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基于LTE系统的物联网架构的研究与设计

作者:宁祥峰,张春业,万伟,李仁波,李婧卿 来源:RFID世界网 2011-11-24 11:11:56

摘要:本文首先简单地介绍了物联网和长期演进系统,分析了两种技术融合的可能性和必要性,然后提出了一种LTE技术与物联网技术相互融合的一种架构,最后研究了基于新架构的物联网在供应链中的应用。

关键词:LTE[1篇]  物联网[306篇]  RFID[1162篇]  准4G[0篇]  

  物联网相关技术在当前的移动通信中已经有所应用。移动通信技术的发展直接结果是一个结构更复杂、功能更强大的通信系统的产生,除了传统的人与人的通信,设备与设备的通信(Machine.to.Machine,raM)也将得到迅速发展网中的RFID在其中扮演关键角色,因为RFID所具有的标记、地址号码和传感功能能够解决M2M很多实际问题。虽然设备本身不具有感知功能,但可利用支持RFID技术的智能终端了解设备所处的环境,从而更好地实现对设备的数据读取、状态监控和远程遥控等诸多业务。

  物联网中的UHF频段的RFID技术通过电场来传输能量,抗干扰性较差,有效距离一般小于10 nl,而且读写终端的位置比较固定,这对实现物与物之间无障碍通信是一个很大的限制。现在移动通信网是覆盖面积最广阔的通信网,如果能够实现物联网和移动通信网的融合,那么物与物之间的通信将成为现实。如果给每一个物都贴上一个标签,还有遍布各地的读写器,物与物之间通信的容量非常大,现有的GSM和3G通信技术都不足以提供这么大的通信容量,采用频谱效率非常高的LTE技术是解决这个问题的一个方案。所以可以在读写器上直接集成LTE通信模块,将读写器直接改造成一个智能终端,并且根据需要,这个终端可以完全具有手机的功能,这样每个人的手机都可以成为一个读写器。

  LTE技术可以在20 MI-Iz频谱带宽上提供下行100 Mbps、上行50 Mbps的峰值速率,具有非常高的频谱效率。在组网方面,以LTE为代表的4G能够真正实现无线接入技术(包括局域网、无线局域网、家用局域网和自组织网络等),移动网络和有线宽带技术的融合,这使得LIE系统能够真正提供“无所不在”的服务。

  未来物联网通信主体的数量将是人的数量的百倍以上,目前的IPv4地址濒临耗尽,而IPv6在地址空间上大大增加,可以满足物联网应用对口地址日益增长的需求。IPv4实现的只是人机对话,而IPv6则扩展到任意事物之间的对话,它不仅可以为人类服务,还将服务于众多硬件设备,如家用电器、传感器、远程照相机和汽车等。IPv6为物联网的应用提供了充足的地址资源,而LTE系统又支持IPv6协议,可以允许容纳足够多的终端。

  3.2 采用LTE技术的物联网体系结构

  物联网技术与以LIE为代表的4G移动通信技术的相互融合是未来的发展趋势。本文设计了一种基于LTE技术的物联网体系结构,如图3所示。此体系结构主要包括三个部分:国家传感信息中心、LIE核心传输网和综合接入网。

图3 基于LTE系统的物联网架构

  国家传感信息中心,也叫“感知中国”中心,包括ONS服务器、EPC—IS服务器和内部的中间件。由于标签中只存储了产品的EPC,计算机需要一些将EPC匹配到相应产品信息的方法。ONS服务器就是一个物联网的名称解析服务器,被用来定位物联网对应的EPC—IS服务器。EPC—IS服务器就是一种物联网信息发布服务器,提供了一个模块化、可扩展的数据和服务接口,使得相关数据可以在企业内部和企业之间共享。EPC—IS服务器主要包括客户端模块、数据存储模块和数据查询模块三个部分。内部的中间件负责提供一个服务器与LTE核心网的接口,收集EPC数据,还可以集成防火墙的功能。大型企业也可以建立自己的EPC—IS服务器。

  LTE核心传输网,主要负责数据的可靠传输,和原有的物联网架构中的互联网作用类似,主要包括基站和移动管理实体两部分。移动管理实体中的网关设备适合将多种接人手段整合起来,统一接入到电信网络的关键设备,网关可满足局部区域短距离通信的接入需求,实现与公共网络的连接,同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能,而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。

  综合接入网部分支持不同的终端接入。图3中左下角的LTE收发信机只提供收信息和发信息的功能,应用模式和图
1的物联网EPC系统工作示意图相同。综合接入网可以把无线传感网直接通过具有读写器、中间件功能的智能站接入
LTE系统,此智能站可以收集所辖范围内的标签数据和传感器数据。也可以把读写器、中间件直接集成到LIE手机里,
现在手机已经非常普及,如果手机都具有读写器功能,可以大大增加收集标签的地域范围。还可以通过手机、笔记本电脑等各种终端进行查询和更新EPC-IS服务器产品信息。

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