通信工程技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用分析

韓建友

（浪潮通信信息系統(tǒng)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下，通信工程技術(shù)的應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)物互聯(lián)和信息遠(yuǎn)程輸送，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)物的遠(yuǎn)程監(jiān)控及定位管理，在給人們工作和生活提供便利、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也倒逼通信工程技術(shù)不斷創(chuàng)新，加快了物聯(lián)網(wǎng)智能化發(fā)展進(jìn)程。近年來(lái)，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但距離真正意義上的大范圍普遍應(yīng)用還有很大距離。究其原因，主要是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)信息管理和通信工程技術(shù)應(yīng)用缺乏相應(yīng)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上限制了通信工程技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用效果。要想實(shí)現(xiàn)通信工程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)有效融合，凸顯通信工程技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，必須深入研究、開(kāi)發(fā)通信工程技術(shù)，建立健全相應(yīng)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，這也是促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用范圍的前提和基礎(chǔ)。

1 通信工程技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 通信工程技術(shù)的內(nèi)涵

通信工程是電子信息工程的重要分支。通信工程技術(shù)著重研究通信信息傳輸以及信息信號(hào)處理。在通信工程技術(shù)中，移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展大致分為5 個(gè)階段，即1G、2G、3G、4G 和5G。美國(guó)是率先使用通信工程技術(shù)的國(guó)家，建立了以模擬調(diào)制技術(shù)和FDMA 為代表的第一代通信工程技術(shù)，開(kāi)啟了1G 時(shí)代。一些歐洲國(guó)家自主研發(fā)出由TDMA 發(fā)展而來(lái)的GSM技術(shù)和復(fù)用形式的CDMA 技術(shù)，完成了由模擬調(diào)制技術(shù)向數(shù)字傳輸技術(shù)的轉(zhuǎn)變，形成了移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)啟了2G 時(shí)代。雖然通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，但仍未從根本上擺脫美國(guó)的通信工程技術(shù)制約。2G 向3G 過(guò)渡期間，出現(xiàn)了2.5G，采用了一種基于GSM 技術(shù)的GPRS 過(guò)渡技術(shù)。3G 時(shí)代以CDMA 技術(shù)為核心，包括CDMA2000、WCDMA及TD-SCDMA 等3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。4G 時(shí)代以TLE 技術(shù)為核心，包括TD-TLE 和FDD-LTE 等2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率顯著提高，上行速率和下行速率分別達(dá)到20 Mb·s-1和100 Mb·s-1[1]。進(jìn)入5G 時(shí)代，其超高網(wǎng)速、超低時(shí)延、超廣連接、超低能耗的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的萬(wàn)物互聯(lián)。5G 通信技術(shù)典型的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括移動(dòng)寬帶、超高可靠與超低時(shí)延通信以及海量機(jī)器類通信等。其中，移動(dòng)寬帶不僅保證用戶正常通信與交流，而且滿足了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的主體需求，提高人與人之間通信的體驗(yàn)感，應(yīng)用范圍最廣泛。在對(duì)通信的可靠性和時(shí)延要求較高的領(lǐng)域如無(wú)人駕駛和自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行等方面，主要采用超高可靠與超低時(shí)延通信技術(shù)。在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)上，5G 典型的應(yīng)用場(chǎng)景——海量物聯(lián)網(wǎng)通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）能夠支持物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用，如智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)及虛擬現(xiàn)實(shí)等方面。

我國(guó)通信行業(yè)的發(fā)展起步相對(duì)較晚，在借鑒歐美發(fā)達(dá)國(guó)家通信工程技術(shù)的基礎(chǔ)上，直接開(kāi)啟了2G時(shí)代，并建設(shè)形成全球排名第二的通信網(wǎng)絡(luò)。從3G時(shí)代開(kāi)始，我國(guó)進(jìn)入自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)階段，如4G標(biāo)準(zhǔn)TD-TLE 技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及華為公司的5G 通信工程技術(shù)商用模式，在標(biāo)準(zhǔn)制定和基站建設(shè)等方面都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，成為全球通信工程技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)航者，也預(yù)示著5G 時(shí)代已全面來(lái)臨。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)有狹義和廣義之分。狹義物聯(lián)網(wǎng)是指對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)有線或無(wú)線的方式將物品與互聯(lián)網(wǎng)互連互通，即物與物相連，并借助射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）、激光掃描器、紅外感應(yīng)器以及全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按照預(yù)先約定好的傳輸協(xié)議進(jìn)行信息交換和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物品自動(dòng)識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控及管理，屬于一種智能化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。廣義物聯(lián)網(wǎng)是指信息空間與物理空間的相互融合，事物以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化形式呈現(xiàn)，在物與物、人與物、人與現(xiàn)實(shí)環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)互連互通，即物與物相連、人與物相連、人與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相連。信息主要借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸和智能化處理，形成真實(shí)事物與虛擬網(wǎng)絡(luò)信息實(shí)時(shí)交互和共享。各種信息互融后呈現(xiàn)出一種新的服務(wù)模式，服務(wù)可及用戶終端的任何物品或個(gè)人，屬于智能化網(wǎng)絡(luò)綜合應(yīng)用的最高目標(biāo)[2]。

物聯(lián)網(wǎng)具有以下基本特征：

（1）感知全面，通過(guò)應(yīng)用射頻識(shí)別、傳感器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外部巨大承載信息的全面感知和識(shí)別；

（2）可靠傳遞，通過(guò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)組織技術(shù)、信息傳輸技術(shù)及信息交換技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程感知信息的可靠、安全傳遞，保密性較好；

（3）智能化處理，通過(guò)應(yīng)用模糊識(shí)別技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等，對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，不僅操作便捷，能夠?qū)崿F(xiàn)人與人之間的交流溝通，而且能實(shí)現(xiàn)人與物或物與物之間的信息傳遞，以對(duì)實(shí)物進(jìn)行智能化控制和管理[3]。

按照功能進(jìn)行劃分，物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層。其中，感知層主要利用信息感知技術(shù)采集相關(guān)信息數(shù)據(jù)，常見(jiàn)的硬件設(shè)施包括傳感網(wǎng)絡(luò)、攝像頭等；網(wǎng)絡(luò)層對(duì)感知層和應(yīng)用層起到連接作用，主要利用云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析及挖掘，常見(jiàn)的應(yīng)用方式包括移動(dòng)通信網(wǎng)和無(wú)線通信網(wǎng)等；應(yīng)用層主要是把用戶的信息需求與物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)[4]，監(jiān)控方面如環(huán)境監(jiān)測(cè)、物流監(jiān)控等，查詢方面如智能檢索等，控制方面如智能電網(wǎng)、智能交通等，掃描方面如ETC 收費(fèi)、手機(jī)錢包等。物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖

2 通信工程技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的具體應(yīng)用

2.1 移動(dòng)通信應(yīng)用

2.1.1 傳輸網(wǎng)絡(luò)

在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用是基礎(chǔ)。由于物聯(lián)網(wǎng)承載的信息量巨大，為了保證信息傳輸?shù)陌踩浴⒈憬菪约案咝?，必須加?qiáng)傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，尤其需要加強(qiáng)通信工程5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，應(yīng)用5G 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)行各種任務(wù)處理，以彌補(bǔ)4G技術(shù)在信息傳輸過(guò)程中的不足。5G 技術(shù)能夠做到信息傳輸覆蓋每一個(gè)角落，在滿足物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模信息傳遞現(xiàn)實(shí)需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行控制和監(jiān)管[5]。完善傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，即建設(shè)一個(gè)功能強(qiáng)大的傳輸網(wǎng)絡(luò)，以充分體現(xiàn)通信工程技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，這就對(duì)廣大技術(shù)人員的專業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求。作為物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，不僅要加大通信工程技術(shù)相關(guān)人才的引進(jìn)力度，還需要加強(qiáng)在職技術(shù)人員專業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能培訓(xùn)，打造老中青相結(jié)合的人才隊(duì)伍，為傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用提供人才保障。

2.1.2 通信管理平臺(tái)

通信管理平臺(tái)是對(duì)通信信息進(jìn)行管理的平臺(tái)，能夠確保通信系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，從而提高通信系統(tǒng)的運(yùn)行速率和質(zhì)量。一方面，通信管理平臺(tái)通過(guò)對(duì)通信設(shè)備性能自動(dòng)檢測(cè)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)評(píng)估[6]，可以為設(shè)備維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，確保系統(tǒng)設(shè)備高效運(yùn)行；另一方面，通信管理平臺(tái)能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)涉及的通信工程技術(shù)進(jìn)行有效監(jiān)管，倒逼技術(shù)人員不斷優(yōu)化和創(chuàng)新通信工程技術(shù)，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，不斷強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行效果。例如商家使用的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)，通信管理平臺(tái)利用先進(jìn)的通信工程技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)通信信息的全面監(jiān)管，確保支付信息安全傳輸；又如車聯(lián)網(wǎng)中的智能出行，通信管理平臺(tái)利用通信工程技術(shù)將汽車系統(tǒng)與交管部門網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連，就可以詳細(xì)掌握每一輛汽車的行動(dòng)軌跡，同時(shí)還可以對(duì)汽車的行駛方向給予指引，為用戶提供最佳的行駛路線。

2.1.3 移動(dòng)終端

移動(dòng)終端是指接收物聯(lián)網(wǎng)信息資源的移動(dòng)終端設(shè)備，也是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備。用戶可以利用移動(dòng)終端設(shè)備獲取自己需要的物聯(lián)網(wǎng)信息。將通信工程技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)終端設(shè)備，用戶可以及時(shí)了解信息資訊變化，在信息節(jié)點(diǎn)變化的情況下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)信息發(fā)展動(dòng)態(tài)[7]?，F(xiàn)如今，科技發(fā)展日新月異，人們必須緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，及時(shí)更新自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和技術(shù)技能，以此更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展。在新知識(shí)和新技術(shù)、技能學(xué)習(xí)過(guò)程中，首要需要有合適的學(xué)習(xí)途徑，移動(dòng)終端設(shè)備中通信工程技術(shù)的應(yīng)用，為用戶獲取新知識(shí)和新技術(shù)技能提供了便捷的學(xué)習(xí)途徑，用戶可以隨時(shí)隨地享受物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的更好學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.2 無(wú)線通信和光纖通信應(yīng)用

無(wú)線通信和光纖通信的最大特點(diǎn)是信息傳輸速度快，借助帶寬可以實(shí)現(xiàn)信息快速傳輸?，F(xiàn)如今，無(wú)線通信和光纖通信已經(jīng)得到普及，開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶。感知層是物聯(lián)網(wǎng)信息的采集層，在感知層應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)和光纖通信技術(shù)，都可以利用光纖傳感增強(qiáng)信息探測(cè)效果。但光的傳播速度容易受環(huán)境溫度影響，導(dǎo)致光的相位、波長(zhǎng)發(fā)生改變，影響無(wú)線通信和光纖通信的傳播效果[8]，因此需要對(duì)光纖傳感進(jìn)行技術(shù)處理，以提高無(wú)線通信技術(shù)和光纖通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用效果。網(wǎng)絡(luò)層作為物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸、存儲(chǔ)及分析的過(guò)渡層，在網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)和光纖通信技術(shù)可以提升感知信息的傳輸效率和質(zhì)量，從而增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)傳輸信息資源的能力。應(yīng)用層作為物聯(lián)網(wǎng)用戶指令的執(zhí)行層，在應(yīng)用層應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)和光纖通信技術(shù)，可以對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知信息進(jìn)行快速處理和有效管理，并將結(jié)果反饋給用戶，以提升物聯(lián)網(wǎng)對(duì)感知信息的分析、處理、管理能力。

3 通信工程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展趨勢(shì)

在社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，物聯(lián)網(wǎng)和通信工程技術(shù)都起到了非常顯著的推動(dòng)作用。將兩者有機(jī)融合，著力凸顯物聯(lián)網(wǎng)智能化應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不僅是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)自身發(fā)展的內(nèi)在需要，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提出的新要求。從當(dāng)前通信工程技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)際應(yīng)用的情況來(lái)看，雖然物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍日益廣泛，但二者融合的應(yīng)用范圍相對(duì)較窄，只局限于個(gè)別領(lǐng)域應(yīng)用，普及之路依然存在一定的困難。究其原因，主要是缺乏統(tǒng)一和科學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)信息管理準(zhǔn)則和通信工程技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的法律法規(guī)，市場(chǎng)規(guī)范指導(dǎo)作用有限，使得物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程常常出現(xiàn)端口之間無(wú)法兼容的情況，這也是制約通信工程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)普及應(yīng)用的關(guān)鍵因素。因此，要想加快通信工程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的步伐，形成以互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸為中心的系統(tǒng)，打破物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸時(shí)空限制，政府主管部門應(yīng)加快推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)信息管理準(zhǔn)則和通信工程技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，制定科學(xué)而完善的物聯(lián)網(wǎng)管理制度，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中端口之間相互兼容，從而促進(jìn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)行規(guī)范管理和物聯(lián)網(wǎng)大范圍普及應(yīng)用。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商也應(yīng)加大網(wǎng)絡(luò)建設(shè)資金投入，一方面加大通信工程新技術(shù)、新產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用，不斷提升新產(chǎn)品市場(chǎng)吸引力，為物聯(lián)網(wǎng)信息快速、安全、穩(wěn)定傳輸提供技術(shù)保障；另一方面，系統(tǒng)鋪設(shè)移動(dòng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，為物聯(lián)網(wǎng)拓展應(yīng)用范圍提供載體保障，以最大限度發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值，提升用戶物聯(lián)網(wǎng)信息應(yīng)用體驗(yàn)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)毋庸置疑。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的帶動(dòng)下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技將發(fā)生更加深刻的變革。通信工程技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，將通信工程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)融合是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流之舉，但要想真正促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，必須做到二者深度融合，充分發(fā)揮通信工程技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，凸顯其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用價(jià)值，不斷強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)智能化管理水平?；诖耍疚膹囊苿?dòng)通信應(yīng)用和無(wú)線通信/光纖通信應(yīng)用兩個(gè)方面重點(diǎn)探討了通信工程技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用，以不斷完善物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸方式，為通信工程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)高效融合提供參考，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)能，為公眾生產(chǎn)生活、工作學(xué)習(xí)提供更多便利，從而造福整個(gè)社會(huì)。