LTE無(wú)線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合與應(yīng)用

劉媛媛

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002）

在信息技術(shù)發(fā)展的背景下，各種新技術(shù)層出不窮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是其中之一。它以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)連接事物擴(kuò)大互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，改善人們的生活質(zhì)量，使人們的生活更加便利，同時(shí)促進(jìn)工業(yè)水平的提升，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化建設(shè)與發(fā)展。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的使用和發(fā)展來(lái)說(shuō)，無(wú)線通信技術(shù)發(fā)揮著十分重要的作用。采用長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE)無(wú)線通信技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使物聯(lián)網(wǎng)在使用和發(fā)展中呈現(xiàn)出的“碎片化”問(wèn)題得到有效解決，減少了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的限制，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的提升，使其應(yīng)用更加廣泛，為信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了更多技術(shù)支持。本文將二者結(jié)合，達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互促進(jìn)的效果。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

現(xiàn)如今，信息技術(shù)在人們的生活、生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，而物聯(lián)網(wǎng)則是該技術(shù)不可或缺的組成部分，可以確保各個(gè)物品之間的有效連接。一方面，物聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸和擴(kuò)展；另一方面，用戶端可以與任何物品進(jìn)行連接，進(jìn)而達(dá)到信息交換、通訊的效果。在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用的過(guò)程中，主要采用射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)、紅外感應(yīng)、GPS等信息傳感設(shè)備，根據(jù)相關(guān)協(xié)議的要求，將物品連接到互聯(lián)網(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)物品之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控、定位等功能效果[1]。不僅可以實(shí)現(xiàn)本地自動(dòng)化控制，而且解決了信息不對(duì)稱的問(wèn)題，各個(gè)行業(yè)都可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行合作與協(xié)調(diào)，使傳統(tǒng)行業(yè)打破發(fā)展壁壘，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)革新和進(jìn)步。物聯(lián)網(wǎng)主要分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層3個(gè)層次，不同層次有不同的組成內(nèi)容。

2 LTE無(wú)線通信技術(shù)的特點(diǎn)和創(chuàng)新應(yīng)用

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

LTE無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提升了通信質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了通信自由。TD-LET具有帶寬高、延時(shí)低的特點(diǎn)，用戶在移動(dòng)的過(guò)程中也可以觀看流暢、清晰的實(shí)時(shí)動(dòng)畫。相比于3G，LTE無(wú)線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信速率明顯提升。該技術(shù)的上下行峰值速率分別為100 Mb/s和50 Mb/s。相同的頻譜，LTE無(wú)線通信技術(shù)的利用率可以達(dá)到100%。目前，很多用戶利用無(wú)線網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)瀏覽，LTE無(wú)線通信技術(shù)時(shí)延較低，具有包容性和兼容性，涵蓋了各項(xiàng)通信技術(shù)[2]，可以更遠(yuǎn)、更廣泛地發(fā)射，有良好的應(yīng)用前景。LTE無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用增加了信號(hào)通道中衰落傳輸?shù)目煽啃?，可以集中一點(diǎn)發(fā)射信號(hào)，利用不同區(qū)域的衰減調(diào)配強(qiáng)弱信號(hào)在不同的通道上傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，具有較高的峰值傳輸速度，同時(shí)利用率也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的通信技術(shù)。

2.2 創(chuàng)新應(yīng)用

LTE無(wú)線通信在技術(shù)上進(jìn)行了全面的革新和改進(jìn)，采用全新的技術(shù)結(jié)構(gòu)，由Node B構(gòu)成單層結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化技術(shù)的同時(shí)可以有效降低延遲，滿足了低復(fù)雜度、低時(shí)延、低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)相比，LTE無(wú)線通信技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(Radio Network Controller，RNC)節(jié)點(diǎn)更少。從本質(zhì)上來(lái)看，LTE無(wú)線通信技術(shù)是一種全面的技術(shù)革新，其深度挖掘信道資源，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。該技術(shù)采用了OFDMA/FDMA的解決方案，對(duì)縱向網(wǎng)絡(luò)層次進(jìn)行簡(jiǎn)化，使傳輸延遲有效降低。在技術(shù)方面，LTE采用頻分多址系統(tǒng)，是對(duì)OFD-MA的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)正交傳輸?shù)耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)單載波傳輸?shù)头迤奖龋瑢NC節(jié)點(diǎn)取消，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化的效果。目前，該技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛。例如，在世博會(huì)中應(yīng)用LTE技術(shù)，同時(shí)配合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)采編播設(shè)備的使用，實(shí)現(xiàn)各類素材的快速傳回，增強(qiáng)了新聞的時(shí)效性。在生活中，該技術(shù)提升了通信效率，與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合進(jìn)一步提升了技術(shù)的應(yīng)用效果，不僅改善了人們的生活，在水利、航空等多個(gè)領(lǐng)域中也被廣泛應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型分析

物聯(lián)網(wǎng)的主流業(yè)務(wù)涵蓋智能電表、智能零售、智能交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居等多個(gè)領(lǐng)域。在智能電表方面，利用物聯(lián)網(wǎng)可以進(jìn)行周期性或根據(jù)需求上報(bào)價(jià)格信息、負(fù)載信息，每天進(jìn)行50次會(huì)話，每個(gè)數(shù)據(jù)包為10 B，可以在城區(qū)或非城區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，比較固定。城區(qū)中的終端數(shù)量為每1 km2不到10 000個(gè)，非城區(qū)的終端則在1 000個(gè)以內(nèi)。在智能零售方面，主要包括超市、便利店等零售中采用的POS機(jī)觸發(fā)的數(shù)據(jù)行為，每天的會(huì)話頻次約為1 000次，數(shù)據(jù)包為100 B，在城區(qū)中使用具有固定性，終端數(shù)量為每1 km2不超過(guò)1 000個(gè)。在智能交通方面，主要在汽車周期定位、特殊情況傳輸控制、告警數(shù)據(jù)等方面使用，會(huì)話頻次為每天1 000次左右，數(shù)據(jù)包為1 500 B，可以在城區(qū)或非城區(qū)使用，具有移動(dòng)性，終端數(shù)量每1 km2不超過(guò)5 000個(gè)。在遠(yuǎn)程醫(yī)療方面，主要用于周期或周期內(nèi)持續(xù)大量輸入與身體特征有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括血壓、心電圖等。如果是周期性則會(huì)話頻次為每天100次左右，如果是持續(xù)性檢測(cè)則每天不超過(guò)5 000次，數(shù)據(jù)包為10～100 B，可以在城區(qū)或非城區(qū)使用，移動(dòng)或固定都可以，每1 km2終端數(shù)不超過(guò)1 000個(gè)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，主要在周期或根據(jù)傳感數(shù)據(jù)在特殊周期中發(fā)送警告或控制數(shù)據(jù)，每天的會(huì)話頻次不超過(guò)1 000次，數(shù)據(jù)包為100～5×106B，可以在城區(qū)或非城區(qū)使用，具有固定的特點(diǎn)，終端數(shù)量每1 km2不超過(guò)1 000個(gè)。在智能家居方面，主要提供家居安全等業(yè)務(wù)。每天會(huì)話頻次不超過(guò)100次，數(shù)據(jù)包為100～1 000 B，可以在城區(qū)或非城區(qū)使用，具有靜態(tài)的特點(diǎn)，城區(qū)中終端數(shù)量每1 km2不超過(guò)10 000個(gè)，非城區(qū)則不超過(guò)1 000個(gè)。

由此可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)模型具有小包、高頻等特點(diǎn)，與QQ數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類似。這種常在線業(yè)務(wù)會(huì)占用很多網(wǎng)絡(luò)資源，易引發(fā)信令風(fēng)暴，從而影響網(wǎng)絡(luò)效率[3]。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中，必須要先解決數(shù)據(jù)負(fù)荷的問(wèn)題，杜絕信令風(fēng)暴，創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用手段。

4 LTE無(wú)線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合

4.1 在智慧城市中應(yīng)用

在建設(shè)智慧城市的過(guò)程中，可以將LTE無(wú)線通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起，在全城范圍內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，使城市各個(gè)角落都被網(wǎng)絡(luò)覆蓋，進(jìn)而滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制的需求，掌握智慧城市各個(gè)場(chǎng)景。在技術(shù)結(jié)合應(yīng)用下，不僅地面可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，地鐵、地下隧道等信號(hào)薄弱的區(qū)域也可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并且保障了傳輸效率。可以設(shè)實(shí)時(shí)監(jiān)控路燈、構(gòu)筑物等設(shè)施，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行管理和控制，也可以對(duì)空氣污染、溫度、濕度等環(huán)境指數(shù)進(jìn)行采集，不僅能提升設(shè)施的服務(wù)質(zhì)量，還能促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的建設(shè)與改善。在傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)主要采用藍(lán)牙、Wi-Fi等技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，因此只能在特定的范圍內(nèi)覆蓋。應(yīng)用LTE無(wú)線通信技術(shù)之后，可以采用頻分多址（Frequency Division Multiple Access/Address，F(xiàn)DMA）的 方 式，使OFDM/FDMA有更多空間接口，通過(guò)多進(jìn)多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)促進(jìn)傳輸效率的提升，可以強(qiáng)化智慧城市場(chǎng)景中的通信能力。在4G技術(shù)應(yīng)用之后，窄帶LET技術(shù)與4G網(wǎng)絡(luò)融合在一起，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供了更多技術(shù)支持。從5G發(fā)展趨勢(shì)可以看出，通過(guò)技術(shù)結(jié)合，智慧城市場(chǎng)景監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)愈加完善，有助于智慧城市的建設(shè)與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能、高效、綠色、節(jié)能的發(fā)展目標(biāo)。

4.2 在智能電網(wǎng)中應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的過(guò)程中，智能電表也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在智能電網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，要對(duì)端口接入方式進(jìn)行簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的精細(xì)化、智能化覆蓋端管理。智能電表具有集成化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，檢測(cè)客戶端現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及服務(wù)狀態(tài)等功能，將檢測(cè)數(shù)據(jù)匯集在終端平臺(tái)中，采用信息監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)流量進(jìn)行分析，進(jìn)而調(diào)整智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保其與用戶端相符，全面提升電力系統(tǒng)的運(yùn)作質(zhì)效，保障電能的順利供應(yīng)[4]。物聯(lián)網(wǎng)早期主要在智能電網(wǎng)中應(yīng)用，所以已經(jīng)有了豐富的經(jīng)驗(yàn)和成熟的技術(shù)。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)范圍的擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)，在這個(gè)過(guò)程中結(jié)合應(yīng)用LTE無(wú)線通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以進(jìn)一步提升智能電網(wǎng)的運(yùn)作效率。LTE采用OFDM共享資源，運(yùn)用層二調(diào)度器方式調(diào)度資源動(dòng)態(tài)，上層不將信令資源釋放，空口資源則不會(huì)受到影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保留常在線的效果。調(diào)度器和無(wú)線資源控制（Radio ResourceControl，RRC）可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。

4.3 在智能家居中應(yīng)用

在智能家居中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以提升人們的生活質(zhì)量，使人們的物質(zhì)需求和精神需求得到更好地滿足。隨著智能化家居的廣泛應(yīng)用，人們的生活水平不斷提升。例如，智能咖啡機(jī)可以根據(jù)用戶需求自動(dòng)調(diào)節(jié)水溫、咖啡濃度等參數(shù)，也可以通過(guò)語(yǔ)音發(fā)布指令，家電設(shè)備的應(yīng)用控制更加便捷。在智能家居發(fā)展的過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)是核心技術(shù)，為了解決物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用過(guò)程中存在的弊端，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和LTE無(wú)線通信技術(shù)，將各個(gè)家居用品都連接到網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)提升操控的效果，充分發(fā)揮智能家居的作用。物聯(lián)網(wǎng)需要將傳感器、控制機(jī)連接在網(wǎng)絡(luò)之中，應(yīng)用LTE無(wú)線通信技術(shù)則可以將其作為網(wǎng)關(guān)接入，數(shù)據(jù)流在自組織網(wǎng)絡(luò)回傳輸入到LTE網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)候會(huì)比較大，進(jìn)而出現(xiàn)負(fù)荷較大的小包和頻次較高的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。LTE無(wú)線通信技術(shù)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)，信道被劃分為多個(gè)正交子信道，高速數(shù)據(jù)流可以轉(zhuǎn)換為低速子數(shù)據(jù)流，將其調(diào)制到各個(gè)信道上傳輸，通過(guò)層二調(diào)度器動(dòng)態(tài)調(diào)度無(wú)限資源，利用LET技術(shù)達(dá)到常在線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

4.4 在智能汽車中應(yīng)用

隨著城市的發(fā)展和進(jìn)步，交通壓力在不斷增加，城市交通網(wǎng)絡(luò)愈加復(fù)雜，智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)可以為人們的出行提供更多便利，受到了許多用戶的青睞。構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在平臺(tái)中加入私家車輛信息，可獲得平臺(tái)中的各種服務(wù)，包括導(dǎo)航服務(wù)、租用服務(wù)等。從公共交通系統(tǒng)的角度來(lái)看，可以根據(jù)實(shí)際道路條件建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，將物聯(lián)網(wǎng)覆蓋到整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)而更好地進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)控和管理，確保車輛行駛的安全性和運(yùn)輸效率。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的過(guò)程中結(jié)合LTE無(wú)線通信技術(shù)，可以進(jìn)一步提升智能汽車的功能性，使監(jiān)控效果更加明顯，促進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸效率的提升，及時(shí)發(fā)現(xiàn)行車過(guò)程中潛在的隱患，在保障行車安全的同時(shí)提升其舒適度，為駕駛?cè)藛T規(guī)劃更加合理的操作方案等，促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在智能化發(fā)展的過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用不僅改善了人們的生活質(zhì)量，同時(shí)也促進(jìn)了各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用難免存在一些缺陷和問(wèn)題，可以將LTE無(wú)線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果，促進(jìn)智能化建設(shè)與發(fā)展。