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基于LTE技术的物联网技术分析

作者: 发布时间:2020-02-03 08:58:23 阅读: 48 次

摘要:受限于现有的通信技术,物联网在网络部署、应用领域等方面的发展都受到了一定的阻碍,随着LTE技术的提出和应用,制约物联网发展的瓶颈被消除,建立端到端的物联网体系成为可能。本文分析了LTE系统的系统特性和物联网的应用领域,进而对基于LTE技术的物联网技术进行了分析和研究。

关键词:通信技术;物联网;LTE;应用领域

 

传统的移动通信网络主要用于解决人与人之间的互联问题,而物联网的出现则是用于解决物与物之间的互联问题。当物联网技术应用移动通信技术进行实践和拓展时,物联网的应用领域和部署范围将得到极大的扩展,同时实现终端之间、终端与后台之间的协同工作。

1 LTE系统

LTE是一种长期演进技术,该技术可支持更多系统带宽下的网络部署,其空间信号覆盖范围和传输速率相较于3G技术而言,提高了数倍甚至是数十倍。通常20MHz带宽下,应用LTE技术能够实现上行50Mbps,下行100Mbps的通信速率,且该移动通信技术对高速移动环境下的通信同样具有较好的支持性。

LTE系统中的关键技术有两个,分别为OFDM技术和MIMO技术。OFDM技术在频域范围内将通信信道分为多个相互正交的子信道,应用这些子信道同时对通信数据进行传输,同样多的数据可被并行编码为多个低速的子数据流,在子信道内进行调制和传输,这样,同样多数据所需的传输时间就被压缩到子信道个数分之一。应用OFDM技术极大的提高了数据传输速率,在高速、大容量数据传输方面具有非常强的竞争优势。MIMO技术则是在通信系统的发送端和接收端同时应用多根天线对信号进行接收,可以获得更高的通信容量和频谱利用率。

2 物联网

物联网是应用传感器件将物品按照一定的通信协议连接起来进行通信或者信息交换,以实现对物品的定位、应用、管理等功能的一种特殊网络。其实质就是应用射频技术通过互联网对物品进行管理。

物联网的应用范围非常广泛,可用于智能交通、智能家居、个人健康、公共管理等多个领域。其将整个人类社会与先进的信息技术进行了整合,运用强大的传感器技术、通信技术、计算机技术对物联网内的接入物品进行实时管理和控制,进而提高资源和物品的利用率,改善人们生活环境,增进人与自然之间的关系。物联网的关键技术有以下三部分:传感器技术、网络通信技术以及计算机处理与服务技术。

2.1 传感器技术

传感器技术是物联网构成的基础,应用该技术可以实现物理世界的事物属性的数字化和信息化转换,以便于后续数据传输和信息分析。传感器技术主要包含两方面技术,一方面是传感技术,一方面是识别技术。其中传感技术是将大量的传感器组成多跳自组织传感器网络,在该网络覆盖范围内对对象进行感知;识别技术将已感知到的对象进行统一标识,对其特征、位置等进行识别。

2.2 网络通信技术

该技术主要是指应用一种统一的网络协议来提高物联网的适用性,同时对物联网终端与控制端之间的海量数据传输进行支持。该技术一方面涉及感知终端与骨干网络的接入通信,另一方面涉及基于互联网的数据通信。其中感知终端与骨干网络的接入可以通过移动通信网络实现,但是目前应用的移动通信网络,如WCDMATD-SCDMA等,在网络容量、传输速率、通信协议等方面还无法完全满足物联网的通信要求。

2.3 计算机处理与服务技术

物联网会产生海量的数据信息,对这些信息的处理将成为物联网技术中所需面对的重大挑战之一。传统的计算机处理与服务技术必然为成为制约物联网发展的主要瓶颈之一,为解决该问题,必须发展基于通信网络的云计算技术,应用该技术中强大的数据处理、数据存储、并行处理、数据挖掘等技术为物联网中产生的海量数据信息提供高效支撑。

不难看出,当前时期的物联网发展无论在传感器层面、通信层面还是信息处理层面均存在诸多限制因素。物联网技术若想得到更好的发展,必须应用先进的信息技术手段对这些限制因素进行解决。在通信层面,LTE技术的成熟及应用使得物联网中的海量数据通信成为可能。下面着重就LTE技术对物联网的推动作用进行分析。

3 基于LTE技术的物联网技术

物联网的数据通信特性为小包、高频次,类似于当前的微信通信方式,属于一种实时在线业务,故其需要与基站之间产生大量的通信,很容易造成信令风暴,在传统的网络通信方式下,该问题很难解决,依托LTE技术,则相对而言,物联网技术更易实现。

在基于LTE系统的物联网架构方面,物联网首先将传感层中的大量传感器和控制机进行网络自组建叠加,利用其使用的诸如FRID技术构成小范围局域网,然后在网络层中以LTE通信网络作为网关接入,将自组织网络采集到的大量通信数据通过LTE网络进行传输。此时,LTE技术中的OFDM技术和MIMO技术即可发挥核心作用,其将高速数据流进行低速编码,然后应用网络调度器等设备对无线网络资源进行动态配置,实现大容量、高速率物联网数据的发送和接收。在应用层,LTE技术的相干协议可以进一步对数据传输参数等进行调整和优化,以满足LTE通信标准。

在物联网的实时在线和系统配置方面,可以从LTE网络的核心网和接入网两个方面分别进行讨论。

在核心网层面,当LTE网络环境中的终端发起无线连接时,会通过NAS消息通知核心网并建立相应的QCI无线承载,但是LTE网络的核心网中不存在主动释放这种机制,即对无数据的连接进行主动释放,只能在接收到接入网的释放消息或者用户通知后才会进行释放。这种通信特性就确定了一旦物联网终端接入LTE无线通信网络,每个物联网终端都存在一个固定的可用的IP地址,核心网、UENAS层都会保持在ATTACH状态,以实现实时在线。

在接入网层面,3GPP定义的QCI可以再接入网层面实现参数的具体配置,物联网用户可通过接入网适配实现信道资源的共享,故应用LTE技术的物联网服务具有非常强的配置灵活度,其可通过无线网络协议达到资源的更优占用。在资源配置方面,LTE技术同样应用OFDM技术进行资源共享,应用层二调度器进行资源动态调度。按照协议标准,只要信令资源不被释放,物联网终端可维持长久在线状态。

需要说明的是,3GPP各版本协议中对诸如视频、语音等多种业务形态均有严格的定义,但是对物联网的业务形态还未进行标准定义。在长期研究的LTE技术中,若需要支持物联网服务则需要针对物联网业务形态中的数据特点和通信特点进行形态适配。

综上所述,LTE技术可以为物联网提供很好的通信支持,也能够很好的满足其发展需求,但是当前时期,应用LTE系统发展物联网服务还需要将LTE系统中的数据业务按照物联网的数据模型进行标准制定和优化才能够保证物联网业务的顺利开展和稳定运行,尤其是物联网业务形态中的小包、高频次、常在线特性需要得到QCI的支持。

 

总结

虽然基于LTE技术的物联网技术研究仍然处于初级阶段,但是随着信息技术的发展,物联网技术必然会得到广泛的应用,其通信技术瓶颈也会随着LTE技术的成熟而得到突破,发展LTE技术、物联网技术,同时融入大数据和云计算等技术,必然会促进经济和社会的飞速发展。

 

参考文献

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[2] 李昊,胡兴.LTE无线通信技术与物联网技术的结合与发展[J].邮电设计技术,2012(1)

[3] 韩滢,程刚,裴斐.LTE与物联网的融合现状和发展研究[J].移动通信,2012,36(19)

[4] 杜少凤,韩玉楠,王亚峰,杨大成.物联网体系结构及LTE-A在物联网中系统架构的探讨分析[J].现代电信科技,2010(8)