融合無線移動(dòng)通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用詳解 - 全文

1　無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

1．1無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要結(jié)構(gòu)

無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展到3G時(shí)代。第三代通信網(wǎng)絡(luò)不僅能提供語音業(yè)務(wù)還能提供比較快速的分組多媒體業(yè)務(wù)。3G網(wǎng)絡(luò)的框架結(jié)構(gòu)主要有核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和無線終端組成如圖l所示。

圖一

目前的無線終端主要是手機(jī)、電腦等設(shè)備，未來的物聯(lián)網(wǎng)中，無線終端會(huì)包括更多嵌入芯片的智能設(shè)備。

接入網(wǎng)主要有RNC設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，RNC主要對(duì)手機(jī)（等智能終端）接人3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上下行的接入和調(diào)控，具體表現(xiàn)在呼叫性處理、無線鏈路管理、移動(dòng)性管理和切換機(jī)制的實(shí)現(xiàn)等。RNC不僅支持傳統(tǒng)上的語音功能還要支持?jǐn)?shù)據(jù)包傳輸和連接IP分組交換網(wǎng)橋接功能，未來的RNC平臺(tái)演進(jìn)還需要支持IPV4或者 IPV6等功能。

核心網(wǎng)主要有電路域（CS）、分組域（PS）、寄存器等組成。電路域主要承載語音呼叫控制、信令處理和接受消息．執(zhí)行終端到移動(dòng)交換中心的呼叫路由、語音部分的計(jì)費(fèi)等功能。分組域在以前網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加并引進(jìn)設(shè)備功能：主要有 GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN和支持網(wǎng)關(guān)GGSN等設(shè)備組成，它們構(gòu)建了無線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)并提供分組交換業(yè)務(wù)固定網(wǎng)絡(luò)問的借口。它們能完成分組業(yè)務(wù)的會(huì)話管理．移動(dòng)行管理、分組傳輸交換、用戶計(jì)費(fèi)等功能，并通過一些寄存器對(duì)分組川戶進(jìn)行鑒權(quán)驗(yàn)證。

寄存器比較多主要有：HLR，VLR，AUC等。本地位置寄存器HLR是負(fù)責(zé)本地用戶管理的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中有用戶信息，移動(dòng)終端注冊(cè)位置信息，還有移動(dòng)終端的識(shí)別號(hào)等。訪問位置寄存器VLR主要負(fù)責(zé)訪問本地區(qū)域的寄存器控制信息。當(dāng)一個(gè)終端進(jìn)入新的位置區(qū)域時(shí)，就需要注冊(cè)，用戶就會(huì)進(jìn)入本地的VLR進(jìn)行注冊(cè)接納并交換信息（如位置區(qū)信息，移動(dòng)臺(tái)標(biāo)示，移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)等）。鑒權(quán)中心AUC主要驗(yàn)證每個(gè)用戶的國際移動(dòng)識(shí)別碼（ⅨSI）是否合法，通過HLR向 VLR，MSC，SGSN等需要鑒權(quán)的網(wǎng)7l三發(fā)送笛權(quán)數(shù)據(jù)。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也可以剖為多層平面結(jié)構(gòu)：層面上看主要有分三個(gè)平面結(jié)構(gòu)：用戶平面，控制平面和傳輸平面。傳輸平面主要對(duì)鏈路層數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制，對(duì)傳輸層別的信令處理，傳輸網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行承載等功能，這是最基本的數(shù)據(jù)路徑?？刂破矫嬷饕獙?duì)應(yīng)用層協(xié)議以及傳輸這些協(xié)議的信令承載。用戶平面主要對(duì)用戶需要的收發(fā)信息，分組和視頻等業(yè)務(wù)）進(jìn)行交互和承載，具體平面結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖２

1．2無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)

無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展到LTE長期演進(jìn)策略，再到后面的4G等。從單純的語音通信到交互式多媒體和視頻業(yè)務(wù)等。從廣義上來講未來的無線網(wǎng)絡(luò)具備以下特征：

1）方便、高速、統(tǒng)一的無線接入；

2）支持多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，融合多種傳輸資源，支持各種移動(dòng)模式；

3）基于IP地址的路由分配，支持更多多媒體業(yè)務(wù)；

4）更高的資源利用率，更大的業(yè)務(wù)容量，更廣的融合系統(tǒng)。

隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的融合也是未來的趨勢(shì)。從傳輸網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)，到目前面團(tuán)家提出的“三網(wǎng)融合”這些都將是下一代網(wǎng)絡(luò)的必然趨勢(shì)。但網(wǎng)絡(luò)融合涉及到業(yè)務(wù)。市場(chǎng)，技術(shù)和體制監(jiān)管等方面的問題，注定需要一個(gè)漫長的發(fā)展過程。

2　物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

2．1物聯(lián)網(wǎng)的介紹

物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)單的理解就是把物體通過互聯(lián)網(wǎng)相互連接，并能相互間進(jìn)行信息交換和通信的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)足互聯(lián)網(wǎng)的延伸和拓展，各種物體通過射頻識(shí)別系統(tǒng)，紅外感知裝置，GPS等方式與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大智能網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的核心信息通信技術(shù)改變政府、企業(yè)和人們的交互方式以提高效率、靈活性和響應(yīng)速度。把感應(yīng)器嵌入列全球每個(gè)角落，例如電網(wǎng)、交通（鐵路、公路、市內(nèi)交通）等相關(guān)的物體。并利用網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備收集的大最數(shù)據(jù)通過云計(jì)箅、數(shù)據(jù)倉庫和智能技術(shù)作出分析給出解決方案。從國際上看，歐盟、美國、日本等國都重視物聯(lián)網(wǎng)的工作，并且已做了大量研究開發(fā)和應(yīng)用工作。日前中國物聯(lián)剛發(fā)展迅速，基礎(chǔ)研發(fā)水平領(lǐng)先，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值較大，政府也比較重視。目前中國移動(dòng)和廈門市合作建物聯(lián)網(wǎng)示范城市，不但可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)訂票，還可以利用手機(jī)監(jiān)控，甚至利用手機(jī)實(shí)施無線視頻智能交通等。但物聯(lián)網(wǎng)也存在一些發(fā)展瓶頸：射頻識(shí)別技術(shù)還不全面，接口協(xié)議不統(tǒng)一、計(jì)費(fèi)計(jì)算等。

2．2物聯(lián)網(wǎng)的主體結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)需要對(duì)物體可感知、可識(shí)別、可擰制。根據(jù)這一目標(biāo)設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)具備以下幾個(gè)特征：一、對(duì)物體的全面感知，利用RFID、二維碼等技術(shù)隨時(shí)隨地獲取和監(jiān)控物體的信息。二、要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端識(shí)別，必須進(jìn)行可靠傳輸。需要通過各種網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的融合。將物體的信心實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)送、可控制必須能對(duì)物體進(jìn)行分析和處理等能力。這就需要智能識(shí)別、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)分析和處理等技術(shù)。根據(jù)這些要求，目前業(yè)界公認(rèn)為有三個(gè)層次：第一層即是用RFID等傳感器的感知層：第二層主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層；第三層是方便用戶使用的應(yīng)用層。如圖3所示。

圖３

1）感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)．利用傳感器采集設(shè)備信息，利用射頻識(shí)別技術(shù)在一定距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和識(shí)別，感知層應(yīng)有感應(yīng)節(jié)點(diǎn)和接入網(wǎng)關(guān)組成。在感應(yīng)節(jié)點(diǎn)處有識(shí)別器對(duì)物體進(jìn)行檢索識(shí)別，但在遠(yuǎn)端用戶需要監(jiān)控感應(yīng)節(jié)點(diǎn)信息時(shí)就需要接入網(wǎng)關(guān)了，網(wǎng)關(guān)把收集到的信息通過傳輸層進(jìn)行后臺(tái)處理，到最后提供給用戶使用。

2）網(wǎng)絡(luò)層足對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行安全無誤的傳輸。并對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析處理，并將結(jié)果提供給應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層要有數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)，可靠地傳輸數(shù)據(jù)信息，還具備網(wǎng)絡(luò)管理等功能，說到底網(wǎng)絡(luò)層就是塒感知數(shù)據(jù)的管理和處理技術(shù)：包括傳感器采集的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析、比較、挖掘和智能的處理等技術(shù)。把物聯(lián)網(wǎng)比作一個(gè)人的話，網(wǎng)絡(luò)層可以說是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的“腰”。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)中物物相連的重要組成部分，不儀需要識(shí)別數(shù)據(jù)信息，更能智能化的分析處理多功能平臺(tái)。

3）應(yīng)用層是為用戶提供豐富的服務(wù)功能。用戶通過智能終端在應(yīng)用層上定制需要的服務(wù)信息：如查詢信息，監(jiān)控信息、控制信息等。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，應(yīng)用層會(huì)大大拓展到各行業(yè)，給我們帶來實(shí)實(shí)在在的方便。

3　融合無線移動(dòng)通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

3．1無線物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用描述

為了方便，人們總習(xí)慣用移動(dòng)的方式與網(wǎng)絡(luò)連接。無線終端通過無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)并能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體識(shí)別，監(jiān)控和控制等功能，此時(shí)的物聯(lián)網(wǎng)便稱之為無線物聯(lián)網(wǎng)，H前的物聯(lián)網(wǎng)主要集中在展會(huì)區(qū)域．通過固定區(qū)域放置射頻識(shí)別器，實(shí)現(xiàn)該片區(qū)域地智能化，無線物聯(lián)網(wǎng)叫還沒未真正的大規(guī)模的應(yīng)用。在未來的無線物聯(lián)網(wǎng)中：

我們利用手機(jī)終端訪問物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，查詢目標(biāo)信息。比如利用手機(jī)訪問特定網(wǎng)址，經(jīng)過身份驗(yàn)證后，輸入產(chǎn)品的電子標(biāo)簽就可以查詢所買的超市商品信息。無線物聯(lián)網(wǎng)也日『以用于智能監(jiān)控，利用手機(jī)終端通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸可以視頻查看目標(biāo)區(qū)域的交通情況，以便選擇方便快捷的路線。另外我們通過無線物聯(lián)網(wǎng)也可以用手機(jī)終端去控制裝配有電子標(biāo)簽的家用電器，比如設(shè)置空調(diào)的開啟時(shí)間和溫度，電視的開啟設(shè)置等。

從上可以看出。無線物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用能真正給我們帶來足不出戶的方便，是未來物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

3．2無線物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施模型

根據(jù)上述功能，我提出如圖4的無線互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施模型。我們可以清楚地看出整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)就是外面的大圈，里面的小圈是互聯(lián)網(wǎng)，智能終端（手機(jī)其中一種）通過核心網(wǎng)接入，物聯(lián)網(wǎng)上有許多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如智能監(jiān)控、信息查詢等。這些節(jié)點(diǎn)放置了智能傳感器，實(shí)時(shí)的采集目標(biāo)物體信息（如放在醫(yī)院和交通路門進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)超市、銀行信息查詢等）通過網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸處理，提供給用戶需要的信息。

圖４

從上可以看出：要讓未來的無線物聯(lián)網(wǎng)做到暢通無阻，首先要能讓移動(dòng)終端能力方便快捷的接入和高速的帶寬，這些是無線移動(dòng)通信網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展的方向。其次有無處不在的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，放置我們需要的區(qū)域，如超市。醫(yī)院，倉庫等。通過這些節(jié)點(diǎn)我們能實(shí)時(shí)的對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行監(jiān)控處理。最后是無處不在的互聯(lián)網(wǎng)，這也是物聯(lián)網(wǎng)的核，任何物體是靠圖4互聯(lián)網(wǎng)連在一起的，通過互聯(lián)網(wǎng)的連接到才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)控和處理，才能讓物體更智能。
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