浅谈物联网无线通信技术的应用

浅谈物联网无线通信技术的应用

刘标

  安徽省阜南县 341225198703084954

摘要：随着社会经济的发展，我国的科学技术有了很大进展，物联网通信技术有了很大进展，需要将其与无线通信技术进行有效的结合，才能更好地促进通信网络的顺畅，并在数据传输效率上不断地提升，将其进行有效的结合，对于促进应用价值的提升有着不可或缺的作用。文章正是基于这一背景，从二者结合的基础入手，分析了二者结合需要注意的问题，并提出了具体的应用建议，促进二者结合的成效，打造智能社会的同时促进社会的进步和发展。

关键词：物联网技术；无线通信；技术

1物联网概念

“物联网”概念在1999年美国麻省理工学院首次被提出，随着物联网技术的不断发展，物联网的概念也随之更新，当前主要是指信息和物理设备的融合，把物体和事件通过信息表达，在物与物之间实现信息交互，实现物体的识别、实时定位与管理。从功能的角度分析，物联网是一个具有感知、互联、计算和控制能力的信息系统。从功能角度抽取的物联网体系结构一般包含物联网从感知、传输、处理和执行等部件。

2物联网业务模型分析

物联网是新一代互联网技术，以互联网为核心和基础，延伸扩展到物品与物品之间的信息交换。通过综合采用射频识别（RFID）技术、激光扫描技术、全球定位技术、红外感应技术、云计算技术等，可以实现任何物品与互联网的连接，并按照相关协议标准，实现对事物的识别、定位和智能化管理。物联网的主流数据业务模型主要分为三大层次，即感知层、网络层和应用层。其中，感知层包含数据采集层和传感器网络，应用的数据采集技术包括传感器、RFID、条形码和多媒体技术等，传感器网络的关键技术包括自组织组网技术、中间件技术和协同信息处理技术等。网络层则包括互联网、移动通信网、专用网络、远程控制网络等。应用层可以详细划分为物联网应用层和支撑子层。其中，物联网业务应用具体包括环境检测、工业监控、智能电网、智能家居等。为其提供支撑的应用子层则包括云计算平台、服务支撑平台和信息开发平台等。

3物联网无线通信技术及应用场景

3.1RF433/315M

无线收发模组，采用射频技术，工作在ISM频段（433/315MHz），包含发射器和接收器，频率相对稳定，数据传输速率在1～128kbps之间，一般选用GFSK的调制方式，具有比较强的抗干扰性能。主要应用集中在汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各领域。具体应用项目包括无线抄表系统、无线路灯控制系统、铁路通信、航模无线遥控、无线安防报警、家居电器控制、工业无线数据采集等。

3.2WiFi

WiFi只需要一个无线接入点就能组成无线局域网络，实现简单，成本低廉。WiFi具有速度较快的优点，无需网桥设备可以直接接入互联网，而且支持与手机进行数据通信，但WiFi芯片的封装尺寸偏大，功耗较高，不利于大范围使用。WiFi技术应用已经从家庭的网络设备向传统的医疗保健、库存管理、教育等领域扩展。

3.3蓝牙（Bluetooth）

主要应用频段在2.4~2.485GHz的ISM波段的特高频无线电波（UltraHighFrequency，UHF）频段是基于数据包、依据主从架构的无线通信技术标准，可以实现固定设备、移动设备和局域网之间的短距信息传输。蓝牙可以利用跳频技术将数据分割成数据包，通过不同的蓝牙频道传输数据包。不同频道的频宽为1MHz，蓝牙4.0不同频段间隔为2MHz，可容纳40个频段。蓝牙在近距离无线传输具有很大优势，主要应用于鼠标、键盘、耳机等近距离数据传输的可穿戴设备。

3.4ZigBee

ZigBee具有近距离、低复杂度、自组织（自配置、自修复、自管理）、低功耗、低数据速率的特点，由物理层、媒体访问控制层（MediaAccessControlLayer，MAC）、传输层、网络层、应用层组成。物理层和媒体访问控制层依据IEEE802.15.4标准，主要应用于传感控制应用。ZigBee的蜂窝式的传输模式，具有数据转发功能，主要用于可视距离的传输，适用室外空旷场所。ZigBee3.0技术整合了此前ZigBeePro一些应用场景，包括家庭电器、建筑物自动化、LED照明、医疗看护、零售、智慧能源等方面。

3.5IPv6/6LoWPAN

符合IPv6overIEEE802.15.4标准的低速无线局域网，IEEE802.15.4标准主要用于开发靠电池运行小型低功率廉价传感器设备。该标准使用2.4GHz频段的无线收发设备传送数据，使用的频率与WiFi相同，但发射功率只有WiFi的1%。6LoWPAN通信技术使各种低功率无线设备能够融入IP家庭网络中，并同时可以与WiFi、以太网以及其他类型的设备工作在同一网络中；6LoWPAN技术的低功耗、自组织网络的特点，在物联网感知层、无线传感器网络得到了广泛的应用。

3.6LoRa

LoRa使用线性调频扩频调制技术，既具有低功耗特性，又明显增加通信距离，同时也提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关（Concentrator/Gateway）能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量[4]。LoRa主要使用免费的非授权频段，并且是异步通信协议，具有功耗低、成本低廉的特点。LoRa网络包括终端设备、网关、服务器组成，数据可以进行双向传输，传输距离最远可以达到15~20km。LoRa技术具有得低功耗、大范围覆盖、易于部署的优点，这使其非常适用于功耗低、远距离、大规模等的物联网应用场景，例如智能抄表系统、智慧停车、车辆定位追踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市等领域。

3.7NB-IOT

NB-IoT使用了授权频段，有3种部署方式：独立部署、保护带部署、带内部署。移动网络的信号覆盖范围取决于基站密度和链路预算。NB-IoT具有164dB的链路预算，GPRS的链路预算有144dB（TR45.820），LTE是142.7dB（TR36.888）。与GPRS和LTE相比，NB-IoT链路预算有20dB的提升，开阔环境信号覆盖范围可以增加7倍。20dB相当于信号穿透建筑外壁发生的损失，NB-IoT室内环境的信号覆盖相对要好。一般，NB-IoT的通信距离是15km。NB-IoT技术包含五大主要应用场景，包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、畜牧业。

4物联网技术与LTE无线通信技术的应用

在整个信息技术中，LTE无线通信技术是最为重要的技术之一，在推动信息技术发展中，LTE无线通信技术发挥了十分重要的作用，在物联网技术中，加强LTE无线通信技术的应用，应切实掌握以下几个方面的应用要点：一是单一的物联网中，必须在叠加传感器的基础上才能达到信息传输的目的。而如果加强LTE无线通信技术的应用，就是在应用价格传感器与控制器的基础上，在局域网的辅助下，接入LTE无线通信技术之后，实现LET无线通信，所以接受的数据量能有效地提升。二是在物联网中应用LTE无线通信技术时，由于信息传输的信道较大，所以必须对其合理划分，再借助OFDM技术来生成多个信息传输渠道，不仅能进行高速数据流的传递，而且还能对数据进行转换，并借助层二调度器对无线资源进行控制。三是在信息传输过程中，借助建立的无线承载网络，作为传输信息的媒介，并利用NAS达到信息传输的目的，最终更好地将数据传输给核心网。所以对于接入网而言，在新的接入网络设置过程中，其设置依据是QCI参数，并确保新接入网络科学合理的设置，而LTE用户则能在传输数据时达到资源共享的目的，促进资源利用率的有效提升和优化。

结语

物联网是一个多样化的网络，方案的设计要综合考虑带宽、覆盖范围、网络容量、可靠性、电池寿命、成本、交互频率和扩展性等因素，才能最终形成设计方案。各技术之间并不是完全排斥的，互补共存要远远大于替代，低功耗广域网络和局域网络技术形成的互补共存在物联网中有多种体现方式，包括对原有解决方案的扩展、增加生存周期的能力。当前多种物联网无线通信技术标准都有其各自的应用场景，这也是物联网各种无线通信技术发展的必然过程。

参考文献

[1]陈海明，崔莉，谢开斌.物联网体系结构与实现方法比较研究[J].计算机学报，2013（1）：171.

[2]蒲泓全，贾军营，张小娇，等.ZigBee网络研究综述[J].计算机系统应用，2013（9）：6.