物聯網中移動通信技術的探析

陸 俊，劉 軍，劉 濤

（國網安徽省電力有限公司信息通信分公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

隨著現代虛擬網絡與現實環境之間的關系不斷加深，人們開始廣泛使用物聯網技術。例如，在不同地區建立區塊鏈，并在各區塊鏈內安設網絡通信節點。此時，只要各節點之間能夠通信，就構成了最基本的物聯網框架，能夠使得虛擬網絡進一步融入生活與工作。由此可知，要實現物聯網的應用，必須使其內部的通信節點相互連接。因此，通信技術的應用必不可少。但是，在不同物聯網環境中，網絡通信節點不一定是固定的，網絡通信節點有可能具有移動能力，而此時傳統通信技術不再適用。因此，如何在物聯網中應用移動通信技術成為重點。

1 物聯網及移動通信技術的基本概念

1.1 物聯網

物聯網是一種結合了虛擬網絡功能與現實設備功能的網絡架構，能夠將虛擬網絡功能通過現實設備作用于現實事件。例如，先構建一個虛擬網絡智能邏輯，再將邏輯與視頻采集設備（現實設備）連接，此時智能邏輯能夠分析視頻采集設備所得信息，并根據知識庫對其進行識別，而識別結果會生成對應的指令，指令將使得相關設備根據現實情況作出正確反應。這說明在某種工作中可以通過物理網取代人工完成作業，同時因為物聯網的運作邏輯比較客觀和準確，較于人工具有效率和準確性等方面的優勢，所以物聯網具有較高的應用價值。

物聯網作為一種網絡架構，必然與互聯網存在緊密聯系，不能將其視作一個獨立架構。物聯網在本質上具備兩個基本特征。一方面，物聯網中必然存在具有網絡應用能力的設備，如傳感器和攝像頭等。此類設備具備數據采集能力，根據所選類型與型號，能夠采集各類不同數據，即傳感器能夠采集溫度、風速以及振動頻率等數據，而攝像頭則可以采集圖像數據。因此，此類設備不但是物聯網應用中必不可少的設備，也是實現物聯網各項功能的要素。另一方面，物聯網中必然存在虛擬網絡邏輯，如大數據和云計算技術下的智能邏輯。這種邏輯不僅賦予物聯網自動運作的能力，而且賦予了物聯網智能識別的能力。例如，通過龐大的數據采集功能，使得物聯網終端掌握現實情況，再根據邏輯中預設信息的特征進行識別生成指令，最后利用通信渠道傳輸到現實設備來執行指令。因為現實情況比較復雜，相同的功能需求可能存在不同的表現形式。例如，人臉識別中，智能邏輯能夠使物聯網終端主動記錄人臉，代表物聯網通過智能邏輯會進行學習，學習完成后下一次即可進行識別。這是智能與自動的區別，顯然這種表現方式使得物聯網自動化獲得了進一步發展，能夠為人們的生活帶來更多便利。因此，智能邏輯成為現代物聯網的標配[1]。

此外，雖然物聯網形式眾多，但基本架構均存在兩個方面的通信需求。一方面是物聯網與物聯網之間的通信需求，即物聯網的廣泛應用使得其架構涉及面積越來越大，單獨設立一個物聯網節點已經不能滿足大面積運作需求。此時，在物聯網框架上出現了區塊鏈的概念，可以將兩個物聯網涉及面積視作一個區塊，并在范圍內依照實際需求構建兩個物聯網框架。因為現實工作需求，兩個框架需要相互通信，所以形成了物聯網與物聯網之間的通信需求。該需求通常涉及到遠距離甚至超遠距離通信，因此非常考驗通信技術的性能。另一方面是物聯網內部的通信需求，即根據物聯網基本架構內的兩個特征可知，傳感器一類設備的主要功能在于采集數據，此時如何將采集的數據實時傳輸到終端成為值得思考的問題。必須在傳感器類設備與終端之間建立通信渠道，才能保障物聯網獲得運作基礎，這就是物聯網內部通信需求。這種需求一般涉及到近距離和遠距離（很少有超遠距離）通信，但通信兩端可能存在移動性，因此通信技術要做出適應性調整[1]。

1.2 移動通信技術

移動通信技術是現代通信技術經過長期研究得出的新型移動技術，為人們的生活與工作帶來了巨大便利。移動通信技術最突出的特征是可移動性，即移動通信設備在移動狀態下依舊可以保持通信穩定，人們能隨時隨地進行通信。移動通信技術的原理在于信號傳輸，即在通信范圍內設置一個信號中轉站負責接收雙向傳輸的信號，再將信號依照傳輸方向發送給另一端實現通信。這種應用方式在長期發展下已經可以做到實時傳輸，基本不會出現延時誤差。可見，現代移動通信技術已經接近成熟，具有較高的應用價值[2]。

隨著移動通信技術的不斷深入與普及，人們開始對該項技術的應用方式進行深入研究，逐漸將技術引入不同領域，其中包括物聯網領域。該項技術的使用能夠全面滿足物聯網中的兩個通信需求。一方面，面對物聯網與物聯網之間的通信需求，現代移動通信技術的涉及面積基本已經覆蓋全國，在絕大部分情況下都足以支撐大面積通信，同時能保障通信信號的強度和穩定性，避免出現通信質量差的現象。因此，將移動通信技術分別放置在兩個物聯網區塊內即可幫助物聯網實現區塊鏈。另一方面，移動通信技術能滿足物聯網內部通信需求。移動通信技術在不同領域的應用形式不同，因此要將該項技術充分應用于物聯網通信，必須針對通信需求進行研究，這是該項技術在物聯網中應用的關鍵。

2 物聯網中移動通信技術的應用方式

2.1 應用形式一

圖1為移動通信技術應用形式1，適用于物聯網與物聯網之間的通信需求。在應用形式中，將兩個物聯網的區塊視作通信節點A和通信節點B。兩個節點的自身架構一致，均具備數據采集和信號發出能力。此時，在兩個節點之間構建移動通信層（移動通信層由通信渠道與信號中轉站組成），使得兩個節點之間存在交互通信關系。這一條件下，通信節點A可以通過自身具備的數據采集設備，采集節點周邊現實情況的信息發送給相關設備。信號接收設備通過通信渠道將信號發送給信號中轉站，通過中轉站的調度，使通信節點B接收到通信節點A傳輸來的數據。同理，從通信節點B出發，圖1中通信節點B直接與信號中轉站連接，能夠將自身采集的數據發送給中轉站（如果通信節點與信號中轉站之間的距離較遠，則同樣需要在節點與中轉站之間建立一個通信渠道，圖1中因為距離較近，所以并未描述），依照相反路徑將信息發送給通信節點A，由此完成交互通信。值得注意的是，應用形式1中，移動通信技術的可移動性體現在定位技術和移動終端上。移動終端泛指現代普及的智能手機和筆記本電腦等設備，具備在移動狀態下依舊能穩定接收和接入信號的能力。可以將其視作通信節點A或者通信節點B，各節點內的數據采集設備與信號發出設備都集成在此類設備中，能通過此類設備對數據采集設備與信號發出設備進行一鍵式操作。使用定位技術可以定位指定移動終端，此時即使移動終端處于移動狀態，信號依舊能準確無誤地向通信節點發出，節點自然也能隨時隨地接收信號，便于人工查閱[2]。

圖1 移動通信技術應用形式1

2.2 應用形式2

圖2為移動通信技術應用形式2，適用于物聯網內部通信需求，如移動終端設備與數據采集設備、信號發出設備、指令執行控件之間（應用形式1中通信節點A和通信節點B也是采用這種方式）。該方式能應用于移動終端設備與控制終端的通信連接。應用形式2中，物聯網內的各個構成部分依舊保持交互通信關系。運作中，通信節點A可以采用這種通信方式驅動數據采集設備和信號發出設備，實現數據采集與信號發出；發出的信號會沿著通信渠道進入信號中轉站，經中轉站調度被控制終端接收；控制終端能根據智能邏輯判斷通信節點A處的現實情況，并生成對應的控制指令；指令生成后將沿著信號中轉站和通信渠道被通信節點A接收，此時通信節點A會將指令發送給指令執行控件，促使控件根據指令進行運動，最終落實指令。指令落實的情況依舊會被數據采集設備獲取，依照以上通信路徑再次發送給控制終端，終端繼續重復以上邏輯。循環可根據現實情況的變化進行調整，直至現實情況沒有異常或目的被完整落實。應用形式2中通信技術的可移動性體現與應用形式1相同。

圖2 移動通信技術應用形式2

值得注意的是，應用形式1和應用形式2中提及的信號中轉站除了具備信號調度功能以外，還具備信號格式轉換功能。物聯網中，很多傳感器采集得到的信號都是電子格式。其他通信節點或控制終端受格式限制，不能直接讀取信號內所包含的數據，如果不進行格式轉換，將導致物聯網移動通信停滯。所以，當電子格式信號被發送到信號中轉站時，為了避免發生此類現象，中轉站普遍會使用換能器等設備將信號轉化為數字格式。此時，其他通信節點或控制終端可以進行讀取，這是移動通信技術在物聯網中應用的重要環節，不可忽視。

3 物聯網中移動通信技術面對的問題

我國現代移動通信技術已經接近成熟，且展現出了較高的應用價值，但依舊存在很多需要改進的地方，大體分為物理環境下的干擾防護和數據信號傳輸安全兩個方面。

3.1 物理環境下的干擾防護

移動通信技術的應用，使物聯網內的各通信節點或終端在移動狀態下也可以使用，促進了物聯網的應用和發展。但是，實現可移動功能的同時，它也導致通信節點或終端面臨很多特殊環境。環境中的一些干擾因素可能會導致通信受阻，而現代移動通信技術的信號通信強度還不足以應對這些干擾。在此類環境因素干擾下，設備依舊可能出現通信中斷、斷續以及大幅衰減等不良現象。物理環境中對物聯網移動通信技術應用的負面影響因素有很多，如鐵路隧道。當通信節點或終端在移動狀態下進入隧道后，會因為高鐵移動速度太快、隧道周邊缺乏信號中轉站以及較厚的墻壁等因素，使得信號難以在隧道環境下被通信節點或終端接收。此時，雖然通信節點或終端在短時間內可以離開隧道，但在某些情況下可能導致物聯網出現誤差。因此，在干擾防護方面，物聯網移動通信技術還有待改進，應當注重信號強度。

3.2 數據信號傳輸安全

在物聯網中，交互通信的數據信號具有現實價值，與現實層面上的經濟等因素存在關聯。因此，數據泄露可能導致經濟或其他層面的損失。應用移動通信技術，通信節點或終端會進入不同的網絡環境，加之相關人員不重視網絡安全的防護，會導致網絡環境中的某些危險因素通過移動通信環境進入物聯網進行非法操作。例如，某人想要連接WiFi查看物聯網內信息，而某些WiFi網絡環境內存在風險，攻擊者就可能通過網絡監控手段竊取相關數據。因此，網絡安全是移動網絡通信和物聯網發展中急需重視的問題。

4 結 論

分析物聯網中的移動通信技術，闡述物聯網與移動通信技術的基本概念、物聯網中移動通信技術的應用方式以及物聯網和移動通信技術發展面對的問題，可知物聯網與移動通信技術是現代社會生活與工作不可或缺的要素，且兩者之間存在密切關系。移動通信技術是支撐現代物聯網運作的基礎，而物聯網是體現移動通信技術應用價值的重要一環。因此，如何正確建立物聯網與移動通信技術之間的關系非常重要，尤其是移動通信技術在物聯網中的應用方式。而根據文中提出的應用方式，能夠在現有技術水平下構建一個完善的物聯網移動通信環境，可起到在移動狀態下支撐物聯網各功能運作和整體通信的作用。