳感節點的組網控制和數據匯聚等;核心承載網絡是物聯網的基礎通信網絡,主要用于接入網和信息服務系統之間的通信。信息服務系統的硬件部分主要用于信息處理和決策支持。

軟件子系統由數據感知系統、中間件系統、網絡操作系統及管理信息系統(MIS)組成。其中,數據感知系統主要用于物品識別和物品代碼采集和處理。中間件系統是數據感知設備與后臺的應用軟件之間的軟件系統,主要用于對采集的數據進行捕獲、過濾、匯聚、計算、數據校對、解調、數據傳送、數據存儲和任務管理。網絡操作系統主要用于物聯網系統中的硬件或軟件資源進行調度和管理,支持各種應用服務的運行。信息管理系統主要用于對象名解析服務(ONS),能對每一種物品的編碼進行解析,再通過URL服務獲得相關物品的進一步信息。

2 物聯網通信技術的發展現狀

物聯網的通信技術主要包括傳感器網絡通信技術和電信傳輸網絡通信技術兩個方面[6]。其中,傳感器網絡又稱作末梢網絡,采用的通信技術主要是短距離通信技術,主要包括RFID、NFC、Bluetooth、ZigBee、UWB、60 GHz波段、IrDA紅外線等通信技術。電信傳輸網絡又稱作核心承載網絡,主要包括傳感器網絡與傳輸網絡之間的互聯通信技術(如WIFI、WiMAX技術等)和電信傳輸網絡自身的通信技術。電信網絡通信技術包括SDH、全光網等有線通信技術,以及2G、3G、4G和正在發展的5G移動通信技術,考慮到物聯網的“無處不在”特點和發展趨勢,本文重點介紹正在廣泛應用和發展的幾種移動無線通信技術。

2.1 傳感器網絡通信技術

2.1.1 RFID通信技術

RFID(Radio Frequency Identification)技術是一種基于射頻的短距離無線通信技術,又稱作電子標簽、無線射頻識別技術,采用的是非接觸式自動識別技術。其工作原理是利用射頻標簽與射頻讀寫器之間的射頻信號及其空間耦合和傳輸特性,實現對目標的自動識別。RFID是一種簡單的無線傳輸系統,由標簽、讀寫器、天線三部分組成。其中,標簽由耦合元件及芯片組成,賦予唯一的電子編碼,附著在物體上,標識出目標對象;讀寫器負責讀取標簽的信息;天線負責在標簽和讀寫器之間傳遞信號。RFID技術具有讀取方便、識別速度快、數據容量大、使用壽命長、應用范圍廣、安全性好、動態實時通信等優點。RFID的工作頻率分為兩類[6]:一是低頻系統,即低于30 MHz,主要有125 kHz、225 kHz、13.56 MHz等。二是高頻系統,即大于400 MHz,主要有915 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz等。RFID技術標準有ISO/IEC組織制定的ISO/IEC 1800空中接口參數、10536耦合非接觸集成電路卡、15639疏耦合非接觸集成電路卡、14443近耦合非接觸集成電路卡等。另外還有EPC Global UHF Gen2標準,前向通信采取雙邊帶幅移鍵控(DSB-ASK)、單邊帶幅移鍵控(SSBASK)和反向幅移鍵控(PA-ASK)等調制方式。

2.1.2 NFC通信技術

NFC(Near Field Communication,近距離通信)是一種允許電子設備之間,在近距離內(10 cm內)進行非接觸式點對點數據傳輸和數據交換的短距離高頻(13.56 MHz)無線通信技術[6]。NFC技術整合了非接觸式射頻識別技術(RFID)與互連技術,通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,能快速自動地建立起無線網絡,為蜂窩、藍牙或WIFI設備提供一個“虛擬連接”,使移動設備、電子產品、PC和智能控件工具等在很短距離內進行通信。NFC技術能使任意兩個設備靠近而不需要線纜接插就可以完成相互間的信息交換、內容訪問、服務交換,廣泛用于設備的互連、服務搜尋及移動商務等領域。NFC技術具有三大優點:一是采用了信號衰減技術,具有高速率、高帶寬和低消耗特點。二是采用了私密通信方式,加之射頻范圍小,安全性高。三是與RFID的單向識別不同,NFC能夠雙向連接和識別。NFC技術支持主動和被動兩種工作模式及多種傳輸數據速率,規劃的最高傳輸速率可達1 Mb/s,最遠傳輸距離可至20 cm。被動模式時,有106 kb/s、212 kb/s或424 kb/s三種傳輸速率可選擇,采用ASK調制方式。NFC技術標準有ECMA-340、ETSI TS102V190 v1.1.1、ISO/IEC 18092等,詳細規定了物理層和數據鏈路層的組成,定義了傳輸協議。

2.1.3 Bluetooth通信技術

Bluetooth(藍牙)技術是一種支持設備間短距離通信(一般10 m內)的無線通信技術,能使眾多移動或固定終端之間進行無線信息交換;其目的是取代有線電纜連接,在各信息設備之間,實現方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數據通信。bluetooth技術具有無線性、開放性、兼容性、移動性、抗干擾性、功耗低、成本低等特點,能使網絡中的各種設備互連互通,在近距離內實現無縫資源共享。

bluetooth技術的基本原理是,藍牙設備依靠專用的藍牙芯片使設備在短距離范圍內發送無線電信號來尋找另外一個藍牙設備,找到藍牙設備后,藍牙設備之間便可以相互交換信息。bluetooth技術采用了高速跳頻(FH)技術與短分組技術,減少了信號干擾和衰弱,保證了傳輸的可靠性;采用了時分全雙工通信,傳輸速率達1 Mb/s;采用了前向糾錯(FEC)編碼技術,減少了隨機噪聲影響;使用的工作頻段是不必授權的ISM(工業、醫療、科學)頻段(2.402～2.480 GHz),保證了全球范圍的通用性。依據發射輸出電平功率不同,藍牙傳輸距離有3個等級[6]:第一級為100 m左右;第二級約為10 m;第三級約為2～3 m。一般情況下,通常的工作范圍是10 m半徑之內。藍牙技術支持點對點或點對多點的話音、數據業務,采用一種靈活的無基站的組網方式,一個藍牙設備可同時與多個藍牙設備相連,在有效通信范圍內所有設備的地位都是平等的,具有相同的權限。藍牙系統一般由天線單元、鏈路控制(硬件)、鏈路管理(軟件)和藍牙軟件(協議)等4個功能模塊組成。

bluetooth技術最早由Ericsson公司于1994年進行研發,1998年,Ericsson聯合其他四家公司成立了藍牙特別興趣小組(BSIG),初步制訂了藍牙技術標準v1.1。此后,IEEE國際組織與藍牙SIG小組合作,在藍牙技術標準v1.1的基礎上,出臺了IEEE802.15.1藍牙技術標準。

2.1.4 ZigBee通信技術

ZigBee技術是一種短距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術,主要用于電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。ZigBee是一個由可多達65 000個無線數傳模塊組成的一個無線網絡平臺,每個網絡節點間的距離可以從75 m擴展到數百米,甚至幾公里。ZigBee網絡節點既可與工業監控對象連接實現數據采集和監控,又可中轉其他網絡節點的數據。

ZigBee技術特點主要有[6]:①傳輸速率低,只有10～250 kb/s。②功耗低,發射功率只有1 mW。③速率低,協議簡單,技術上易實現,成本低。④網絡容量大,每個ZigBee網絡可支持255個設備,一個區域內可同時開啟100個ZigBee網絡。⑤覆蓋范圍小。網絡節點之間的通信距離一般在10～100 m之間,增加發射功率時,可達1～3 000 m。⑥工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.400～2.408 GHz、868.0～868.6 MHz(歐洲)及902～928 MHz(美國),均為免執照頻段。⑦組網形式靈活。ZigBee網絡既可能組成星狀網,也可組成對等的網格狀網絡;既可實現單跳組網,也可通過路由實現多跳的數據傳輸。⑧時延短。響應時間快,休眠激活時延只有15 ms。⑨安全性好。采用了基于CRC(循環冗余校驗)的數據包完整性檢查功能和AES-128加密算法。⑩可靠性高。采取了碰撞避免策略,同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和沖突。

目前,ZigBee技術主要標準有:2000年,出臺IEEE 802.15.4標準;2001年8月,成立ZigBee聯盟;2004年,出臺ZigBee V1.0版本標準,2006年,推出ZigBee-2006標準,2009年,頒布ZigBee RF4CE標準。

2.1.5 UWB通信技術

UWB(Ultra Wide band)超寬帶技術是一種無載波通信技術,不采用正弦載波,而是將通信信號直接調制到脈寬為納秒級的脈沖上,形成擴頻超寬帶信號進行信息傳輸,能實現10 m距離內的數百Mbit/s至數Gbit/s速率的通信。1989年,美國國防部首次使用超寬帶UWB名稱,并規定“在-20 dB處的絕對帶寬大于1.5 GHz或相對帶寬大于25%”的為超寬帶信號[7]。2002年,美國聯邦通信委員會FCC規定“-10 dB的相對帶寬和絕對帶寬分別為20%和500 MHz”的信號為超寬帶信號,并給出了UWB的頻譜范圍為3.1～10.6 GHz,發射機的信號最高功率譜密度為41.3 dBm/MHz標準。UWB具有如下的特點:①速率高,能使用高達0.5～7.5 GHz的帶寬,即使發射功率很低,也可以在短距離上實現高達幾百兆至1 Gbit/s的傳輸速率;②通信距離短,當收發信機之間距離小于10 m時,UWB系統的信道容量高于傳統的窄帶系統;③與現有窄帶無線系統的共存性好,通信保密度高,具有很強的隱蔽性;④定位精度高,抗多徑能力強;⑤體積小、功耗低。

2.1.6 60 GHz通信技術

60 GHz毫米波通信是指,利用頻率在60 GHz左右的毫米波進行高速率、大容量無線傳輸的短距離通信技術。毫米波通信具有頻譜范圍寬,信息容量大;傳輸速度高,具有數Gb/s速率;分辨率高,抗干擾性好;能穿透等離子體;多普勒頻移大,測速靈敏度高等特點。目前,60 GHz毫米波通信標準有[8]:①WirelessHD1.0標準,傳輸距離在10 m內,速率為10～28 Gb/s;②WiGig v1.0標準,主要用于大型文件的高速傳輸,支速率達7 Gb/s,向后兼容IEEE 802.11標準,支持2.4 GHz,5 GHz和60 GHz三個頻段;有效傳輸距離10 m;具有AES加密功能;③ECMA-387標準,支持1.728 G符號/s的符號速率,在未使用信道綁定的情況下,數據速率高達6.35 Gb/s;④IEEE 802.15.3c標準,最高數據速率超過5 Gb/s;⑤IEEE 802.11ad(WiGig)標準,目標是制定60 GHz頻段的WLAN技術規范。

2.1.7 IrDA紅外通信技術

紅外線是指波長超過紅色可見光的電磁波。紅外線通信是指,利用波長為950納米近紅外波段的紅外線進行信息傳播的短距離無線通信技術[9]。其通信原理是,發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號,通過紅外發射管發射出紅外信號。接收端將接收到的光脈轉換成電信號,再經過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調,還原為二進制數字信號后輸出。紅外通信的主要特點有:①通過數據電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉換實現數據收發;②取代線纜連接;③信號發射角度小(30度錐角以內),通信距離短(一般在1 m內),采用點對點的直線傳輸,保密性強;④傳輸速率高,目前最高可達16 Mb/s速率;⑤無需申請頻率,通信成本低。紅外通信的主要標準有:1993年,成立紅外數據協會(IrDA,The Infrared Data Association);1994年,IrDA發布了紅外數據通信標準——IrDA1.0,最高速率只有115.2 kb/s;1996年,發布IrDA1.1標準,采用4PPM調制解調方式,最高速率達到4 Mb/s,此后,IRDA又發布VFIR技術標準,速率高達16 Mb/s。紅外線通信技術的規格主要包括IrPHY、IrLAP、IrLMP、IrCOMM、Tiny TP、OBEX、IrLAN、Ir-Simple以及IrSimpleSlot等。

2.2 電信傳輸網絡通信技術

2.2.1 Wi-Fi通信技術

WiFi(Wireless Fidelity)是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA、手機)等終端設備以無線方式互相連接的短距離無線通信技術。WiFi的體系架構包括無中心網絡和有中心網絡兩種形式,主要特點有[6]:①覆蓋范圍廣,覆蓋半徑高達100 m左右;②傳輸速度高,支持600 Mb/s的數據速率;③無需布線,節約成本;④對人體無害;⑤組網方式簡單; WiFi的主要標準有[6]:1997年,發布IEEE 802.11標準,工作頻率為2.4 GHz的ISM頻段,采用兩種擴頻方式(直接序列擴頻DSSS和跳頻擴頻FHSS)和一種紅外傳輸方式,總數據速率達2 Mb/s。1999年,出臺IEEE802.11.a和IEEE802.11.b標準,IEEE802.11.a標準的工作頻率為5 GHz的ISM工作頻段,物理層數據速率可達54 Mb/s,傳輸層速率可達25 Mb/s,采用正交頻分調制,覆蓋范圍可達50 m。802.11.b標準的工作頻率為2.4 GHz的ISM頻段,物理層的數據速率可達11 Mb/s,采用直接序列擴頻和補碼鍵控(CCK)調制方式,速率可動態調整。2000年,成立國際WiFi聯盟,致力于制定WiFi全球標準。2003年,出臺lEEE 802.11.g標準,向下兼容a、b標準,工作頻段為2.4 GHz,采取了補碼鍵控(CCK)和正交頻分復用(OFDM)調制技術,最高速率可達54 Mb/s。2009年,出臺IEEE 802.11.n標準,工作在2.4 GHz和5 GHz頻段,采用了多輸入多輸出(MIMO)和(OFDM)技術,傳輸速率可達300 Mb/s,最高可達600 Mb/s,向下兼容b和g標準。

2.2.2 WiMAX通信技術

WiMAX是Worldwide Interoperability for Microwave Access的英文縮寫,即全球微波接入互操作性,是以IEEE 802.16標準為基礎,兼容各種不同無線網絡的寬帶無線接入技術,也是一種無線局域網技術。WiMAX采用了FDD和TDD全雙工技術,物理層引入了OFDM/OFDMA調制技術、MIMO多天線技術,MAC層采用了多種通信方式和QOS保證機制,引入了自動重發請求ARQ、自適應調制編碼(AMC)等多個新型通信技術,主要技術優勢有[6]:①傳輸距離遠,最大傳輸距離可達50 km;②接入速率高,速率可達70 Mb/s,是3G速度的30倍;③業務范圍廣,支持數據、視頻和語音等多種多媒體業務;④頻譜利用率高等。

目前,WiMAX標準主要有[6]:2001年,發布IEEE 802.16標準,工作頻率為10～66 GHz,支持固定節點接入,提供一點到多點固定帶寬業務。2003年,出臺IEEE 802.16a標準,工作頻率為2～11 GHz,支持固定節點接入,引入了ARQ技術。同年,還出臺了IEEE 802.16c標準,工作頻率為10～66 GHz,支持移動節點接入。2004年,出臺IEEE 802.16d標準,工作頻率為2～11 GHz,支持固定節點接入。2005年,出臺IEEE 802.16e標準,頻率為2～6 GHz,支持移動節點接入,WiMAX將逐步實現寬帶業務的移動化,2007年,國際電信聯盟(ITU)將其列為了3G標準之一。另外,正在制定IEEE 802. 16m標準,即Wireless MAN-Advanced標準,兼容未來4G無線網絡,能在“漫游”模式或高效率/強信號模式下提供1 Gb/s的下行速率;并支持“高移動”模式,提供1 Gb/s速率和多媒體業務。

2.2.3 3G移動通信技術

3G是在2G移動通信技術基礎上發展而來的第三代移動通信技術,是將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統,能滿足城市和偏遠地區各種用戶密度條件下和不同速度移動用戶的需求,提供高速高質量的語音、圖像、數據以及多媒體業務[6]。3G提供了速率有三種:高速移動環境下為144 kb/s,步行和慢速移動環境下為384 kb/s,室內環境內為2 Mb/s。工作頻率有三類:①FDD方式時,為2 110～2 170 MHz和1 920～1 980 MHz;②TDD方式時,為2 010～2 025 MHz和1 885～1 920 MHz;③MSS移動衛星通信方式時,為2 170～2 200 MHz和1 980～2 010 MHz。3G的主要標準有歐盟提出的WCDMA,北美提出的CDMA2000,中國提出的TD-CDMA。2007年,WiMAX也被列為3G技術標準之一。

2.2.4 4G移動通信技術

4G是在3G的基礎上發展而來的第四代移動通信技術,是基于IP協議的高速蜂窩移動網絡。4G集3G與WLAN于一體,能夠快速傳輸高質量的數據、音頻、視頻和圖像等多媒體業務。相對于3G技術,4G具有如下的特征[10]:①速率高,上傳速率可達20～50 Mb/s,下載速率達100 Mb/s;②網速高,是3G網速的100倍;③采用了多種智能技術,提高了靈活性和利用率;④兼容傳統的GSM、TDMA和CDMA系統;⑤引入了自適應技術,使得用戶數量增多;⑥支持多媒體業務;⑦采用多種新型技術,如OFDM調制技術、軟件無線電、智能天線、無線接入網等技術,提高了頻譜利用率和通信質量及容量。⑧采用了基于IP的核心網絡結構,實現了多業務系統的無縫覆蓋和網絡結構的自動調節。目前正在廣泛應用的4G技術主要包括LTE和LTE-Advanced。LTE技術是3G技術的演進,采用了正交頻分復用(OFDM)和多輸入多輸出(MIMO)技術,能夠在帶寬20 MHz提供上行50 Mb/s和下行100 Mb/s的峰值速率,相當于3.9G技術,還不是真正意義上的4G技術。LTE-Advanced是LTE的增強版,有TDD和FDD兩種制式,其技術特征是:帶寬100 MHz;下行峰值速率1 Gb/s,上行峰值速率500 Mb/s;下行峰值頻譜效率30 bps/Hz,上行峰值頻譜效率達15 bps/Hz;有效支持新頻段和大帶寬應用等[6]。2012年,國際電信聯盟(ITU)正式將LTE-Advanced和Wireless MAN-Advanced(802.16m)技術確立為4G國際標準,中國主導制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance也被列為了4G國際標準。

2.2.5 5G移動通信技術

5G通信技術是繼第4代移動通信技術之后,為了滿足智能終端的快速普及和移動互聯網的高速發展,面向2020年以后人類信息社會需求的新一代移動通信技術。5G基本特征主要有[11]:①數據流量增長1 000倍,單位面積吞吐量達到100 Gbps/km2以上;②聯網設備數目是4G的100倍,特殊應用時,單位面積內設備數目將達到100萬/km2;③峰值速率至少10 Gb/s;④用戶可獲得速率達到10～100 Mb/s;⑤時延短,是4G的五分之一到十分之一。

3 物聯網通信技術發展面臨的問題

隨著信息和網絡技術的快速發展,物聯網得到了廣泛應用和推廣,也對物聯網的通信技術提出了更高的要求,在今后的物聯網通信技術發展中,還面臨著如下一系列重大問題需要解決:一是“無處不在”的通信問題。物聯網追求的是“無處不在”的通信,但目前的通信技術還存在距離短、周邊環境影響大,直接通信時受障礙物遮擋等問題,達不到無處不在的通信要求。二是多種通信技術的融合問題。物聯網的接入形式多樣,多種通信技術手段并存,隨著信息技術的發展,還會發展出更多的新型通信技術,多種形式的通信技術同時為物聯網提供通信服務,如何保障相互之間的協調和資源分配、避免沖突是需要關注的問題。三是通信速度跟不上物聯網要求的問題。物聯網發展快速,接入規模大,并在不斷擴展中,對數據傳輸的速度、帶寬要求高,但目前的通信技術還不能完全滿足日益增長的物聯網規模化需求。四是物聯網通信技術的安全問題。物聯網的通信技術主要是無線通信,對外是開發的;許多無線通信技術還在演進中,存在著安全協議不全、安全模式簡單等安全問題。

4 物聯網通信技術的發展趨勢

通信技術是物聯網的關鍵支撐。從物聯網通信技術發展中面臨的問題,以及信息和網絡技術的發展趨勢看,物聯網通信技術將重點向如下三方面發展[6]。

4.1 適應泛在網絡的通信技術

“泛在網絡(Ubiquitous)”是指“無所不在”的網絡。日本和韓國在Weiser于1991年提出“泛在計算”概念后,首次提出建設“泛在網絡”構想。“泛在網絡”是由智能網絡、先進計算技術和信息基礎設施構成。其基本特征是“無所不在、無所不包、無所不能”,目標是實現在任何時間、任何地點、任何人、任何物都能順暢地通信,是人類信息社會和物聯網的發展方向。因此,物聯網通信技術的發展必須適應“泛在網絡”的未來要求,營造高速、寬帶、品質優良的通信環境,解決影響通信傳輸的問題,真正實現“無處不在”的目標。

4.2 支撐異構網絡的通信技術

隨著信息技術和網絡技術的快速發展,使得接入物聯網的設備數量越來越多,造成傳感器網絡和接入通信網絡的結構多種多樣,引入的通信技術和協議越來越復雜,形成了不同的通信網絡結構共存的局面,影響了物聯網的互聯互通和互操作性能。需要將多種不同的無線通信網絡融合在一起,形成一個異構無線通信網絡,為各級用戶提供無縫切換和優質的通信服務。異構通信網絡將是未來物聯網技術的發展方向,未來的通信技術必須為物聯網異構通信網絡的融合提供支撐,解決多協議沖突等問題。

4.3 支持大數據與云計算的通信技術

未來是大數據時代,物聯網的規模將越來越大,必將產生大量的數據。這些由不同接入網絡產生的數據呈現出規模大、類型多、速度快、結構復雜等特點,具有大數據的顯著特征,給數據的存儲、處理、傳輸帶來了影響。大數據獲取、預處理、存儲、檢索、分析、可視化等關鍵技術,以及云計算的集中數據處理和分布式運算技術為物聯網中的大規模數據處理提供了支撐。因此,必須發展廣泛支持云計算和大數據技術的物聯網通信技術,解決因物聯網規模擴大對通信速度、帶寬等需求增加問題。

5 結 語

隨著信息技術的發展,在物聯網的演進中,發展出了多種支撐傳感器網絡的近距離無線通信系統和支撐承載網絡的中遠距離無線通信系統。隨著物聯網規模的擴大和對通信容量及時效性的需求增高,通信技術必將要適應物聯網的發展要求,進行不斷的創新,為物聯網自身功能的拓展和更加廣泛的推廣應用提供有效支撐。

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DONG Hui(1968-),female,B.Sci.,senior engineer,mainly engaged in the research of satellite communications technology.

唐景然(1964—),男,學士,高級工程師,主要研究方向為信息安全和通信技術;

TANG Jing-ran(1964-),male,B.Sci.,senior engineer, mainly engaged in the research of information security and communications technology.

于東興(1980—),男,大學專科,助理工程師,主要研究方向為信息安全和通信技術。

YU Dong-xing(1980-),male,collegian,assistant engineer,mainly engaged in the research of information security and communications technology.

Development Status and Trend of IoT Communication Technology

DONG Hui1;TANG Jing-ran2;YU Dong-xing2
(1:Unit 61580 of PLA,Beijing 100094,China;2:Unit 91746 of PLA,Beijing 102206,China)

IoT(Internet of Things)is the third wave of IT industry booms right after computers,internet and mobile communication networks.Communication technology enables the IoT to efficiently transmit and exchange the perceived information between different terminals,and also the interchange and share of information resource is a pivotal support to its various application functions.Firstly,this paper describes the concept and system composition of IoT,then focuses on state-of-the-art of IoT communication technology,and analyzes the possible challenges in the technical development,finally forecasts the future study and development trend of IoT communication technology in accordance with the development of information communication technology and IoT.

Internet of Things;communications technology;wireless communication;short-haul communication

TP393

A

1002-0802(2014)11-1233-07

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.11.001

東 輝(1968—),女,學士,高級工程師,主要研究方向為衛星通信技術;

2014-08-01;

2014-09-20 Received date：2014-08-10;Revised date：2014-09-20