移動通信在物聯(lián)網(wǎng)中的研究和應(yīng)用

趙 娜

撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jīng)濟增長點的辦法，于是物聯(lián)網(wǎng)油然而生，成了各國經(jīng)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(dāng)年的政府工作報告將其列為重點，現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)已被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，也成為了業(yè)界和學(xué)術(shù)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(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在很多國家普及使用，技術(shù)更為先進的LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)開始走向應(yīng)用，覆蓋范圍最為廣泛的移動通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸設(shè)施，為物聯(lián)網(wǎng)的實際應(yīng)用提供了較好的物質(zhì)基礎(chǔ)，本文就對移動通信在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進行研究和探討。

1 認識物聯(lián)網(wǎng)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)(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(wǎng)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(wǎng)發(fā)展規(guī)劃[1]。

對于物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)，美歐多稱為Internet of Things，我國稱為物聯(lián)網(wǎng)。從字面簡單地理解，物聯(lián)網(wǎng)是指物物相聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實實物世界的延伸。也可以將物聯(lián)網(wǎng)定義為：物聯(lián)網(wǎng)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(yīng)的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)將物體互聯(lián)成網(wǎng)，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(wǎng)絡(luò)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)以上物聯(lián)網(wǎng)的定義，可以認為物聯(lián)網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)組成如下圖所示：

圖1 物聯(lián)網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)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(wǎng)的最底層，是物聯(lián)網(wǎng)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)中；控制部分的主要作用是接受從信息傳輸網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)部分。處于物聯(lián)網(wǎng)的中間層是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)部分，是由現(xiàn)在的各種信息傳輸網(wǎng)絡(luò)組成的，如計算機互聯(lián)網(wǎng)、局域無線網(wǎng)絡(luò)，公用移動通信網(wǎng)絡(luò)等。信息傳輸網(wǎng)絡(luò)部分主要是將控制節(jié)點和各信息感知互聯(lián)成網(wǎng)，以實現(xiàn)信息安全管理和信息的傳輸管理，同時將相應(yīng)的信息資源提供給上層信息應(yīng)用部分。

(3)信息應(yīng)用部分。處于物聯(lián)網(wǎng)的最高層次是信息應(yīng)用部分，由系統(tǒng)和各種應(yīng)用程序組成，主要的作用是提供對聯(lián)網(wǎng)物體的監(jiān)控、定位以及管理功能。由于各種被物聯(lián)網(wǎng)采集的信息是大量的，因此物聯(lián)網(wǎng)為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的管理和應(yīng)用，必須采用云計算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)。人們和物聯(lián)網(wǎng)的相互接口是由信息的應(yīng)用部分構(gòu)成的，相關(guān)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(wǎng)的主要特征

(1)信息傳輸?shù)母踩途W(wǎng)絡(luò)的更可靠

由于物聯(lián)網(wǎng)所連接的都是具有私有屬性的物品，因此物聯(lián)網(wǎng)中所傳輸?shù)耐彩蔷哂兴接行再|(zhì)的相關(guān)信息，為了讓網(wǎng)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?。同時，實現(xiàn)人們對相關(guān)物品的遠程監(jiān)控是物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的目的，因此必須提供一個高度可靠的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，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(guān)控制。

(2)更加廣泛的連接對象

現(xiàn)在，人是的互聯(lián)網(wǎng)連接的主要對象，互聯(lián)網(wǎng)連接主要提供人和人之間的信息交流。而物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)。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(wǎng)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(wǎng)中的應(yīng)用

由于物聯(lián)網(wǎng)信息節(jié)點的移動性和廣泛性，就決定了物聯(lián)網(wǎng)的主要聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是各種無線通信技術(shù)。同時隨著3G移動通信技術(shù)的不斷普及和發(fā)展，現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信功能更加強大，4G移動通信網(wǎng)絡(luò)支持的應(yīng)用業(yè)務(wù)范圍也更加廣泛。因此，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)必將取決于現(xiàn)代移動通信技術(shù)，所以移動通信技術(shù)必將在物聯(lián)網(wǎng)中的組網(wǎng)過程中得到廣泛應(yīng)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(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)管理維護等部分，因此移動通信在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要包括以下幾個部分：

(1)物聯(lián)網(wǎng)中移動通信終端的應(yīng)用。

在移動通信系統(tǒng)中，作為信息接入的終端設(shè)備就是移動終端，它是隨網(wǎng)絡(luò)信息節(jié)點移動而移動的，并且可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間和信息節(jié)點隨時、隨地通信。對比物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)中移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)，而在物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)也具有相類似的功能。因此，物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)完全可以使用現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且也可以將物聯(lián)網(wǎng)承載在現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)之上。

(3)物聯(lián)網(wǎng)中移動通信網(wǎng)絡(luò)管理平臺的應(yīng)用。

在移動通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)管理維護平臺主要用來實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、性能、用戶及業(yè)務(wù)的維護和管理，以確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠運行。在物聯(lián)網(wǎng)中，同樣需要相應(yīng)的管理維護平臺以完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)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(wǎng)絡(luò)管理維護的相關(guān)思想和組織架構(gòu)完全可以應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理和維護中去。

2.2 主要改進

由于物聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡(luò)的功能相近、結(jié)構(gòu)類似， 所以在物聯(lián)網(wǎng)中可以廣泛應(yīng)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(shè)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的節(jié)點設(shè)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(yīng)的傳感器和控制元件，或者為物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)信息終端和移動通信終端的融合。

(2)改進網(wǎng)絡(luò)管理

在現(xiàn)在的移動通信網(wǎng)絡(luò)管理中，用戶管理、業(yè)務(wù)管理和信息傳輸管理都還不能完全達到物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(biāo)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(wǎng)絡(luò)的運行效率。其次，因為物聯(lián)網(wǎng)對信息傳輸?shù)目煽啃院桶踩砸蠖挤浅８?，所以就要求對現(xiàn)在的移動通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的用戶，要求不斷開發(fā)新的業(yè)務(wù)，并且要對物聯(lián)網(wǎng)的新業(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它為人們提供了隨時、隨地的信息聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)姆奖闶侄危锫?lián)網(wǎng)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(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中的信息接入和傳輸、讓物聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡(luò)有機地完美融合，既能為移動通信網(wǎng)絡(luò)拓寬應(yīng)用業(yè)務(wù)范圍，又能極大地促進物聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用。

事實上，現(xiàn)在的移動運營商已經(jīng)將移動通信技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)之中，并且在現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)開展了多種多樣的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)：如現(xiàn)在各運營商利用移動通信網(wǎng)絡(luò)開展的物流行業(yè)基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的車輛/貨物智能管理系統(tǒng)、移動支付業(yè)務(wù)、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(wǎng)絡(luò)等，這些都是移動通信應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的實例。

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

應(yīng)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(dǎo)的統(tǒng)一標(biāo)準的缺乏，這是物聯(lián)網(wǎng)和移動通信大規(guī)模融合應(yīng)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(wù)，同3G的發(fā)展普及相類似，影響移動通信大規(guī)模應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的另一個主要因素是缺乏有足夠吸引力的具體應(yīng)用業(yè)務(wù)。我們相信，解決上述兩方面的問題之后，物聯(lián)網(wǎng)和移動通信的融合應(yīng)用必會得到迅速的普及和發(fā)展。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被世界多個國家看作是今后一個主要的經(jīng)濟增長點，也成為學(xué)術(shù)界和業(yè)界研究的熱點?，F(xiàn)代移動通信系統(tǒng)具有能夠?qū)崿F(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(guān)技術(shù)和系統(tǒng)充分應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，使兩者緊密融合，必將促進物聯(lián)網(wǎng)的快速普及和應(yīng)用。

[1]宋俊德.淺談物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀和未來[J].移動通信,2010,(15):8～10.

[2]Luigi Atzori,Antonio Iera,Giacomo Morabito.The Internet of Things:A survey[J].ComputerNetworks,2010,54(15):2787～2805.

[3]俞春俊,丘紅桐,張雷元.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通管理中的應(yīng)用展望[J].公安交通科技窗,2010,(2):25～28.

[4]寧祥峰,張春業(yè).基于LTE系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的研究與設(shè)計[J].計算機應(yīng)用,2010,30(增1):6～9,39.

[5]Jianhua Wang,Yongsheng Song,Yan Yu,Jun Zhang.Internet of Things in College Application Prospects[J].International Conference on Electronics and Information Engineering,2010,(2):545～547.

[6]楊永志,高建華.試論物聯(lián)網(wǎng)及其在我國的科學(xué)發(fā)展.中國流通經(jīng)濟,2010,(2):46～49.

[7]Darianian,M.Michael,M.P.Smart Home Mobile RFID-Based Internet-of-Things Systems and Services[J]. International Conference on Advanced Computer Theory and Engineering，

Phuket island,2008,(22):116～120.