LTE無線通信技術與物聯網技術的結合與應用

呂占杰

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050000）

0 引 言

將長期演進（Long Term Evolution，LTE） 無線通信技術與物聯網技術結合在一起，能夠有效提升數據傳輸量與傳輸速率，在具體行業與領域中能有效提升服務質量。LTE無線通信技術與物聯網技術的結合與應用需要注意擴展訪問限制、改進限制與接入類別限制，確保二者結合的整體效果滿足實際應用需求。

1 LTE無線通信技術與物聯網技術概述

1.1 LTE無線通信技術

LTE是3G向4G演變過程中的主流技術，能夠替代原有的2G通信技術與3G通信技術。LTE無線通信技術的核心是正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）與多輸入多輸出（Multi-Input & Multi-Output，MIMO），上行運行速率為50 Mb/s，下行運行速率為100 Mb/s。LTE無線通信網絡可以分為兩部分，分別是演進的通用路基無線接入網（Evolved-Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN）與分組核心演進（Evolved Pocket Core，EPC）。管理實體、業務網關是EPC的組成部分。LTE無線通信技術主要包括多載波技術、多天線技術、同步技術等，能夠滿足用戶的個性化需求，實現高效應用[1]。

1.2 物聯網技術

互聯網技術是物聯網技術的基礎，物品與物品間的有效連接是物聯網技術實現的關鍵，可以利用信息的傳輸實現定位與監控物品。為了不斷滿足人們的個性化需求，物聯網技術中也出現很多高頻率、小規模的特殊業務數據模型。感知層、網絡層與應用層共同組成物聯網系統，能夠在應用中提供智能識別、定位、監控等多種功能。在物聯網技術的應用中，應用層能在物聯網技術支持下，為行業的智能化、信息化發展提供保障，同時也能實現信息資源的高效開發與利用。網絡層是實現物聯網應用的基礎，可以優化與改進物聯網應用特征，形成協同感知網絡[2]。感知層則可通過其全面的感知能力，解決功耗等各類問題，同時確保技術應用的標準化與規范化。

2 LTE無線通信技術與物聯網技術的結合

接入率與接入的可靠性等是設備運行期間的重點，將LTE無線通信技術與物聯網技術結合在一起，就必須確保數據傳輸的高效性。機器類型通信（Machine Type Communication，MTC）設備在運行期間，當輸出數據的發送被允許延長時間后，就要對切入式陣列塊（Embedded Array Block，EAB）進行檢查。對于一個模塊中的EAB方案，在對MTC設備常規接入時，接入等級需劃分為0～9級，這樣就能實現過載狀態。由于突發狀況下在系統中接入MTC設備會造成一定影響，因此要及時更新數據信息。所有用戶在選擇數據信息更新方案時，都要及時告知廣播信息將會改變，通知方法為尋呼指示。按照這樣的變化，對于規定的接入容量邊界，可以對廣播信息設備進行修改[3]。

時間競爭的主動機制是改進限制的基礎，接收端服務器的消息接收需要基于發送端的設備發送消息實現，消息發送失敗時不再發送請求。在信道空閑還沒有接入數據消息時，要主動接入請求信息，并將信息發送到發送端設備，這樣可以通過網絡連接發送端設備。用戶在使用智能電網計量系統時，就可以將形成的電能使用報告發送給電站。在月末時，智能電表會主動發送請求，并在網絡服務器上主動接入請求。在智能電表發送信息時，如果設備過多，會讓信息在傳輸到基站過程中出現網絡過載，這樣發送請求接入消息就會中斷。當基站在網絡容量空閑狀態時，基站會向電表發送網絡空閑信息。電表數據在沒有發送時，需要重新接入請求，從而讓電表能與網絡重新連接[4]。

對于接入類別限制與擴展訪問限制的補充為改進限制，可以限制所有類型的MTC設備，對網絡中改進限制過載控制方案有一定效果。與擴展訪問限制相比，接入類別限制也有明顯優勢，就是在接入請求發送過程中不會出現網絡多次連接失敗的問題，且所需傳輸數據的設備可在系統中動態選擇，這樣可以解決資源浪費和設備限制問題[5]。

3 LTE無線通信技術與物聯網技術的應用場景

3.1 智慧城市

在智慧城市建設中，LTE無線通信技術與物聯網技術發揮著重要作用。在智慧城市建設中，除了智能電網之外，還能在全城范圍內建設網絡連接，覆蓋城市的每一個角落，實現對城市每個角落的監控。在城市地鐵、地下隧道等區域，通過LTE無線通信技術與物聯網技術的結合能實現對周圍各類設施與設備的監控。在智慧城市中所使用的物聯網技術有ZigBee、藍牙等，但由于覆蓋的區域較小、傳輸間距不夠長，因此還要結合其他技術。例如，可以使用MIMO技術提高傳輸效率，讓智慧城市在不同場景下都具有較強的通信能力[6]。

3.2 智能電網

物聯網技術在智能電網建設中也具有重要作用。在智能電網建設期間，采用簡化端口接入方式能實現精細化、智能化管理，提高對覆蓋端的管理質量與效率。為了實現遠程抄表業務，可以使用智能電表。在網絡終端平臺匯集全部監測數據，對電力使用流量進行分析期間可以使用集成化信息監控控制系統，調整智能電網結構與用戶端的負荷，保證電力系統具有穩定、高效的電能供應水平。目前，物聯網技術在智能電網中得到廣泛運用，電表遠程查抄基本實現，而且還能對設備的運行全過程進行有效監測，確保設備的穩定、安全運行[7]。將LTE技術與物聯網技術結合在一起，能提升智能電網的整體運行質量，強化對智能電網的維護，確保供電的安全與可靠。

為了有效掌握設備的物理位置信息，可以通過地理信息系統（Geographic Information System，GIS）實現。在輸變電監測系統中融合網絡架構、定位裝置等，確保信息在傳輸期間的連續性，保證在傳輸海量數據信息的前提下，輸變電設備依然能對設備信息進行高效、實時監測。設備在運行期間一旦出現故障，可以通過GIS監測系統的應用精準定位，在電子前端顯示設備的詳細信息，并記錄本次的檢測與應急全過程。檢修維護人員能及時定位故障設備，并結合具體情況進行故障設備的檢修，縮短檢修時間。

3.3 智能家居

隨著人們生活質量的不斷提升，智能家居也開始受到人們的重視，并在人們的生活中扮演著重要角色。在智能家居給人們帶來極大便利的同時，要求智能家居開發者不斷更新技術，滿足人們更多的個性化需求。家庭控制網關可起到連接樞紐作用，在Wi-Fi無線網協議下可與多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem，IMS）智能終端進行連接，實現數據的高效傳遞，從而有效控制家居設備。家庭控制網關硬件系統由主控系統模塊、Wi-Fi模塊、射頻（Radio Frequency，RF）模塊等組成，不僅能存儲大量數據，而且還能對使用的電源、電流等進行調節[8]。安卓系統是IMS智能控制終端的操作系統，通過軟件應用可以通過相關操作對家居場景進行控制。智能家居系統如圖1所示。

圖1 智能家居系統

3.4 智能網聯汽車

智能網聯汽車并非單個運輸個體，是由多個移動終端組成。為了確保駕駛者的安全行駛，保證通信的質量與效率，要求智能網聯汽車能強化與道路、行人之間的信息交流。在智能網聯汽車中，使用車用無線通信技術（Vehicle to X，V2X）。V2X通信可以對道路異常狀態進行預警，讓駕駛者能及時了解異常狀況，避免發生交通事故。道路異常狀態預警如圖2所示。

圖2 道路異常狀態預警

此外，V2X通信也可以應用于道路濕滑預警、道路施工預警、道路標識標牌顯示、主動安全控制以及盲區碰撞預警等不同模塊中。LTE-V通信系統由用戶終端、路側單元（Road Side Unit，RSU）、基站共同組成，能有效運用于動態信息服務、車輛安全駕駛等方面。

4 結 論

LTE無線通信技術與物聯網技術的結合是時代發展的主要趨勢，也是提升通信質量與效率的關鍵所在。目前兩者的結合運用主要集中在智慧城市、智能電網、智能家居與智能網聯汽車等方面，應用效果良好，能夠為人們提供更加高效與便捷的服務。未來隨著現代科學技術、網絡技術的不斷發展與創新，LTE無線通信技術與物聯網技術的結合將更加緊密，能夠充分滿足人們的實際需求，推動行業的可持續發展。