物联网产业化发展思路与泛在无线通信技术研究武剑

武剑

摘要：中国经济产业结构转型的需求和生产国际化的发展，物联网经济对中国经济带来机遇的同时也是挑战。物联网经济发展的前提与基础是社会全面的信息化。当2009年世界发达国家纷纷发展物联网新兴产业战略，以期为在下一轮的国际经济竞争中缩短与发达国家间的距离，中国政府采取同时发展的战略——在继续加快发展传统工业的同时发展物联网新兴战略型产业，加快经济生产方式转变的步伐。基于此，本文主要对物联网产业化发展思路与泛在无线通信技术进行分析探讨。

关键词：物联网产业化；发展思路；泛在无线通信；技术研究

1、前言

物联网产业发展的核心价值是传促使传统产业在这场新兴产业革命的新一轮竞争中占领制高点，抢占先机，掌握主动权，引领世界信息化的发展与建设，全面推动社会的经济振兴和社会进步。

2、泛在无线技术是实现物联网产业化应用的关键

物联网可以理解为是泛在网的应用形式，而不是传统意义上的网络概念。泛在网是在异构网络融合和频谱资源共享基础上实现无所不在的网络覆盖，是一种基于个人和社会的需求。泛在网利用现有的和新的网络技术，实现人与人、人与物、物与物之间无所不在并且按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等综合服务的网络体系。泛在无线技术是泛在网在连接物质世界过程中实现末梢效应和边缘价值的核心技术，也是促进物联网产业化应用的关键。

泛在网通过泛在无线技术完成与物质世界的连接，并且实现环境感知、内容感知以及智慧性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。泛在网具有比物联网更广泛的内涵。

作为泛在无线技术重要组成部分的传感网可以看作是物联网的一种末梢网络和感知延伸网。传感网是多个由传感器、数据处理单元和通信单元组成的节点，通过自组织方式构成范围受限的无线局域网络。传感网为物联网提供事物的连接和信息的感知。

目前，与物联网紧密相关的无线通信技术已渗透到社会各领域，成为很多行业的支撑，并形成新的经济增长点。随着无线通信网络发展所呈现出的高速化、宽带化、异构化、泛在化趋势，由于泛在网络实现的关键就在于泛在无线技术，泛在无线通信成为近年来无线通信领域关注的热点之一。

作为泛在无线通信的一个重要应用，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，从长远来看，物联网的产业化应用有望成为后互联网时代经济增长的引擎。通信网络正在朝着泛在网络发展，而泛在无线接入是泛在网络和物联网的核心和关键技术。泛在网络能够随时随地提供网络服务，泛在网络中用户通过智能终端可以从网络上获得除传统的话音、短信、视频业务外的各种各样的服务。泛在网络是一个无处不在的网络，人们可以在任意时间任意地点接入网络。泛在网络帮助人类实现在任何时间、任何地点，任何人、任何物都能顺畅地通信。通信对象可以是机器对机器、机器对人、人对机器和人对人。

3、泛在无线通信技术研究进展

在物联网产业发展的过程中，关于泛在无线通信技术的研究进展已经在业界引起了广泛的关注，所涉及的关键无线技术主要包括：末梢感知层的关键技术、网络融合层的关键技术、无线资源管理的关键技术以及对数据进行综合处理的信息处理等关键技术。

3.1末梢感知层

末梢感知层的关键技术主要涉及数据的感知、采集和传输技术，其中无线技术主要集中在数据传输部分。物联网的末梢网络主要是以无线传感器为代表的大规模自组织网络结构。传感器网络内部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器对不同的环境和信息进行感知并捕获数据。传感器按一定周期采集不同类型的数据，所采集的信息内容和信息格式也不同。数据采集需要采用短距离低功率的无线通信技术，之后要将数据传输到控制中心或者处理平台，经过处理后，由应用平台控制实现不同的系统应用。因为本文主要探讨物联网与无线技术，因此，以下着重说明短距离无线通信技术和无线传感器网络。

3.1.1短距离无线通信技术

鉴于物联网的无线连通方式有部署灵活、移动性、渗透性强等特点，近年来，世界众多站在技术前沿的国家和企业在制订标准、研究新技术和应用解决方案方面纷纷予以关注，以期掌握市场主动。国家近期也通过一系列措施支持和鼓励中短距离无线通信、与无线传感技术相关技术的研发和产业化。

短距离无线通信尤其适合物联网的感知延伸层的组网和应用，尤其以无线个域网（WPAN）为主的无线通信网络为主要内容。目前，主流的微功率短距离的无线通信技术如WLAN、UWB、RFID[6]、Bluetooth、Zigbee、60GHz毫米波的WPAN等，其中大部分技术的工作频率都集中在了2.3～2.4GHz频段上。2.4GHz频段无线系统主要有Bluetooth、Wi-Fi、WirelessUSB、Zigbee以及无绳电话和微波炉等系统与设备。如此密集的系统分布，必然造成该频段的资源紧缺，频谱日益拥挤，电磁兼容问题日益凸现。

3.1.2无线传感器网络

无线传感器网络将以其网络规模大、自组织性强、网络拓扑动态变化强、以数据为中心等优势成为物联网不可或缺的主要部分。ITU架构中泛在传感器网络、基础骨干网络和泛在传感器接入网络是物联网网络架构中可能采用无线传输技术的部分，也是物联网频谱需求的主要来源。传感器网络基础骨干网络以传统的公共移动通信网络和数字集群网络为代表，泛在传感器接入网络则以短距离无线传输技术为代表。物联网在各个行业（如智能家居、智能安全、动物溯源、智能医院、智能交通、智能物流等）领域应用中，末端设备和设施，包括具备“内在智能”的（如传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等）和“外在使能”的（如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆甚至“智能尘埃”等）物理界实体，都需要通过各种传感器设备、无线、有线的通信网络实现互联互通，以实现其“智能化物件或动物”的特质，这其中无线传感器网络的应用需求最为强烈。

3.2无线频谱资源应用与管理策略

我们对物联网应用过程中对无线资源特别是无线频谱资源的需求做了分析。在末梢网络中，以无线传感器网络的频谱需求为例，无线传感器网络所能提供的无线通信带宽是十分有限的，特别是在2.4GHz的通信频段上，聚集了蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等无线网络，使得该频段的信道变得十分拥挤。从全局的观点考虑，根据ITU-RM.2078等国际报告[14]，4G还需要352～1152MHz的频率，这些频谱都是按照4G的用户流量模型为人与人的通信而设计的，并不包括物联网的频谱需求，因此解决物联网的频谱需求的难度远远大于4G。

无线频谱资源紧张可能成为物联网应用的“瓶颈”问题。同时，我们发现，可以通过有效的资源管理机制实现频谱的合理和高效再利用，从而解决频谱资源紧张问题，使资源的供需达到平衡。

3.3异构网络融合与协同技术网络的异构性主要体现在以下几个方面：

不同的无线频段特性导致的频谱资源使用的异构性。

不同的组网接入技术所使用的空中接口设计及相关协议在实现方式上的差异性和不可兼容性。

业务的多样化。

终端的多样化。

不同运营商针对异构网络所实施的相应的运营管理策略不同。以上几个方面交叉联系，相互影响构成了无线网络的异构性。这种异构性对网络的稳定性、可靠性和高效性带来了挑战，同时给移动性管理、联合无线资源管理、服务质量保证等带来了很大的问题。

网络融合的主要策略可以理解为各种异构网络之间，在基础性网络构建的公共通信平台之上，实现共性的融合与个性的协同。不同通信网络的融合是为了更好地服务于异构通信网络的协同。协同技术是实现多网互通及无线服务的泛在化、高速化和便捷化的必然选择，也是未来的物联网频谱资源共享亟待解决的问题。

4、结语

对于物联网时代的新兴产业和经济发展，必须要有政府的政策支持，必须要有专门人员和专门机构来研究和协调，这样物联网才能真正带动新兴经济的发展而大有作为。

参考文献：

[1]尹立莉，胡伟成.发展物联网产业问题浅析[J].经济研究导刊，2010（08）

[2]马平川，杨多贵.物联网引发信息产业新浪潮[J].科技促进发展，2010（07）