引言

　　3GPP長期演迸項目是近年來3GPP啟動的最大的新技研發項目，這種以OFDM／FDMA為核心的技術可以被看做 “準4G”技術，是三種主流3G標準的主要演進方向。傳統移動通信網絡主要是解決人與人的互聯，而物聯網(Intemet of Things，IOT)解決的是物與物的互聯。當有更多的關鍵性基礎設施掛到互聯網上時。互聯網將成為一個設備網絡而不再只是一個計算機網絡。從“智慧地球”的理念到“感知中國”的提出，隨著全球一體化、工業自動化和信息化的不斷深入，物聯網時代悄然來臨。

　　由于通信網絡在物聯網架構中的缺位，使得早期的物聯網應用往往在部署范圍、應用領域等諸多方面有所局限，終端之間以及終端與后臺軟件之間都難以開展協同。隨著物聯網發展，建立端到端的全局物聯網絡將成為必須，通信網絡將成為物聯網的基礎承載網絡，移動通信終端也可實現與物聯網終端的融合，從而為電信業務的發展帶來新的機遇。本文首先簡單地介紹了物聯網和長期演進(Long Term Evolution，LTE)系統，分析了兩種技術融合的可能性和必要性，然后提出了一種LTE技術與物聯網技術相互融合的一種架構，最后研究了基于新架構的物聯網在供應鏈中的應用。

　　1　物聯網

　　1．1　物聯網概念

　　物聯網是指通過射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光
掃描儀等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。其實質就是利用RFID技術，通過計算機互聯網以實現全球物品的自動識別，達到信息的互聯和實時共享。

　　物聯網是利用無所不在的網絡技術(有線的、無線的)建立起來的，其中非常重要的技術是RFID電子標簽技術。它
是以簡單RFID系統為基礎，結合已有的網絡技術、數據庫技術、中間件技術等，構筑的一個由大量聯網閱讀器和無數移動標簽組成的，比Intemet更為龐大的網絡。物聯網成為RFID技術發展的趨勢。在這個網絡中，系統可以自動地、實時地對物體進行識別、定位、追蹤、監控并觸發相應事件。

　　1．2　物聯網基本原理

　　基于電子產品代碼(Electric Product Code，EPC)的物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用全球統一的物品編碼技術、射頻識別技術、無線數據通信技術等，實現全球范圍內的單件產品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應鏈管理水平，降低物流成本，被譽為具有革命性意義的新技術，引起了世界各國企業的廣泛關注。EPC系統的構成如表1所示。

表1 　EPC系統構成

　　在圖1中所示的物聯網中，產品在生產完成時，貼上存儲有EPC碼的電子標簽，此后在產品的整個生命周期，該EPC成為產品的唯一標識，以此EPC編碼為索引能實時地在物聯網上查詢和更新產品的相關信息，也能以它為線索，在供應鏈各個流通環節對產品進行定位追蹤。

圖1 　EPC系統工作示意圖

　　在運輸、銷售、使用、回收等任何環節，當某個讀寫器在其讀取范圍內監測到標簽的存在，就會將標簽所含EPC數據傳往與其相連的中間件，中間件以該EPC數據為鍵值，在ONS服務器獲取包含該產品信息的EPC信息服務器的網絡地址，然后中間件根據該地址查詢EPC信息服務器，獲得產品的特定信息，進行必要的處理后，把信息傳送到后端企業應用程序做更深層次的計算處理。

　　1．3　物聯網作用和用途

　　物聯網用途非常廣泛，遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、老人護理、個人健康等多個領域。物聯網把新一代信息技術充分運用在各行各業中，將通過感應器獲得的信息實時地與現有的互聯網和通信網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。在這個整合的網絡當中，存在能力超級強大的中心計算機或者數量眾多的云計算機群，能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制，在此基礎上，管理人員可以用更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。

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　　1．4　物聯網應用中存在問題

　　1)成本。物聯網要求所有的物品都貼上標簽，標簽價格對于汽車、手機等商品可能不值得一提，但是如果在牙膏、香皂等低價商品上都貼上標簽，會大幅度增加這些低價商品的成本。

　　2)安全性。現在的互聯網上存在大量的病毒，可想而知在市場價值更大的物聯網上，為了牟取利益而從事物聯網病毒的人將會更多。鑒于物聯網在生產生活中的重要作用，如果哪天物聯網招到病毒攻擊而癱瘓，也許會出現工廠停工，社會秩序混亂等嚴重后果。

　　3)隱私性。隱私問題主要有兩個方面，首先是標簽信息泄露問題，其次是通過標簽的唯一標識符進行惡意追蹤問題。當在你的身份證或手機卡上打上你的一切信息，在全世界任何一個讀卡器上都能隨便讀取你的信息，在這個注重隱私權的現代社會相信大多數人都接受不了。

　　2 　LTE系統

　　2．1 　LTE技術簡介

　　LTE能夠支持1．25 MHz、2．5 Mm、5 Mm、10 MHz、15 MHz和20 MHz等多種系統帶寬，在系統部署上具有很強的靈活性。LTE增強了3G的空中接入技術，信號的覆蓋范圍大幅延伸。在20 MHz的帶寬下，能達到下行100 Mbps、上行50 Mbps的峰值速率，數據速率非常高。LTE能在350 km／h的高速移動的情況下達到良好的接收效果，移動速度高。

　　2009年10月14日至21日，國際電信聯盟在德國德累斯頓舉行ITU—R WPSD工作組第6次會議，確定LTE．Advanced和802．16m為4G國際標準候選技術。LTE．Advanced得到國際主要通信運營企業和制造企業的廣泛支持。運營商對于LTE的青睞，無疑指明了LTE發展的美好前景。

　　2．2　LTE關鍵技術

　　1)正交頻分復用技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)。OFDM是一種元線環境下的高速傳輸技術。無線信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，而該技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。OFDM與一般的頻分復用的主要差別在于：它的不同載波的頻譜可以相互交疊，因此可以得到最佳的頻譜利用率。

　　2)多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple—Output，MIMO)。MIMO多天線技術作為提高系統傳輸率的主要手段，也受到了廣泛關注。MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線和多通道。若各發射接收天線間的通道響應獨立，則多人多出系統可以創造多個并行空間信道。通過這些并行空問信道獨立地傳輸信息，數據速率必然可以提高。MIMO將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，從而實現高的通信容量和頻譜利用率。

　　2．3　 LTE系統架構

　　從整體上說，與3GPP已有系統類似，LTE系統架構仍然分為兩部分，如圖2所示，包括演進后的核心網EPC(Evolved Packet Core network)和演進后的接入網E—UTRAN。

　　LTE接入網僅由演進后的節點B(evolved Node B，eNB)組成，提供到UE的E-UTRA控制面與用戶面的協議終止點。eNB之間通過X2接口進行連接，并且在需要通信的兩個不同eNB之間總是存在碰接口，如為了支持LTE—ACTIVE狀態下不同eNB之間的切換，源eNB與目標eNB之間會存在X2接口。LTE接入網與核心網之間通過sl接口進行連接，S1接口支持多對多連接方式。

　　與3G系統的網絡架構相比，接入網僅包括eNB一種邏輯節點，網絡架構中節點數量減少，網絡架構更加趨于扁平
化。這種扁平化的網絡架構帶來的好處是降低了呼叫建立時延以及用戶數據的傳輸時延，并且由于減少了邏輯節點，也會降低運營商的運營成本。

圖2　 LTE系統架構

　　3　基于LTE的物聯網架構設計

　　3．1 　物聯網技術與L'rE技術的結合

　　物聯網的終端都需要以某種方式連接起來，發送或者接收數據(這些數據種類也是多種多樣的，如聲音、視頻、普通信息數據等)，考慮到方便性(需要數據線連接)、信息基礎設施的可用性(不是所有地方都有方便的固定接入能力)以及一些應用場景本身需要隨時監控的目標就是在活動狀態下，因此具有覆蓋廣、建設成本低、部署方便、具備移動性的移動通信網絡將是物聯網最主要的接人手段。

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　　物聯網相關技術在當前的移動通信中已經有所應用。移動通信技術的發展直接結果是一個結構更復雜、功能更強大的通信系統的產生，除了傳統的人與人的通信，設備與設備的通信(Machine．to．Machine，raM)也將得到迅速發展網中的RFID在其中扮演關鍵角色，因為RFID所具有的標記、地址號碼和傳感功能能夠解決M2M很多實際問題。雖然設備本身不具有感知功能，但可利用支持RFID技術的智能終端了解設備所處的環境，從而更好地實現對設備的數據讀取、狀態監控和遠程遙控等諸多業務。

　　物聯網中的UHF頻段的RFID技術通過電場來傳輸能量，抗干擾性較差，有效距離一般小于10 nl，而且讀寫終端的位置比較固定，這對實現物與物之間無障礙通信是一個很大的限制。現在移動通信網是覆蓋面積最廣闊的通信網，如果能夠實現物聯網和移動通信網的融合，那么物與物之間的通信將成為現實。如果給每一個物都貼上一個標簽，還有遍布各地的讀寫器，物與物之間通信的容量非常大，現有的GSM和3G通信技術都不足以提供這么大的通信容量，采用頻譜效率非常高的LTE技術是解決這個問題的一個方案。所以可以在讀寫器上直接集成LTE通信模塊，將讀寫器直接改造成一個智能終端，并且根據需要，這個終端可以完全具有手機的功能，這樣每個人的手機都可以成為一個讀寫器。

　　LTE技術可以在20 MI-Iz頻譜帶寬上提供下行100 Mbps、上行50 Mbps的峰值速率，具有非常高的頻譜效率。在組網方面，以LTE為代表的4G能夠真正實現無線接入技術(包括局域網、無線局域網、家用局域網和自組織網絡等)，移動網絡和有線寬帶技術的融合，這使得LIE系統能夠真正提供“無所不在”的服務。

　　未來物聯網通信主體的數量將是人的數量的百倍以上，目前的IPv4地址瀕臨耗盡，而IPv6在地址空間上大大增加，可以滿足物聯網應用對口地址日益增長的需求。IPv4實現的只是人機對話，而IPv6則擴展到任意事物之間的對話，它不僅可以為人類服務，還將服務于眾多硬件設備，如家用電器、傳感器、遠程照相機和汽車等。IPv6為物聯網的應用提供了充足的地址資源，而LTE系統又支持IPv6協議，可以允許容納足夠多的終端。

　　3．2　采用LTE技術的物聯網體系結構

　　物聯網技術與以LIE為代表的4G移動通信技術的相互融合是未來的發展趨勢。本文設計了一種基于LTE技術的物聯網體系結構，如圖3所示。此體系結構主要包括三個部分：國家傳感信息中心、LIE核心傳輸網和綜合接入網。

圖3　基于LTE系統的物聯網架構

　　國家傳感信息中心，也叫“感知中國”中心，包括ONS服務器、EPC—IS服務器和內部的中間件。由于標簽中只存儲了產品的EPC，計算機需要一些將EPC匹配到相應產品信息的方法。ONS服務器就是一個物聯網的名稱解析服務器，被用來定位物聯網對應的EPC—IS服務器。EPC—IS服務器就是一種物聯網信息發布服務器，提供了一個模塊化、可擴展的數據和服務接口，使得相關數據可以在企業內部和企業之間共享。EPC—IS服務器主要包括客戶端模塊、數據存儲模塊和數據查詢模塊三個部分。內部的中間件負責提供一個服務器與LTE核心網的接口，收集EPC數據，還可以集成防火墻的功能。大型企業也可以建立自己的EPC—IS服務器。

　　LTE核心傳輸網，主要負責數據的可靠傳輸，和原有的物聯網架構中的互聯網作用類似，主要包括基站和移動管理實體兩部分。移動管理實體中的網關設備適合將多種接人手段整合起來，統一接入到電信網絡的關鍵設備，網關可滿足局部區域短距離通信的接入需求，實現與公共網絡的連接，同時完成轉發、控制、信令交換和編解碼等功能，而終端管理、安全認證等功能保證了物聯網業務的質量和安全。

　　綜合接入網部分支持不同的終端接入。圖3中左下角的LTE收發信機只提供收信息和發信息的功能，應用模式和圖
1的物聯網EPC系統工作示意圖相同。綜合接入網可以把無線傳感網直接通過具有讀寫器、中間件功能的智能站接入
LTE系統，此智能站可以收集所轄范圍內的標簽數據和傳感器數據。也可以把讀寫器、中間件直接集成到LIE手機里，
現在手機已經非常普及，如果手機都具有讀寫器功能，可以大大增加收集標簽的地域范圍。還可以通過手機、筆記本電腦等各種終端進行查詢和更新EPC-IS服務器產品信息。

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　　3．3　物聯網結合LTE系統的問題

　　現在國內3G正式商用也沒多長時間，LTE的標準化工作才基本完成。2009年底，由華為提供端到端解決方案的全球首個LTE商用網絡在挪威奧斯陸正式運營。雖然現在已經開通了實驗網，LTE進入網絡部署階段，但是由于采用了全新的技術和架構，技術還不算成熟，更不要說集成了讀寫器模塊的LTE智能手機了。

　　物聯網系統已經在零售業和物流業、交通領域制造業、安全領域和軍事領域等得到部分應用，但進一步的拓展應用仍存在著標準和頻率問題、標簽和硬件的經濟性、隱私問題，以及供應鏈成員問的信息共享問題等障礙。

　　雖然LTE技術和物聯網技術現在還都不成熟，還存在各種各樣的問題，但是兩項技術的大規模融合應用只是時間的問題，兩項技術的融合是未來的發展趨勢。

　　4　結語

　　盡管目前的物聯網和LTE系統尚處于初級階段，在成本、標準和規模化方面還有待完善。LTE可以成為物聯網背
后的有力推手，更高速的網絡帶寬使得所有局部細小的傳感網絡能夠有機聯系在一起，其傳輸的數據有文本、語音及視頻等多種形式的選擇，LTE網絡的建成讓互聯網從技術角度不再受限，可以根據各行業間的不同要求孵化出適合的行業終端和應用。移動通信網與物聯網的結合，將極大地延伸傳統通信業的領域，使人與人的通信延伸到物與物的通信、人與物的通信。

　　特別是隨著RFID等識別技術、傳感技術和短距離無線技術的發展和普及，配備無線通信功能的傳感器和控制芯片，將附著在物體、動物和植物之上。人們可以在任意時間、任意地點，使用任意工具，與任何客戶端(包括人、手機、電腦、電視、冰箱、電子音響及任何設備或物品)實現無線連接并交換信息，人類將邁進一個人與物、物與物相互連接的無處不在的物聯網世界。

　　本文提出了一種LTE技術與物聯網技術的融合架構，研究了基于新架構的物聯網在供應鏈中的應用。物聯網技術還可以和無線局域網(Wireless Local Area Network。WLAN)、超寬帶(Ultra—WideBand，UWB)、WiMAX、Bluetooth和Zigbee等技術融合，以支持不同的應用需求。LTE與物聯網的結合，將全面加速手機支付、物流監控、交通管理、物業管理、工業控制等行業應用的發展步伐，成為移動通信行業應用的重要切入點。