LTE无线通信技术与物联网技术的结合与应用

吕占杰

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050000）

0 引 言

将长期演进（Long Term Evolution，LTE） 无线通信技术与物联网技术结合在一起，能够有效提升数据传输量与传输速率，在具体行业与领域中能有效提升服务质量。LTE无线通信技术与物联网技术的结合与应用需要注意扩展访问限制、改进限制与接入类别限制，确保二者结合的整体效果满足实际应用需求。

1 LTE无线通信技术与物联网技术概述

1.1 LTE无线通信技术

LTE是3G向4G演变过程中的主流技术，能够替代原有的2G通信技术与3G通信技术。LTE无线通信技术的核心是正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）与多输入多输出（Multi-Input & Multi-Output，MIMO），上行运行速率为50 Mb/s，下行运行速率为100 Mb/s。LTE无线通信网络可以分为两部分，分别是演进的通用路基无线接入网（Evolved-Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN）与分组核心演进（Evolved Pocket Core，EPC）。管理实体、业务网关是EPC的组成部分。LTE无线通信技术主要包括多载波技术、多天线技术、同步技术等，能够满足用户的个性化需求，实现高效应用[1]。

1.2 物联网技术

互联网技术是物联网技术的基础，物品与物品间的有效连接是物联网技术实现的关键，可以利用信息的传输实现定位与监控物品。为了不断满足人们的个性化需求，物联网技术中也出现很多高频率、小规模的特殊业务数据模型。感知层、网络层与应用层共同组成物联网系统，能够在应用中提供智能识别、定位、监控等多种功能。在物联网技术的应用中，应用层能在物联网技术支持下，为行业的智能化、信息化发展提供保障，同时也能实现信息资源的高效开发与利用。网络层是实现物联网应用的基础，可以优化与改进物联网应用特征，形成协同感知网络[2]。感知层则可通过其全面的感知能力，解决功耗等各类问题，同时确保技术应用的标准化与规范化。

2 LTE无线通信技术与物联网技术的结合

接入率与接入的可靠性等是设备运行期间的重点，将LTE无线通信技术与物联网技术结合在一起，就必须确保数据传输的高效性。机器类型通信（Machine Type Communication，MTC）设备在运行期间，当输出数据的发送被允许延长时间后，就要对切入式阵列块（Embedded Array Block，EAB）进行检查。对于一个模块中的EAB方案，在对MTC设备常规接入时，接入等级需划分为0～9级，这样就能实现过载状态。由于突发状况下在系统中接入MTC设备会造成一定影响，因此要及时更新数据信息。所有用户在选择数据信息更新方案时，都要及时告知广播信息将会改变，通知方法为寻呼指示。按照这样的变化，对于规定的接入容量边界，可以对广播信息设备进行修改[3]。

时间竞争的主动机制是改进限制的基础，接收端服务器的消息接收需要基于发送端的设备发送消息实现，消息发送失败时不再发送请求。在信道空闲还没有接入数据消息时，要主动接入请求信息，并将信息发送到发送端设备，这样可以通过网络连接发送端设备。用户在使用智能电网计量系统时，就可以将形成的电能使用报告发送给电站。在月末时，智能电表会主动发送请求，并在网络服务器上主动接入请求。在智能电表发送信息时，如果设备过多，会让信息在传输到基站过程中出现网络过载，这样发送请求接入消息就会中断。当基站在网络容量空闲状态时，基站会向电表发送网络空闲信息。电表数据在没有发送时，需要重新接入请求，从而让电表能与网络重新连接[4]。

对于接入类别限制与扩展访问限制的补充为改进限制，可以限制所有类型的MTC设备，对网络中改进限制过载控制方案有一定效果。与扩展访问限制相比，接入类别限制也有明显优势，就是在接入请求发送过程中不会出现网络多次连接失败的问题，且所需传输数据的设备可在系统中动态选择，这样可以解决资源浪费和设备限制问题[5]。

3 LTE无线通信技术与物联网技术的应用场景

3.1 智慧城市

在智慧城市建设中，LTE无线通信技术与物联网技术发挥着重要作用。在智慧城市建设中，除了智能电网之外，还能在全城范围内建设网络连接，覆盖城市的每一个角落，实现对城市每个角落的监控。在城市地铁、地下隧道等区域，通过LTE无线通信技术与物联网技术的结合能实现对周围各类设施与设备的监控。在智慧城市中所使用的物联网技术有ZigBee、蓝牙等，但由于覆盖的区域较小、传输间距不够长，因此还要结合其他技术。例如，可以使用MIMO技术提高传输效率，让智慧城市在不同场景下都具有较强的通信能力[6]。

3.2 智能电网

物联网技术在智能电网建设中也具有重要作用。在智能电网建设期间，采用简化端口接入方式能实现精细化、智能化管理，提高对覆盖端的管理质量与效率。为了实现远程抄表业务，可以使用智能电表。在网络终端平台汇集全部监测数据，对电力使用流量进行分析期间可以使用集成化信息监控控制系统，调整智能电网结构与用户端的负荷，保证电力系统具有稳定、高效的电能供应水平。目前，物联网技术在智能电网中得到广泛运用，电表远程查抄基本实现，而且还能对设备的运行全过程进行有效监测，确保设备的稳定、安全运行[7]。将LTE技术与物联网技术结合在一起，能提升智能电网的整体运行质量，强化对智能电网的维护，确保供电的安全与可靠。

为了有效掌握设备的物理位置信息，可以通过地理信息系统（Geographic Information System，GIS）实现。在输变电监测系统中融合网络架构、定位装置等，确保信息在传输期间的连续性，保证在传输海量数据信息的前提下，输变电设备依然能对设备信息进行高效、实时监测。设备在运行期间一旦出现故障，可以通过GIS监测系统的应用精准定位，在电子前端显示设备的详细信息，并记录本次的检测与应急全过程。检修维护人员能及时定位故障设备，并结合具体情况进行故障设备的检修，缩短检修时间。

3.3 智能家居

随着人们生活质量的不断提升，智能家居也开始受到人们的重视，并在人们的生活中扮演着重要角色。在智能家居给人们带来极大便利的同时，要求智能家居开发者不断更新技术，满足人们更多的个性化需求。家庭控制网关可起到连接枢纽作用，在Wi-Fi无线网协议下可与多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，IMS）智能终端进行连接，实现数据的高效传递，从而有效控制家居设备。家庭控制网关硬件系统由主控系统模块、Wi-Fi模块、射频（Radio Frequency，RF）模块等组成，不仅能存储大量数据，而且还能对使用的电源、电流等进行调节[8]。安卓系统是IMS智能控制终端的操作系统，通过软件应用可以通过相关操作对家居场景进行控制。智能家居系统如图1所示。

图1 智能家居系统

3.4 智能网联汽车

智能网联汽车并非单个运输个体，是由多个移动终端组成。为了确保驾驶者的安全行驶，保证通信的质量与效率，要求智能网联汽车能强化与道路、行人之间的信息交流。在智能网联汽车中，使用车用无线通信技术（Vehicle to X，V2X）。V2X通信可以对道路异常状态进行预警，让驾驶者能及时了解异常状况，避免发生交通事故。道路异常状态预警如图2所示。

图2 道路异常状态预警

此外，V2X通信也可以应用于道路湿滑预警、道路施工预警、道路标识标牌显示、主动安全控制以及盲区碰撞预警等不同模块中。LTE-V通信系统由用户终端、路侧单元（Road Side Unit，RSU）、基站共同组成，能有效运用于动态信息服务、车辆安全驾驶等方面。

4 结 论

LTE无线通信技术与物联网技术的结合是时代发展的主要趋势，也是提升通信质量与效率的关键所在。目前两者的结合运用主要集中在智慧城市、智能电网、智能家居与智能网联汽车等方面，应用效果良好，能够为人们提供更加高效与便捷的服务。未来随着现代科学技术、网络技术的不断发展与创新，LTE无线通信技术与物联网技术的结合将更加紧密，能够充分满足人们的实际需求，推动行业的可持续发展。