通信工程技术在物联网领域的应用分析

韩建友

（浪潮通信信息系统有限公司，山东 济南 250101）

0 引言

物联网发展背景下，通信工程技术的应用不仅实现了万物互联和信息远程输送，而且实现了对实物的远程监控及定位管理，在给人们工作和生活提供便利、促进社会经济发展的同时，也倒逼通信工程技术不断创新，加快了物联网智能化发展进程。近年来，我国物联网发展呈现出迅猛的发展态势，但距离真正意义上的大范围普遍应用还有很大距离。究其原因，主要是对物联网信息管理和通信工程技术应用缺乏相应的法律法规和标准，一定程度上限制了通信工程技术在物联网领域的应用效果。要想实现通信工程技术与物联网有效融合，凸显通信工程技术在物联网领域的应用价值，必须深入研究、开发通信工程技术，建立健全相应的法律法规和标准，这也是促进物联网发展和扩大应用范围的前提和基础。

1 通信工程技术和物联网概述

1.1 通信工程技术的内涵

通信工程是电子信息工程的重要分支。通信工程技术着重研究通信信息传输以及信息信号处理。在通信工程技术中，移动通信技术的应用最为广泛。移动通信技术的发展大致分为5 个阶段，即1G、2G、3G、4G 和5G。美国是率先使用通信工程技术的国家，建立了以模拟调制技术和FDMA 为代表的第一代通信工程技术，开启了1G 时代。一些欧洲国家自主研发出由TDMA 发展而来的GSM技术和复用形式的CDMA 技术，完成了由模拟调制技术向数字传输技术的转变，形成了移动电话网络，开启了2G 时代。虽然通信网络规模上已经超过美国，但仍未从根本上摆脱美国的通信工程技术制约。2G 向3G 过渡期间，出现了2.5G，采用了一种基于GSM 技术的GPRS 过渡技术。3G 时代以CDMA 技术为核心，包括CDMA2000、WCDMA及TD-SCDMA 等3 个标准。4G 时代以TLE 技术为核心，包括TD-TLE 和FDD-LTE 等2 个标准，传输速率显著提高，上行速率和下行速率分别达到20 Mb·s-1和100 Mb·s-1[1]。进入5G 时代，其超高网速、超低时延、超广连接、超低能耗的应用优势更加明显，实现了真正意义上的万物互联。5G 通信技术典型的应用场景主要包括移动宽带、超高可靠与超低时延通信以及海量机器类通信等。其中，移动宽带不仅保证用户正常通信与交流，而且满足了移动网络的主体需求，提高人与人之间通信的体验感，应用范围最广泛。在对通信的可靠性和时延要求较高的领域如无人驾驶和自动化设备运行等方面，主要采用超高可靠与超低时延通信技术。在大规模物联网上，5G 典型的应用场景——海量物联网通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）能够支持物联网及垂直行业应用，如智慧城市、智能家居、环境监测及虚拟现实等方面。

我国通信行业的发展起步相对较晚，在借鉴欧美发达国家通信工程技术的基础上，直接开启了2G时代，并建设形成全球排名第二的通信网络。从3G时代开始，我国进入自主技术标准研发阶段，如4G标准TD-TLE 技术的广泛应用以及华为公司的5G 通信工程技术商用模式，在标准制定和基站建设等方面都取得了长足的发展和进步，成为全球通信工程技术发展的领航者，也预示着5G 时代已全面来临。

1.2 物联网的内涵

物联网有狭义和广义之分。狭义物联网是指对互联网的延伸和扩展，以计算机技术和互联网技术为基础，通过有线或无线的方式将物品与互联网互连互通，即物与物相连，并借助射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、激光扫描器、红外感应器以及全球定位系统等信息传感设备，按照预先约定好的传输协议进行信息交换和处理，从而实现对物品自动识别、定位、跟踪、监控及管理，属于一种智能化互联网络。广义物联网是指信息空间与物理空间的相互融合，事物以网络化、数字化形式呈现，在物与物、人与物、人与现实环境之间实现互连互通，即物与物相连、人与物相连、人与现实环境相连。信息主要借助无线网络传输和智能化处理，形成真实事物与虚拟网络信息实时交互和共享。各种信息互融后呈现出一种新的服务模式，服务可及用户终端的任何物品或个人，属于智能化网络综合应用的最高目标[2]。

物联网具有以下基本特征：

（1）感知全面，通过应用射频识别、传感器等技术，实现外部巨大承载信息的全面感知和识别；

（2）可靠传递，通过应用网络组织技术、信息传输技术及信息交换技术等，实现远程感知信息的可靠、安全传递，保密性较好；

（3）智能化处理，通过应用模糊识别技术、云计算技术等，对信息数据进行分析及处理，不仅操作便捷，能够实现人与人之间的交流沟通，而且能实现人与物或物与物之间的信息传递，以对实物进行智能化控制和管理[3]。

按照功能进行划分，物联网的体系架构可以分为感知层、网络层及应用层。其中，感知层主要利用信息感知技术采集相关信息数据，常见的硬件设施包括传感网络、摄像头等；网络层对感知层和应用层起到连接作用，主要利用云计算平台进行信息数据存储、分析及挖掘，常见的应用方式包括移动通信网和无线通信网等；应用层主要是把用户的信息需求与物联网的相关技术相结合，为用户提供优质的信息服务[4]，监控方面如环境监测、物流监控等，查询方面如智能检索等，控制方面如智能电网、智能交通等，扫描方面如ETC 收费、手机钱包等。物联网的体系架构如图1 所示。

图1 物联网体系架构图

2 通信工程技术在物联网中的具体应用

2.1 移动通信应用

2.1.1 传输网络

在物联网建设过程中，传输网络建设与应用是基础。由于物联网承载的信息量巨大，为了保证信息传输的安全性、便捷性及高效性，必须加强传输网络建设，尤其需要加强通信工程5G 网络建设，应用5G 技术的优势来进行各种任务处理，以弥补4G技术在信息传输过程中的不足。5G 技术能够做到信息传输覆盖每一个角落，在满足物联网大规模信息传递现实需求的同时，实现对物联网运行控制和监管[5]。完善传输网络建设，即建设一个功能强大的传输网络，以充分体现通信工程技术的应用价值，这就对广大技术人员的专业能力和职业素质提出了更高的要求。作为物联网企业，不仅要加大通信工程技术相关人才的引进力度，还需要加强在职技术人员专业知识和职业技能培训，打造老中青相结合的人才队伍，为传输网络建设和应用提供人才保障。

2.1.2 通信管理平台

通信管理平台是对通信信息进行管理的平台，能够确保通信系统安全、稳定、高效运行，从而提高通信系统的运行速率和质量。一方面，通信管理平台通过对通信设备性能自动检测和系统运行状态自动评估[6]，可以为设备维护提供科学依据，确保系统设备高效运行；另一方面，通信管理平台能够对物联网涉及的通信工程技术进行有效监管，倒逼技术人员不断优化和创新通信工程技术，保证系统安全运行，不断强化物联网运行效果。例如商家使用的移动支付业务，通信管理平台利用先进的通信工程技术，可以实现对物联网移动通信信息的全面监管，确保支付信息安全传输；又如车联网中的智能出行，通信管理平台利用通信工程技术将汽车系统与交管部门网络系统相连，就可以详细掌握每一辆汽车的行动轨迹，同时还可以对汽车的行驶方向给予指引，为用户提供最佳的行驶路线。

2.1.3 移动终端

移动终端是指接收物联网信息资源的移动终端设备，也是物联网建设的关键设备。用户可以利用移动终端设备获取自己需要的物联网信息。将通信工程技术应用于移动终端设备，用户可以及时了解信息资讯变化，在信息节点变化的情况下实时监测目标信息发展动态[7]。现如今，科技发展日新月异，人们必须紧跟时代发展步伐，及时更新自身的知识结构和技术技能，以此更好地适应社会发展。在新知识和新技术、技能学习过程中，首要需要有合适的学习途径，移动终端设备中通信工程技术的应用，为用户获取新知识和新技术技能提供了便捷的学习途径，用户可以随时随地享受物联网带来的更好学习体验。

2.2 无线通信和光纤通信应用

无线通信和光纤通信的最大特点是信息传输速度快，借助带宽可以实现信息快速传输。现如今，无线通信和光纤通信已经得到普及，开始走进千家万户。感知层是物联网信息的采集层，在感知层应用无线通信技术和光纤通信技术，都可以利用光纤传感增强信息探测效果。但光的传播速度容易受环境温度影响，导致光的相位、波长发生改变，影响无线通信和光纤通信的传播效果[8]，因此需要对光纤传感进行技术处理，以提高无线通信技术和光纤通信技术在物联网中的应用效果。网络层作为物联网信息传输、存储及分析的过渡层，在网络层应用无线通信技术和光纤通信技术可以提升感知信息的传输效率和质量，从而增强物联网传输信息资源的能力。应用层作为物联网用户指令的执行层，在应用层应用无线通信技术和光纤通信技术，可以对物联网感知信息进行快速处理和有效管理，并将结果反馈给用户，以提升物联网对感知信息的分析、处理、管理能力。

3 通信工程技术与物联网融合发展趋势

在社会发展进程中，物联网和通信工程技术都起到了非常显著的推动作用。将两者有机融合，着力凸显物联网智能化应用优势，不仅是物联网行业自身发展的内在需要，也是经济社会发展对物联网发展提出的新要求。从当前通信工程技术在物联网中实际应用的情况来看，虽然物联网覆盖范围日益广泛，但二者融合的应用范围相对较窄，只局限于个别领域应用，普及之路依然存在一定的困难。究其原因，主要是缺乏统一和科学的物联网信息管理准则和通信工程技术应用标准以及相应的法律法规，市场规范指导作用有限，使得物联网建设过程常常出现端口之间无法兼容的情况，这也是制约通信工程技术与物联网融合发展和物联网普及应用的关键因素。因此，要想加快通信工程技术与物联网融合发展的步伐，形成以互联网信息传输为中心的系统，打破物联网信息传输时空限制，政府主管部门应加快推进物联网信息管理准则和通信工程技术应用标准的统一，制定科学而完善的物联网管理制度，实现物联网建设过程中端口之间相互兼容，从而促进对物联网行业进行规范管理和物联网大范围普及应用。同时，运营商也应加大网络建设资金投入，一方面加大通信工程新技术、新产品研发和应用，不断提升新产品市场吸引力，为物联网信息快速、安全、稳定传输提供技术保障；另一方面，系统铺设移动传输网络，为物联网拓展应用范围提供载体保障，以最大限度发挥物联网的应用价值，提升用户物联网信息应用体验效果。

4 结语

未来是物联网时代已经毋庸置疑。在物联网发展的带动下，社会经济和科技将发生更加深刻的变革。通信工程技术作为物联网建设的关键技术，将通信工程技术与物联网融合是顺应时代发展潮流之举，但要想真正促进物联网的发展和扩大应用范围，必须做到二者深度融合，充分发挥通信工程技术的应用优势，凸显其在物联网中的应用价值，不断强化物联网智能化管理水平。基于此，本文从移动通信应用和无线通信/光纤通信应用两个方面重点探讨了通信工程技术在物联网中的实际应用，以不断完善物联网信息传输方式，为通信工程技术与物联网高效融合提供参考，为社会经济发展提供源源不断的动能，为公众生产生活、工作学习提供更多便利，从而造福整个社会。