基于廣電物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用研究探索

馬利森

【摘要】物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用，已成為全球新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)與重要引擎。自2016年以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷變化，在新技術(shù)的推動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用方興未艾，不斷改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的形態(tài)和人們的生活方式，并實(shí)現(xiàn)了信息通信技術(shù)朝現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的邁進(jìn)。隨之而來引起了全球化的數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮，并衍生了一大批多樣化的模式、各種各樣的新產(chǎn)品以及先進(jìn)的電子科技，如何將物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有廣電業(yè)務(wù)相結(jié)合已成為目前廣電業(yè)務(wù)發(fā)展的重中之重。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);通信技術(shù);LoRa技術(shù);NB-IoT技術(shù);MiWind技術(shù)。

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）017-016-03

Abstract： The Internet of Things （IoT） is a highly integrated and integrated application of the new generation of information technology， which has become the core driver of the new round of technological revolution and industrial transformation in the world and the key foundation and important engine of green， intelligent and sustainable development of the economy and society.? Since 2016， with the changing world economy， the Internet of Things and its applications， driven by new technologies， have been changing the shape of traditional industries and people's lifestyles， and enabling information and communication technologies to move towards real productivity. This has led to a wave of global digital economy， and derived a large number of diversified models， a variety of new products and advanced electronic technology， how to combine the Internet of Things with the existing radio and television services has become the most important development of radio and television business.

Keywords： Internet of Things; Communications Technology; LoRa Technology; NB-IoT Technology;

1. 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概況

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和完善，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。產(chǎn)業(yè)規(guī)模從2009年的1700億元增長至2015年超過7500億元，終端數(shù)量超過1億。形成了環(huán)渤海、長三角、泛珠三角以及中西部地區(qū)四大區(qū)域集聚發(fā)展的空間格局。

1.1 太原市需求分析

太原市作為山西省的省會(huì)城市，是山西政治經(jīng)濟(jì)文化中心。太原市有得天獨(dú)厚的地理位置，山西母親河汾河自北向南穿城而過，東、西、北三山環(huán)抱。太原自古以來為兵家必爭之地，并被譽(yù)為“龍城”和“錦繡太原城”。新中國成立以來，太原就以煤炭、鋼鐵、化工等重工業(yè)為祖國的建設(shè)做出了突出的貢獻(xiàn)。經(jīng)過多年的改革、發(fā)展和城市建設(shè)，太原市已發(fā)展成為一個(gè)以能源工業(yè)為主體，以輕工業(yè)和裝備制造業(yè)為輔的全方位發(fā)展的現(xiàn)代化工業(yè)城市。太原市轄6個(gè)市轄區(qū)、3個(gè)縣，代管1個(gè)縣級市，2個(gè)國家級開發(fā)區(qū)、2個(gè)省級開發(fā)區(qū)。全市總面積6988平方公里。人口350.18萬。

1.2智慧社區(qū)將成為行業(yè)新的業(yè)績增長點(diǎn)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，在社區(qū)管理上衍生出一種全新的管理模式--智慧社區(qū)。智慧社區(qū)將最先進(jìn)的信息技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等）智能化地集為一體來應(yīng)用到社區(qū)日常運(yùn)作中，為社區(qū)的老百姓們創(chuàng)建了一個(gè)更加現(xiàn)代化、智能化、綠色安全、便捷舒適的生態(tài)環(huán)境，從而呈現(xiàn)出一種創(chuàng)新型管理形態(tài)的新時(shí)代社區(qū)。智慧社區(qū)建設(shè)是加強(qiáng)和提高城市管理水平的基礎(chǔ)和重要組成部分，它可為社區(qū)提供智慧門禁、智慧安防、智慧消防、智能抄表等，還能為社區(qū)管理者掌握鰥寡孤獨(dú)老人活動(dòng)提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息和資訊，也為居家養(yǎng)老和社區(qū)管理提供便利。

1.3 智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展拓寬了行業(yè)的市場空間

智慧農(nóng)業(yè)通過與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中現(xiàn)場環(huán)境、氣象、土壤、水質(zhì)等的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可對大棚、溫室的溫度、濕度、通風(fēng)等實(shí)施遠(yuǎn)程控制。在畜牧業(yè)方面，通過對牲畜品種。健康。免疫。出生等信息的采集分析和處理，實(shí)時(shí)了解掌握牲畜生長情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)疫情和控制疫情，能夠?qū)γ恳活^牲畜實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，同時(shí)也能實(shí)時(shí)掌握牲畜放養(yǎng)區(qū)草場生長情況，為牲畜的有機(jī)生態(tài)養(yǎng)殖提供有力的保障。

1.4 其他應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展將帶來新的業(yè)務(wù)需求

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨完善和不斷發(fā)展，其應(yīng)用也逐步向各行各業(yè)廣泛推廣。比如在車聯(lián)網(wǎng)、智慧家居、工業(yè)自動(dòng)化等物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的大趨勢下，細(xì)分行業(yè)也將更加豐富，為物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)帶來新的業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。

2. 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的物物相連將會(huì)使百億以上物體連入網(wǎng)絡(luò)，這對于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)提出了更高的要求。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)按照傳輸距離的大小可分為短距離通信技術(shù)和廣域網(wǎng)通信技術(shù)。短距離通信技術(shù)代表有Zigbee、WiFi、Bluetooth、Z-wave等，目前普遍應(yīng)用在智慧家居、工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、城市公共設(shè)施管理等，主要優(yōu)點(diǎn)有其應(yīng)用成本低、傳輸速率高、功耗低;缺點(diǎn)有傳輸距離較短難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離鏈接和抗干擾能力差。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對范圍和傳輸距離的需求越來越高且不斷變化，導(dǎo)致現(xiàn)有設(shè)備越來越難以滿足當(dāng)下需求，所以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必須不斷地更新和完善來滿足市場需求。

2.1? LoRa技術(shù)特點(diǎn)

2.1.1 LoRAWAN的優(yōu)勢：

LoRa是一種易于建設(shè)和部署的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。出現(xiàn)的時(shí)間比較早，相對成熟。這種技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是在同等條件下功耗低，傳輸距離遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的完美搭配。值得一提的是，在同等條件下，用這種技術(shù)傳輸?shù)木嚯x是傳統(tǒng)的無線射頻通信傳輸距離的3到5倍。

2.1.2 LoRAWAN的劣勢：

監(jiān)管上不滿足無線電管理局的頻譜使用要求，無法建設(shè)可運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò);安全上屬于國外技術(shù)，不支持國標(biāo)加密算法，安全隱患大;環(huán)境上使用非授權(quán)頻譜，會(huì)有干擾，一旦產(chǎn)生干擾或者是需要規(guī)避，由于沒有跳頻機(jī)制，無法轉(zhuǎn)移到其它頻段，就會(huì)帶來全網(wǎng)無法使用，損失無法計(jì)算，與其面對這樣的風(fēng)險(xiǎn)，還不如不做;頻譜上占用帶寬高達(dá)8X200KHz=1600KHz，頻譜使用效率極其低下，不符合國家頻譜使用政策;功能上無法實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)，比如位置、時(shí)間等的獲取。沒有與定位實(shí)現(xiàn)融合，最多是組合，這就帶來了功耗和成本上的問題;性能上與MiWind-P和NB-IoT比較，在連接能力、雙向通信能力、覆蓋能力、頻譜使用效率等有相當(dāng)大的差距;產(chǎn)業(yè)鏈由于MAC層的各自為政，各個(gè)廠家并不兼容，造成有產(chǎn)無鏈。

2.2 NB-IoT技術(shù)特點(diǎn)

NB-IoT技術(shù)是一種3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的LPWAN解決方案。核心網(wǎng)部分基于S1接口連接，支持獨(dú)立部署和升級部署方式?！癗B-IoT系統(tǒng)相關(guān)頻率使用技術(shù)要求”中沒有定義700MHz的情形。只定義了800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz頻段的NB-IoT系統(tǒng)。在“微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求”規(guī)定700MHz的頻段的779-787MHz不能用于物聯(lián)網(wǎng)。

對于非授權(quán)NB-IoT頻譜規(guī)范，政策與LoraWAN是一致的，只能使用470-510MHz頻段，單頻點(diǎn)使用，不能組網(wǎng)。由于不能組網(wǎng)，無法建設(shè)可運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò)。對于廣電來說，非授權(quán)NB-IoT沒有任何意義。

2.3 MiWind技術(shù)特點(diǎn)

MiWind技術(shù)采用白頻譜數(shù)據(jù)庫，使用廣電頻譜資源470-790MHz，是國內(nèi)唯一一家基于廣電頻譜的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，具有廣覆蓋、低功耗、精準(zhǔn)定位、成本低廉、頻譜豐富的優(yōu)勢。

MiWind-P：MiWind窄帶物聯(lián)網(wǎng)，采用12.5kHz的信道帶寬，在廣電頻譜（470-790MHz）構(gòu)建的通信網(wǎng)絡(luò)，具有低數(shù)據(jù)速率、低功耗，廣覆蓋等特點(diǎn)。

MiWind-N：MiWind超窄帶物聯(lián)網(wǎng)，采用100Hz的信道帶寬，在廣電頻譜構(gòu)建的通信網(wǎng)絡(luò)，與窄帶物聯(lián)網(wǎng)相比，其數(shù)據(jù)速率更小，但抗干擾能力增強(qiáng)，覆蓋范圍和終端連接的數(shù)量也大幅提高并且降低了運(yùn)行功耗。

MiWind-W：廣電頻譜認(rèn)知WiFi，結(jié)合了WiFi的優(yōu)點(diǎn)，選擇了廣電頻譜（470-790MHz）構(gòu)建成無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，采用TDD/TDMA、MU-MIMO技術(shù)等，與普通WiFi相比優(yōu)勢明顯，其無線接入網(wǎng)絡(luò)可以顯著提高寬帶用戶的帶寬和數(shù)據(jù)吞量，降低傳輸時(shí)延，大幅提高用戶的寬帶接入體驗(yàn)并且覆蓋范圍可達(dá)十公里左右。

MiWind導(dǎo)航定位技術(shù)體系：MiWind物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航定位技術(shù)體系由MiWind-TDOA，MiWind-BD和MiWind-RTK三部分組成，提供物聯(lián)網(wǎng)終精確端定位服務(wù)。

MiWind-BD：北斗衛(wèi)星定位技術(shù)與廣電頻譜物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相結(jié)合，MiWind物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)可以作為通信系統(tǒng)，將物體的位置發(fā)送給需要的用戶。

物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展也給廣電行業(yè)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。由于物聯(lián)網(wǎng)通信使用的帶寬小于100KHz，廣電就可以使用電視頻道的自身資源，充分利用頻道保護(hù)邊帶來做物聯(lián)網(wǎng)通信，使電視頻道的使用范圍更加廣泛。

3. Miwind技術(shù)內(nèi)容

（1）物聯(lián)網(wǎng)通信需求窄帶通信只能滿足物聯(lián)網(wǎng)的60%的需求。運(yùn)營商可以通過 3G/4G/5G來滿足另外的一部分物聯(lián)網(wǎng)通信的需求。

（2）窄帶廣電物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)指標(biāo)：訪問模式（FDMA+TDMA）;占用帶寬（100kHz）;信道帶寬：（12.5kHz）;漫游;蜂窩選擇/再選擇;靈活分配信道（1，4，8 個(gè)信道）;自適應(yīng)速率（625bps-100kbps）;自適應(yīng)發(fā)射功率控制;使用MGSK/PSK調(diào)制;使用跳頻，適合白頻譜場景;高靈敏度，-134dBm@625bps （10% PER）;單基站終端數(shù)量5萬個(gè)。

（3）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上由終端、基站、服務(wù)器、第三方APP服務(wù)器等構(gòu)成。其中服務(wù)器與第三方APP服務(wù)器及基站通過互聯(lián)網(wǎng)相連接，實(shí)現(xiàn)服務(wù)端網(wǎng)上部署;基站與終端通過空中接口相連，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)訪問第三方APP服務(wù)器。

（4）跳頻：MiWind協(xié)議棧中定義了無線資源管理層，可以實(shí)現(xiàn)對無線資源的管理，為MiWind物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的調(diào)頻奠定了基礎(chǔ)。

（5）位置服務(wù)機(jī)制：MiWind的定位和授時(shí)，采用專利技術(shù)，首先解決基站的時(shí)間同步精度問題，同步精度可以達(dá)到 1ns。在幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用類似地面數(shù)字電視的方式，嚴(yán)格與日歷時(shí)間同步，保證定位的精度。在定位報(bào)文的播發(fā)上，每秒鐘重復(fù)一次，滿足北斗地基增強(qiáng)報(bào)文播發(fā)的需求。

（6）頻譜使用：廣電物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是沒有全國統(tǒng)一的頻譜，解決這個(gè)問題的思路是，在不影響電視業(yè)務(wù)的前提之下，通過跳頻廣播的方法，高效使用廣電頻譜。在電視頻譜中，各個(gè)頻點(diǎn)之間有保護(hù)間隔，可以使用這個(gè)保護(hù)間隔來實(shí)現(xiàn)廣電物聯(lián)網(wǎng)通信。廣電物聯(lián)網(wǎng)通信使用的總帶寬為100KHz，可以很好低放在這個(gè)保護(hù)間隔中，而不會(huì)影響電視的播出。

4. 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對大容量低功耗無線通信技術(shù)提出了更高的要求，專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LPWAN（低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)）隨機(jī)快速興起，其中MiWind-P、LoRa、SigFox、NB-IoT是典型代表，這些目前都是最具發(fā)展前景的遠(yuǎn)距離通信技術(shù)，但MiWind體系聯(lián)合國家廣電作為廣電網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，相信廣電在轉(zhuǎn)型發(fā)展和探索過程中，隨著廣電物聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)和國家及政府的大力支持，該技術(shù)也將更加成熟和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]余少波，蔡紹昌.MiWind物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與LoRa技術(shù)的對比[J].中國有線電視，2017，（04）：466-471.

[2]董會(huì)奇，董登科.物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)的探討[J].中國有線電視，2011，（10）：1159.

[3]東輝，唐景然，于東興.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢綜述[J]通信技術(shù)，2014，11：1233-1239.

[4]郝鋒鋼.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對通信網(wǎng)絡(luò)的影響[J].中國有線電視，2012，（01）：28.

[5]郝鋒鋼.物聯(lián)網(wǎng)信息安全初探[J].中國有線電視，2012，（03）：297.