LTE無線通信技術與物聯網技術的結合應用

冉靜思

（重慶市酉陽自治縣電子政務管理中心，重慶 409800）

1 LTE技術及物聯網技術概述

LTE即為長期演進無線網絡，是繼第三代移動通信技術之后國際新一代移動通信標準，其引入了OFDM、MIMO等關鍵技術，極大的適應了移動通信用戶逐漸增長的高速多媒體業務需求，目前LTE接入技術在移動終端中的應用越來越廣泛。實際操作過程中，LTE技術在20MHz頻率的帶寬下可以提供更高的網絡傳輸容量，降低了網絡結構的延遲性；并且支持網絡信號多種寬帶的數據分配及頻率分段，有效擴大了信號的覆蓋面積，并且減少了衛星信號及網絡內部結構連接的復雜程度，網絡節點連接數量更少，不僅解決了衛生信號傳輸過程中的延時問題，而且降低了系統的運行成本，因此LTE逐漸成為移動終端的首選接入方式。

物聯網即物物相連的互聯網，其本質上仍然以互聯網為基礎核心，是互聯網的擴展與延伸，其用戶端可以延伸至任何物品，通過控制器、傳感器實現機器、人、物品的連接，在人與物、物與物之間建構一個信息化、智能化的網絡。作為互聯網應用的拓展，物聯網中不僅有互聯網的資源，兼容的互聯網的應用，而且物聯網中的設備、資源體現出個性化、私有化的特點，因此從這個角度分析，物聯網是一種應用、業務，所以物聯網的發展要以用戶體驗為核心。物聯網的網絡架構包括應用層、網絡層、感知層三層，其中感知層主要獲取物理環境中的基礎信息，通過傳感技術或射頻技術采集數據傳輸至網絡層；網絡層包括網關與通信網絡兩個部分，網關主要連接公共網絡，可滿足短距離通信接入需求，并且能夠完成不同感知網絡之間的協議轉換，實現廣域網與局域網的互聯互通。應用層即物聯網的各種應用終端，目前物聯網的應用已經涉及人們日常生產及生活中的多個行業領域，并且在電子商務、家電智能化、社會保障等領域也有著廣闊的應用前景。

2 LTE無線通信技術與物聯網技術的關系

LTE無線通信技術與物聯網技術的結合，在衛星信息傳輸領域能夠將二者的優勢均充分發揮出來，提高信息的整體傳輸效率，而且實現了無線通信技術與現代互聯網技術的融合發展，提高整個會數據網絡服務的穩定性與可靠性，由此可見，二者的結合是“1+1>2”的效果。與其他通信系統相比，應用LTE無線通信技術能夠實現系統容量更大、覆蓋面積更廣泛的發展目標，再結合物聯網技術，二者相輔相成，有效改善了移動終端設備創新發展的網絡環境。物聯網發展過程中諸多業務類型都離不開LTE無線通信技術的支持，目前我國的數據信息技術發展日新月異，這樣的大環境對于物聯網技術而言不僅僅是難得的發展機遇，更是其需要面臨的重要挑戰。數據信息技術的發展增加了數據處理的范圍及規模，信息總量呈幾何指數增長，信息類型也越來越多元化，物聯網內部系統的業務數量不斷增加，技術人員需要花費大量的精力、物力、財力進行數據的整理、分類及歸類，再進一步分析數據背后的行業差異及需求。其實這一問題對于物聯網技術的發展會產生某種程度的制約作用，因此需要引入更高效的信息處理技術才能保證物聯網的高效發展。LTE無線通信技術恰恰能夠彌補物聯網拓展過程中存在的問題，提高數據信息處理的效率及效果，進一步拓展物聯網的使用范圍。目前在現實環境中，物聯網領域中LTE無線通信技術終端設備的應用十分廣泛，比如射頻識別設備、天線設備、定位系統設備等，LTE無線通信技術在物聯網中的作用越來越突出，尤其是在物聯網感知層面應用LTE無線通信技術，極大的推動了物聯網信息整合與信息數據規模的拓展。當然，物聯網對于LTE無線通信技術的發展也會產生推動、促進作用，二者的關系是相輔相成的，比如物聯網技術推動了基帶方面射頻識別區域基帶、無線通信技術區域基帶等技術的整合。此外LTE 無線通信技術在物聯網中的信號通信系統中也起到十分重要的作用，比如Wi-Fi網絡、有線網絡、4G/5G 信號技術等，且在處理物聯網中眾多數據信息時LTE 無線通信技術的優勢也十分突出，不僅能夠改善物聯網系統數據信息的應用質量，而且對于其系統開發建設、數據挖掘等需求都有著積極意義。

3 LTE無線通信結合物聯網的優勢

上文中提到，物聯網包括感知層、網絡層、應用層等，LTE技術一般應用于網絡層，起到連接服務的作用，LTE無線通信技術與物聯網技術的結合主要體現出以下幾個方面的優勢：

首先，地址標識。LTE系統在發展過程中，無論是建立標準、構建設施還是搭建網絡，都要充分考慮IPv6的需求，妥善處理物聯網地址及標準問題，做好基礎工作。IPv6可以不受限制的提供地址，運營商可以通過LTE系統進行設備的檢測，設備需要支持IPv6，所有基于LTE系統的物聯網架構均支持IPv6，為物聯網各終端提供所地址標識。其次，擁塞控制。互聯網行業內有一個共同的標準，即對各項業務進行精細化服務質量劃分，3GPP提出的策略控制及計費功能幫助運營商實現了業務控制，運營商構建新網絡時通常會在配置LTE時直接應用PPC架構。并且LTE具有等級標識功能，能有效控制各項業務的服務質量，保證物聯網中擁塞控制、組織管理等性能。最后，能夠更好的滿足帶寬需求。LTE的數據傳送效率更高，峰值速率控制在下行100Mb/s，上行45Mb/s，有效緩解了服務商的帶寬壓力。此外，LTE還具備低時延、成本低、信號強的優勢。LTE系統中用戶面單向傳輸時延不超過5ms，控制面激活遷移時間不超過50ms，對于一些需要實時傳送的物聯網應用而言，低時延更有利于管理人員及時發現遠端問題，保證良好的網絡傳輸性能。成本低是因為LTE系統網絡節點數量少，降低了構建成本及運營成本，且LTE的頻譜效率高于WCDMA，節省了頻譜資源，因此LTE每兆比特成本更低，對于一些流量消耗較大的物聯網應用商而言能夠獲得更高的經濟效益。信號強主要是指LTE系統即使處于高速率傳輸狀態仍然能夠保持良好的信號強度，有效滿足了高移動性物聯網的應用需求。此外，LTE核心網絡不具備釋放制度，LTE網絡中只有終端設備能夠通過非接入層消息通知核心網，核心網才會釋放與終端的連接，如終端、核心網的非接入層一直處于附著狀態，無論底層是否釋放鏈路都不會改變IP地址，能夠有效解決“信令風暴”的問題，并且實現了永久在線業務。

4 LTE與物聯網技術的結合應用

4.1 公交車行進信息管理

隨著綠色公交理念的不斷深入，各大城市都推出了短程公交的運行模式，然而短程公交線路多且復雜，如果公交車行進信息管理不到位，就會直接影響到公交車的正常運營。公交車行進信息管理要求精準的時間控制、準確的位置信息、均勻的運行分布，才能降低運行成本，提高運營效益。LTE技術采用正交頻復用技術，可以在基站中接收上層線路傳來的信號，了解各個公交車的實際運行情況，而物聯網技術的應用可以幫助運營人員掌握公交車準確的位置信息，實現了公交車運行的高精度管理。基于LTE無線通信技術的公交車行進信息管理系統，可以通過智能站牌、智能手機中的APP接收公交車的位置信息，便于乘客根據自己的實際需求選擇合適的候車位置及車次；也有助于公交調度管理人員及時掌握乘客的運載情況，降低車輛運行成本。基于LTE公交車行進信息管理系統中采用的智能天線，具備自動跟蹤功能，其不僅具有較強的抗干擾能力，而且可以實時傳送車車相關信息。此外，LTE公交車行進信息管理系統還能夠與通行信號燈系統進行聯動控制，二者的聯動能夠為公交車的運行提供更大的便利性。

4.2 智能電網建設

物聯網技術在智能電網建設中具有重要的應用價值，通過物聯網技術不斷簡化了智能電網的接口接入方式，覆蓋端實現了智能化的管理水平；智能電網采用智能電表，可以實現遠程抄表，大大降低了傳統抄表作業的人力成本，并且能夠遠程控制客戶端的現場設備。智能電表能夠將監測到的用戶用電數據實時傳輸至系統管理中心，通過集成化信息監控系統，電力公司能夠全面分析用戶的電力使用情況，并根據分析結果合理調整電網結構，不僅能夠改善電能的利用率，而且提高了電力系統的管理效益。LTE技術為智能電網中物聯網技術的應用提供了可靠的技術支持，提高電網運行的安全性及供電服務的可靠性。

4.3 其他領域的應用

LTE在其他領域的應用包括智慧城市的建設、智能家居及智能汽車等。智慧城市建設過程中，物聯網與LTE技術融合在一起，可以在對應范圍內構建網絡連接，實現對應場景的全面監測；兩種技術的有機融合還能夠實現地下商場、地鐵站等區域的無線網絡覆蓋，除了能夠進行全程監控管理外，還可以采集相關的環境指數。LTE技術可以實現多個空間接口，通過MIMO技術提高傳輸效率，促進了智慧城市安全、節能、綠色的發展。智能家居中LTE與物聯網的應用主要是針對家庭中的電子設備建構一個智能管理網絡，通過無線通信技術實現各種家居設備的遠程操作與控制，提高用戶的便利性。智能網絡汽車則能夠讓更多的人體會到智能網絡的便利性與快捷性，私人車輛可以通過共享平臺提高車輛的利用率，降低用戶的投資成本；上述公共交通則可以通過電纜天線實現無線覆蓋方案，提高公交車行駛的安全性與穩定性等。

總之，在智能化發展的過程中，物聯網的廣泛應用不僅改善了人們的生活質量，同時也促進了各個領域的發展和進步，物聯網作為新型信息組成形式，是物與物相連的新層面的互聯網，而LTE無線通信技術具有信息傳播量大、傳播速度快的優勢，將其與物聯網技術相結合，能夠實現二者的創新發展，進一步提升物聯網技術的應用效果，促進智能化建設與發展，提高人們生活的便利性與智能化水平，從而促進整個社會的現代化發展。