移動通信在物聯(lián)網中的研究和應用

趙 娜

撫順職業(yè)技術學院(撫順 113006)

2008年爆發(fā)全球金融危機后，全世界很多國家都在找尋提升經濟增長點的辦法，于是物聯(lián)網油然而生，成了各國經濟今后發(fā)展的重點。2009年8月，我們國家溫家寶同志在無錫視察時提出了“感知中國”，并在當年的政府工作報告將其列為重點，現(xiàn)物聯(lián)網已被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一，也成為了業(yè)界和學術界的一個研究熱點。同時，具有數(shù)據(jù)通信功能的3G通信網絡已經在很多國家普及使用，技術更為先進的LTE移動通信網絡也已經開始走向應用，覆蓋范圍最為廣泛的移動通信設備和網絡作為信息傳輸設施，為物聯(lián)網的實際應用提供了較好的物質基礎，本文就對移動通信在物聯(lián)網中的應用進行研究和探討。

1 認識物聯(lián)網

1.1 物聯(lián)網的基本概念

MIT Auto-ID中心Ashton教授于1999年，在研究RFID時最早提出物聯(lián)網(Internet of Things)的概念。國際電信聯(lián)盟(ITU)于2005年發(fā)布的同名報告中，又擴充了物聯(lián)網的概念，，世界上很多個國家都在2008年全球金融危機爆發(fā)后提出了自己的物聯(lián)網發(fā)展規(guī)劃[1]。

對于物聯(lián)網的概念，現(xiàn)在還沒有一個普遍認可的嚴謹界定，國家不同提法也不同，如亞洲的日本、韓國則稱為泛在網，美歐多稱為Internet of Things，我國稱為物聯(lián)網。從字面簡單地理解，物聯(lián)網是指物物相聯(lián)的互聯(lián)網，是互聯(lián)網在現(xiàn)實實物世界的延伸。也可以將物聯(lián)網定義為：物聯(lián)網是指采用一定的感知手段對實物世界物體的一定信息進行感知，并利用相應的信息網絡傳輸技術將物體互聯(lián)成網，實現(xiàn)信息的相互和遠距離傳輸，最終實現(xiàn)實物系統(tǒng)一定程度的自我智能管理、以及人們對物品和過程的智能化感知、定位、監(jiān)控和管理的一種互聯(lián)網絡。

1.2 物聯(lián)網的基本結構組成

根據(jù)以上物聯(lián)網的定義，可以認為物聯(lián)網的邏輯結構組成如下圖所示：

圖1 物聯(lián)網邏輯結構組成示意圖

(1)信息感知和控制部分：信息感知和物品控制部分是物聯(lián)網的最底層，是物聯(lián)網中與各種物體直接接觸的部分，實際上是由各種不同的傳感器和與之相對應的控制器組成。信息感知部分的作用主要是感知物體的有用信息，并以有線或無線的形式將所感知的信息按照規(guī)定的格式將信息發(fā)送到信息傳輸網絡中；控制部分的主要作用是接受從信息傳輸網絡傳來的控制信息，以使物體達到人們所需的狀態(tài)。

(2)信息傳輸網絡部分。處于物聯(lián)網的中間層是信息傳輸網絡部分，是由現(xiàn)在的各種信息傳輸網絡組成的，如計算機互聯(lián)網、局域無線網絡，公用移動通信網絡等。信息傳輸網絡部分主要是將控制節(jié)點和各信息感知互聯(lián)成網，以實現(xiàn)信息安全管理和信息的傳輸管理，同時將相應的信息資源提供給上層信息應用部分。

(3)信息應用部分。處于物聯(lián)網的最高層次是信息應用部分，由系統(tǒng)和各種應用程序組成，主要的作用是提供對聯(lián)網物體的監(jiān)控、定位以及管理功能。由于各種被物聯(lián)網采集的信息是大量的，因此物聯(lián)網為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的管理和應用，必須采用云計算、數(shù)據(jù)挖掘等技術。人們和物聯(lián)網的相互接口是由信息的應用部分構成的，相關人員查看所需物品的信息，并對所需物品進行定位或監(jiān)控命令，都是通過這部分完成的。

1.3 物聯(lián)網的主要特征

(1)信息傳輸?shù)母踩途W絡的更可靠

由于物聯(lián)網所連接的都是具有私有屬性的物品，因此物聯(lián)網中所傳輸?shù)耐彩蔷哂兴接行再|的相關信息，為了讓網中的信息不能被非法獲取，所以必須保證物品信息使用和傳輸?shù)陌踩浴Ｍ瑫r，實現(xiàn)人們對相關物品的遠程監(jiān)控是物聯(lián)網組網的目的，因此必須提供一個高度可靠的物聯(lián)網網絡，用來保證人們可以隨時獲取所需物品的信息和實現(xiàn)對物品的相關控制。

(2)更加廣泛的連接對象

現(xiàn)在，人是的互聯(lián)網連接的主要對象，互聯(lián)網連接主要提供人和人之間的信息交流。而物聯(lián)網連接則不然，它的對象不僅是人，更包括了各種各樣的物品，將實現(xiàn)物-物、人-物之間的信息聯(lián)網。由于現(xiàn)實世界中物品的數(shù)量要遠遠高于人的數(shù)量，因此物聯(lián)網就具備了海量信息節(jié)點的移動性和廣泛性的特征。

2 移動通信在物聯(lián)網中的應用

由于物聯(lián)網信息節(jié)點的移動性和廣泛性，就決定了物聯(lián)網的主要聯(lián)網技術是各種無線通信技術。同時隨著3G移動通信技術的不斷普及和發(fā)展，現(xiàn)代移動通信網絡的數(shù)據(jù)通信功能更加強大，4G移動通信網絡支持的應用業(yè)務范圍也更加廣泛。因此，物聯(lián)網實現(xiàn)的物質基礎必將取決于現(xiàn)代移動通信技術，所以移動通信技術必將在物聯(lián)網中的組網過程中得到廣泛應用。

2.1 主要方式

移動通信系統(tǒng)一般由三部分組成，它們是移動終端、傳輸網絡和網絡管理維護等部分，因此移動通信在物聯(lián)網的應用主要包括以下幾個部分：

(1)物聯(lián)網中移動通信終端的應用。

在移動通信系統(tǒng)中，作為信息接入的終端設備就是移動終端，它是隨網絡信息節(jié)點移動而移動的，并且可以實現(xiàn)網絡之間和信息節(jié)點隨時、隨地通信。對比物聯(lián)網節(jié)點信息感知終端和移動通信終端的工作方式和功能可知，完全可以將移動通信終端作為物聯(lián)網信息節(jié)點終端的通信部件而廣泛推廣和使用。

(2)物聯(lián)網中移動通信傳輸網絡的應用。

在移動通信系統(tǒng)中，主要實現(xiàn)各移動節(jié)點的相互連接和信息的遠程傳輸?shù)木褪莻鬏斁W絡，而在物聯(lián)網中的信息傳輸網絡也具有相類似的功能。因此，物聯(lián)網的信息傳輸網絡完全可以使用現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)的信息傳輸網絡，并且也可以將物聯(lián)網承載在現(xiàn)有的移動通信網絡之上。

(3)物聯(lián)網中移動通信網絡管理平臺的應用。

在移動通信系統(tǒng)中，網絡管理維護平臺主要用來實現(xiàn)對網絡設備、性能、用戶及業(yè)務的維護和管理，以確保網絡系統(tǒng)的可靠運行。在物聯(lián)網中，同樣需要相應的管理維護平臺以完成物聯(lián)網相關的管理維護功能，以確保信息的安全和可靠傳輸。因此，移動通信網絡管理維護的相關思想和組織架構完全可以應用到物聯(lián)網的網絡管理和維護中去。

2.2 主要改進

由于物聯(lián)網和移動通信網絡的功能相近、結構類似， 所以在物聯(lián)網中可以廣泛應用移動通信系統(tǒng)。但是現(xiàn)在的移動通信系統(tǒng)還是主要以語音通信設計為主，雖然3G及后繼的移動通信系統(tǒng)增強了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信功能，但是在物聯(lián)網上，仍然不能將現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)直接使用，而根據(jù)物聯(lián)網的使用特點必須加以改進，主要包括以下幾個部分：

(1)改進移動終端

現(xiàn)在的移動通信終端除了數(shù)據(jù)或語音的通信功能外，并不具有物品的控制和信息的感知功能，因此在物聯(lián)網的節(jié)點設備中不能直接使用。但在移動通信終端中可以通過增加相應的傳感器和控制元件，或者為物聯(lián)網中現(xiàn)有的控制器和傳感器增加移動通信功能，對移動終端加以改進，從而實現(xiàn)物聯(lián)網信息終端和移動通信終端的融合。

(2)改進網絡管理

在現(xiàn)在的移動通信網絡管理中，用戶管理、業(yè)務管理和信息傳輸管理都還不能完全達到物聯(lián)網的使用要求，所以必須加以改進。首先，正如前面所述，物聯(lián)網的用戶不僅包括人，還包括數(shù)量繁多的物品，并且物品的信息發(fā)送和接收與傳統(tǒng)的用戶有著不一樣的特點。因此必須改進現(xiàn)有的用戶管理方式，其中包括為了增加用戶容量可以采用新的用戶標示手段，此手段還可以區(qū)分人員用戶和物品用戶的不同，用以提高網絡的運行效率。其次，因為物聯(lián)網對信息傳輸?shù)目煽啃院桶踩砸蠖挤浅８撸跃鸵髮ΜF(xiàn)在的移動通信網絡中信息傳輸?shù)墓芾矸绞郊右愿倪M，以提高其可靠性和安全性。最后，作為物聯(lián)網的用戶，要求不斷開發(fā)新的業(yè)務，并且要對物聯(lián)網的新業(yè)務進行高效的管理。

2.3 現(xiàn)狀與展望

如前所述，作為覆蓋地域廣泛的移動通信網絡系統(tǒng)，它為人們提供了隨時、隨地的信息聯(lián)網傳輸?shù)姆奖闶侄危锫?lián)網則為人們提供了對實物世界進行更加智能化管理的方便，將移動通信應用于物聯(lián)網中的信息接入和傳輸、讓物聯(lián)網和移動通信網絡有機地完美融合，既能為移動通信網絡拓寬應用業(yè)務范圍，又能極大地促進物聯(lián)網的普及應用。

事實上，現(xiàn)在的移動運營商已經將移動通信技術和系統(tǒng)應用到物聯(lián)網之中，并且在現(xiàn)有的移動通信網絡中已經開展了多種多樣的物聯(lián)網業(yè)務：如現(xiàn)在各運營商利用移動通信網絡開展的物流行業(yè)基于移動通信網絡的車輛/貨物智能管理系統(tǒng)、移動支付業(yè)務、以及汽車制造商與運營商合作推出的基于移動通信系統(tǒng)的車載信息網絡等，這些都是移動通信應用到物聯(lián)網的實例。

雖然我們看到了一些物聯(lián)網和移動通信融合的應用實例，但是它們都屬于一些特定行業(yè)，還遠沒有

應用到人們的日常生活之中。原因主要在于兩個方面：一是對市場的規(guī)范和引導的統(tǒng)一標準的缺乏，這是物聯(lián)網和移動通信大規(guī)模融合應用最需要解決的問題。二是缺乏研究開發(fā)能夠吸引大眾的具體業(yè)務，同3G的發(fā)展普及相類似，影響移動通信大規(guī)模應用于物聯(lián)網的另一個主要因素是缺乏有足夠吸引力的具體應用業(yè)務。我們相信，解決上述兩方面的問題之后，物聯(lián)網和移動通信的融合應用必會得到迅速的普及和發(fā)展。

3 結語

物聯(lián)網已經被世界多個國家看作是今后一個主要的經濟增長點，也成為學術界和業(yè)界研究的熱點。現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)具有能夠實現(xiàn)接入方便和地域的無縫覆蓋等兩大優(yōu)勢，與此同時還在不斷增強其數(shù)據(jù)通信能力。這一切都將現(xiàn)代移動通信的相關技術和系統(tǒng)充分應用到物聯(lián)網的建設中，使兩者緊密融合，必將促進物聯(lián)網的快速普及和應用。

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