發布時間：2023-10-13 09:37:46
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的物聯網通信技術的發展樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
隨著計算機軟件開發技術的不斷進步，開發出功能全面的手機操作系統，手機也愈發的智能化，傳統的僅僅能接入互聯網的移動通信服務已經不能滿足人們的需求了。因而，推出將物聯網技術與移動通信技術相結合的新型服務成為了移動公司科研部門需要去研究的工作。
1 物聯網定義、組成結構及其特點概述
將網絡技術應用于萬物，是對物聯網最直接的表述。物聯網的英文全稱是Internet of Things，是指將無處不在的終端設備和應用設施，例如具有智能化能力的傳感器、移動終端設備、工業工程系統、電子數控系統、家庭數字智能設備等， 與周圍安裝有無線終端接收設備的個人與車輛等等連接，通過各種無線或有線發射接收技術，在長距離或短距離的通訊上，實現不同類型的網絡之間的互聯互通效果。在各種網絡環境下，采用保障終端設備信息安全的機制，為各聯接終端提供安全可控甚至是具有個性化的實時在線監測、定位搜索、報警聯動、調度指揮等管理方式和服務功能，實現網絡技術對“萬物”的“高效便捷、節能環保、安全放心”的“管理、防控、經營”一體化功能。
構成物聯網的框架部分由3部分組成，它們分別是：控制整個物聯網的核心能力，讓物聯網具有感知能力的感知層，感知層反應著物聯網的技術含量，是開發部門追求進步的重要一層；接下來就是以移動通信網絡為根本，技術最為成熟，各方面都是最全面的，只有經過小部分完善的網絡層；最后一層是應用層，面對的是移動終端的用戶，通過物聯網技術將企業的信息展現到終端用戶面前，為終端用戶提供全面高效的服務方案，整個物聯網具有著融合企業信息、提供資源開發利用、保障信息安全的開發能力。物聯網系統主要包括有：支撐服務運營的系統、虛擬空間中的傳感網絡系統、終端業務服務的應用系統、作為連接基礎的無線通信網系統等組成。
過去的互聯網是基于計算機技術而開發出來的信息技術，現今的物聯網技術所取用的核心部分依然是互聯網技術，物聯網技術只是對互聯網所能實現的功能進行擴展和延伸，達到物體與物體的連接。由于物理材料、物理技術的升級，通過光感技術、紅外技術、等等，物聯網技術能快捷的使兩種不同的行業產生聯系，使得像超市、護膚品專賣店等這類實體經營店也能通過網絡技術產進行交流。總的來講結合力物聯網的移動通信有以下幾個方面的特點。
1.1 物聯網技術服務的對象更廣
過去的移動互聯網由于技術條件的限制，服務對象局限于移動終端，沒有將這些對網絡服務需求高的大量的實體類的客戶端納入網絡空間去，服務效應明顯低下了很多，而物聯網技術的引入剛好滿足了這類對網絡應用需求高客戶群體，方便了實體類的客戶端對人們的快捷服務，填補了之前服務所達不到的空缺部分，擴大了通信公司服務的范圍。
1.2 物聯網縮短了服務的反應時間
以往人們需要社會設施服務的時候，需要很長一段時間才能得到。物聯網則徹底縮短了人們申請服務的反應時間，需求人群只要通過物聯網或者使用物聯網上提供此類服務的APP一個簡單的需求信息，能提供該類服務的從業人員在接到需求信息之后就能快速反應，到達需求人群身邊解決所遇到問題或是提供需要的服務，經過物聯網的提速，使得生活變得更簡單方便了。
1.3 物聯網個人信息保護更高
物聯網技術是在互聯網技術的基礎上發展起來的，在保護用戶個人信息發面已經有了經驗，再加上新的加密解密技術，物聯網對用戶信息保護的能力更加提升了一個環節，物聯網保護信息的能力更高。
2 物聯網技術下移動通信技術的應用與發展探究
我國通信行業經過了互聯網時代的升級，有了長足的進步，但物聯網是一種新的技術，未來的上限需要經過不斷的探索才能確定，因而筆者提出以下幾點建議。
2.1 加快物聯網與移動通信技術的結合進程
每一項新技術的出現到為大眾帶來福利都是需要一個時間發展的過程來完成的，物聯網技術作為互聯網技術的擴展，有互聯網技術運作所打下的經驗基礎。因此，物聯網與移動通信技術的結合進程要加快。移動物聯網的發展，為用戶生活創造便利，更為移動通信行業開展出新的業務創造出前提和準備。通信公司要發掘通信領域內的技術優勢，充分運用終端平臺的高度智能特性，開發出便捷服務于廣大群眾同時又支持這類智能平臺的APP軟件，使廣大群眾能充分體驗到物聯網對改變生活、服務生活的優勢。通信公司要注意到的是，公司要通過電話調查、問卷調查，等等方式來獲取廣大用戶對公司所開展的這些服務的感受、看法，了解帶終端使用者對需求，這樣技術開發部門才能開發出符合用戶需要的應用軟件。
2.2 增強網絡監管力度，打擊網絡違法行為
網絡科技的不斷進步，各種各樣的犯罪分子也趁機利用網絡的力量來實施各種違法犯罪行為，各種層出不窮的電信電話詐騙，欺騙老年人，套取老年人的個人信息，給老年人的晚年生活帶來了不快。因而，物聯網技術下的移動通信技術要不斷的提升網絡監管力度，協助警方打擊這些通過網絡來違法犯罪的行為。同時在用戶信息保密上也要加強管理，很多帶有騷擾性質的電話就是因為通信行業對用戶信息的保管不利，被一些黑客盜取了數據庫內客戶的信息資料，不斷的向被盜信息的客戶打騷擾電話，影響日常生活，這都是物聯網管理要注意的地方。
[關鍵詞]車聯網;專用短程通信（DSRC）;LTE-advanced
中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0209-01
0 引言
車聯網作為有一種有巨大發展的新興網絡，是未來智能交通系統的主要載體。車聯網可以全程監控每輛車和每條道路，進而改善交通效率，提高交通安全，提供更加愉悅的乘車體驗。車聯網的實現需要車輛之間頻繁及時可靠的信息交互，因此選定合適的無線通信技術則顯得極為重要。用于支持車輛網通信的無線通信技術可以涵蓋現有的任何無線通信技術，如2G，3G，衛星，紅外，5GHZ微波，移動無線寬帶技術等。
1 車聯網概述
車聯網（Vehicle Ad Hoc Networks，VANET）是移動自組織通信網絡的一種特例，是一種自組織、結構開放的車間通信網絡，主要是由車載單元（On-board units，OBUs）和路邊單元（Roadside units，RSUs）組成。VANET運用車載傳感器和GPS衛星定位系統，通過無線通信技術、信息采集和傳輸技術將車輛工具交通基礎設施、交通管理人員有機結合起來，形成智能化新型移動互聯網絡，從而實現移動通信，信息管理，增值服務的綜合應用，提高道路交通效率與駕駛安全性、舒適性，滿足用戶在車載環境中的服務質量和娛樂需求。
VANET主要的特點是節點移動具有規律性，即車輛沿著既有的道路行駛，運動路徑受到道路分布的限制，有明顯的規律性，可以基于路徑規劃或地圖等信息進行預測;網絡拓撲受限，車輛移動速度快，VANET的拓撲始終處于頻繁的變化中，網絡的連通性也會不斷發生變化，網絡連接難以維持;消息傳播具有方向性，受地理位置的限制，VANET的數據通信往往與地理位置有關，有一定的方向性。
2 車聯網的通信技術
車聯網無線通信技術主要依賴兩種技術：短距離無線通信和遠距離的移動通信。前者主要是RFID和WIFI等短距離通信技術，專門針對車輛運動特性和時延敏感特性制定，在車輛密度適當的環境下可以提供可靠的安全信息傳輸服務，可以通過無線射頻設備感知識別對象目標，并獲取數據。而后者主要是GPRS、3G、LIE、4G等移動通信技術。隨著大數據、云計算、無線通信技術的快速發展，為車聯網絡的具體服務應用提供了堅實的網絡支撐。
3.1專用短程通信（DSRC）
專用短程通信（Dedicated short range communications， DSRC）技術是針對于智能交通系統領域（ITS）中，車輛和道路基礎設施間的信息交換而開發的一種適用于短距離的快速移動的目標識別技術。它可以提供高速的無線通信服務，并且能保持傳輸延時短和系統的可靠性。其在延遲、移動性、通信距離方面有著無可替代的優勢，特別適用于車輛安全應用。目前全球范圍內的大多車路協同項目的研究，均采用DSRC技術建立車輛網絡。
DSRC是基于IEEE制定和完善的WAVE/802.11p協議族。IEEE 802.11p具有易部署、成本低、技術成熟及ad-hoc模式下支持V2V通信的優勢。其定義了汽車與其它實體進行無線通信的物理層與MAC層，在這個標準協議之上是IEEE 1609，其定義了MAC層一直到應用層的通信協議棧。DSRC可以在車輛數量不是很多的情況下，完成交通管理通信服務。然而，該技術在車輛密度比較大的場景中，不能保證安全信息可靠及時的傳輸，有時也會引起廣播風暴、無法保證QoS等問題。此外，由于其有限的覆蓋范圍及缺乏像蜂窩網一樣無處不在的路邊設備，IEEE 802.11p只能提供間歇性和短暫性的V2I鏈接。這便引發了對LTE-advanced作為車聯網無線通信技術的研究。
3.2 LTE-advanced
隨著移動通信應用的不斷發展，人們對網絡容量、帶寬和速率提出了更高要求，為了滿足不斷增長的需求，3GPP提出并制定LTE-advanced標準。LTE-advanced技術采用了載波聚合、上下行多天線增強、多點協作傳輸、中繼等關鍵技術，極大優化了系統容量，提高網絡峰值速率、頻譜效率和傳輸時延等關鍵性能，同時也提高整個網絡的組網效率。這使得LTE-advanced系統成為未來無線通信發展的潮流。
LTE-advanced標準的上、下行峰值速率分別可以達到500Mbps和1Gbps，可以支持大量終端同時接入并提供服務，還可以提供高密度、可管理的通信，支持保障。此外，3GPPLTE/LTE-advanced還引入了一些新的技術特性，包括多媒體廣播多播業務MBMS，機器類通信語言MTC，D2D等，這些都將為實現車聯網通信提供思路和技術手段。MBMS是一個重要特性，是為了實現從數據源向特定范圍內多個用戶同時傳送數據的一種點到多點的業務，可以共享網絡資源，提高資源利用率，實現以較少的資源為大量具有相同需求的用戶同時提供業務;MTC是3GPP中對M2M的別稱，標準規定了一些適用于車聯網通信的特性，如小數據量傳輸，組優化，優先警示等。在一些場景中和車聯網通信具有相似性，如短時間內大量終端同時接入需求，高頻次小數據通信等。在更高的數據信道帶寬之外，針對車聯網通信，移動通信網絡的改進目標主要針對大量終端的接入以及時延敏感的小數據應用所需要的QoS保證需求。MTC中基于組的通信機制可以有效減小eNodeB接入信道的阻塞，并減小信令開銷。這些特征都為移動通信技術支持車聯網通信提供了更可靠的保證。Device-to- Device（D2D）是LTE-advanced網絡中的一種端到端通信技術，是通過重用宏蜂窩用戶資源來實現的。D2D技術支持小區用戶之間直接進行通信，通過重用網絡頻帶資源帶來很多優點，可以增加LTE-advanced的頻譜利用效率，有效改善無線通信系統頻譜資源匱乏的問題，并且可以降低終端發射功率，節能降耗，減小小區負載并保證QoS提供新的服務。在一些場景中和車聯網通信具有相似性。因此，LTE-advanced技術的不斷發展和新特性的不斷引入為移動蜂窩網絡支持車聯網提供了無限可能。
4 結語
IEEE WAVE/802.11p是目前支持車聯網通信的主要通信協議，但在車輛密度較大的場景中，該協議族不能保證安全信息的及時可靠送達。因此，我們探討了新一代移動通信網絡LTE-advanced系統所具有的一系列關鍵技術和新特性，如MTC，MBMS和D2D和技術，這些新技術擁有支持車聯網通信的巨大潛力。
隨著移動互聯網、物聯網技術的快速發展，車聯網產業的不斷壯大，接入網絡的車輛節點和路邊單元節點也越來越多，引入的網絡結構多種多樣，將形成不同網絡結構共存的局面，影響車聯網內各子網絡之間的信息共享和數據互聯，需要車聯網在不同的應用場景下匹配到相應的通信技術，將LTE-advanced技術與DSRC技術結合可以實現車輛識別，車間通信，車路通信，車輛道路信息的傳輸和共享，搭建車聯網數據傳輸的立體化模式，構建一個有效并且智能的交通體系，為用戶提供更好的通信保障。
參考文獻
[1] 王彬，陳力，張欣，等 在LTE-advanced網絡下的Device-to- Device通信[J].現代電信科技，2010
[2] 許.LTE-advanced關鍵技術對車聯網通信的支持與改進[D] 北京郵電大學，2013
[3] 任開明，李紀舟，劉玲艷，宋文穎 車聯網通信技術發展現狀及趨勢研究[J].通信技術 2015（5）
關鍵詞：電力物聯網；泛在電力物聯網；接入網技術；光纖接入網技術
2019年國家電網提出“三型兩網，世界一流”的發展目標，明確指出打造“兩網”的建設目標。其中，兩網不僅包括堅強智能電網，實現各級網絡的協調統一運行，更加重要的是突出了泛在電力物聯網的建設，實現了電力系統萬物互聯，人機交互，具有全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活性的特點[1]。但是在實際應用過程中，泛在電力物聯網的接入網技術還沒有進行基礎確定，對泛在電力物聯網的具體應用產生了一定的影響。因此，加強對泛在電力物聯網的接入網技術的研究具有重要的實際意義。
1泛在電力物聯網概述
泛在電力物聯網是國家電網提出的“三型兩網”建設和運營目標，能夠在一定程度上提升企業的核心競爭實力，促進企業綜合能力的提升，有助于提升企業積極應對來自內外的挑戰。合理應用泛在電力物聯網，可確保電網系統安全運行，并實現精細化管理，提升投資效益，提升電力系統的服務質量，最大程度上體現了電網的獨特優勢。泛在電力物聯網的總體結構不僅涵蓋了感知層、網絡層，而且還包含了平臺層和應用層，四個部分的結構對整體物聯網的架構正常運作起到了舉足輕重的作用。感應層主要是對通信技術標準進行統一，擴展信息接收范圍。對終端數據信息進行采集，實現對終端業務的有效控制，促進配電側以及用電側信息深度覆蓋，有效提升終端智能化和邊緣計算水平[2]。為了進一步拓寬感知層接收信息的范圍，需加大對感知層的終端投入，例如智能電表、智能傳感器等，實現對發、輸、變、配、用等全過程的信息采集。平臺層是實現泛在電力物聯網和兩網融合建設的關鍵環節。在國網云一體化云平臺的基礎上，促進超大規模終端統一物聯管理，建設全業務統一數據中心，提高數據處理效率。在數據中心和物聯管理中心的基礎上，實現存儲和共享數據功能。對海量的電力終端物聯進行管理，實現數據的集中采集和共享，深度挖掘數據潛在價值，為平臺提供數據支撐，促進聯網設備的精細化管理。由此可見，平臺層在整個電力物聯網中發揮著重要關鍵作用，不僅承接了2B以及2C業務，而且可高效處理電力數據，促進整體架構運作效率的提升[3]。為提升電力物聯網數據的安全性，增強網絡擴展，加強對電力無線專網的建設是最為有效的方式。電力無線專網安全性比較高，運行成本低，對于有效解決泛在電力物聯網機入網技術的應用具有重要實際意義。在通信衛星和5G等現代化無線通信技術的基礎上，電力無線專網可高速實時傳輸數據信息，并能夠在傳輸過程中保障數據信息的安全性和可靠性。有效建設網絡層不僅可以增強網絡帶寬，而且在一定程度上可以促進全覆蓋，符合新興業務的發展需求。應用層是建設泛在電力物聯網的主要目標，在平臺層數據信息的基礎上，為電網調度和檢查維修提供依據，提升企業經營管理效率提升，為客戶提供更加優質的電力服務，提高清潔能源的消納能力，確保電網系統運行的安全性和可靠性。在對外業務中，主要是提供智能服務，助推新型業務發展，實現對外業務戰略轉型，建設能源生態體系。
2泛在電力物聯網接入網技術
在泛在電力物聯網的綜合結構中，網絡層在多層骨干網、數據網、傳輸網等方面的建設已經比較全面，實現了信號接收全面覆蓋。但是在應用接入網技術方面還存在一定的問題，嚴重影響了泛在電力物聯網“最后一千米”的接入效率。應用接入網技術的方式主要包括有線接入和無線接入兩種類型。其中有線接入主要包括光纖、電力載波通信技術等。無線接入方式主要包括電力無線專網、移動運營商網絡（5G）、物聯網網絡等。國家電網要結合實際需要，對接入方式進行科學合理的分析，從而選擇最佳的接入方案，有效解決泛在電力物聯網接入問題。下面主要對各種類型的接入技術的特點進行具體分析和研究，以便為國家電網選擇合適的接入網技術提供參考依據。
2.1光纖接入網技術
光纖接入網技術主要由兩種網絡技術構成，即有源光網絡（AON）和無源光網絡（PON）。有源光網絡（AON）主要包括SDH技術、ATM技術和以太網技術。只有無源器件構成的光配線網被稱為無源光網絡[4]。無源光網絡（PON）是FTTX的關鍵技術。無源光網絡技術系統不僅包括光網絡單元和光分配網絡，而且還涵蓋了線路終端。無源光網絡（PON）能夠減少主干光纖資源和網絡層次，在遠距離傳輸時，能夠提升雙向高帶寬能力，包容性較強，能夠適應多種接入任務。此外這種接入技術在運營過程中消耗成本較低，非常適合應用在小面積密集用戶區域。在利用光纖接入技術時，為了提高信息傳輸的速度和效率，適應現代化社會發展對信息的高需求，在加強主干傳輸網絡的同時，注重對用戶接入部分的技術應用。根據光纖到達值的差異性，把光纖寬帶接入分為以下幾種方式：FTB、FTTC、FTTCaB、FTTH，并把他們并稱為FTTx。FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的終端，能全面接入光纖信息。在應用FTTH技術時，要結合光纖的具體寬帶特點和屬性，為用戶提供無限帶寬，最大程度上滿足用戶的個性化需求。實際應用FTTH技術后應用效果良好，并得到了居民用戶、企業用戶等人群的良好評價。制定了統一的技術標準和建設要求，進一步促進了FTTH技術的有效應用。總體而言，光纖接入技術具有實時性、帶寬大、信號傳輸穩定的優勢，但是也必須客觀評價其缺點，例如建設時間長、涉及環節較多、難以協調等。因此，光纖接入技術主要在高速傳輸等業務中進行被使用。
2.2電力無線專網技術
目前電力無線專網技術主要包括LTE230和IoT230兩種技術類型[5]。LTE230和IoT230都使用了無線蜂窩網架構，本文主要從以下幾方面對兩種技術應用進行全面分析比較，以便對其性能和特點進行深度了解，為選擇更加合適的接入網技術提供參考依據：①傳輸速率。LTE230終端速率較高，支持視頻等電力寬帶業務，IoT230主要在窄帶低速電力業務中被應用。②連接數量。在技術理論方面，兩者都可以實現50000的連接量，但是在實際的、應用過程中，LTE230實現了10000以上的終端應用，而IoT230還沒有進行實際的應用連接。③移動性。LTE230在實際的業務應用中支持越區切換，在電力移動業務的傳輸業務方面發揮了重要的積極作用。現階段IoT230只能接入固定終端。④傳輸時延。LTE230和IoT230在傳輸時延上的差距較小，都可以滿足電網傳輸時延要求。⑤覆蓋率。在條件比較差的區域，沒有實現完全覆蓋。⑥成本。在實際應用中兩種技術的成本消耗較為相近。⑦業務支持。LTE230具備寬帶移動功能，并在實際業務中得到廣泛應用，尤其是在分布式能源接入、應急搶修等方面發揮了重要優勢作用。但是目前IoT230這方面的功能還不能實現。
2.3運營商公網
通常情況下運營商公網租用4G或者5G網絡以供使用。運營商公網技術的優勢主要是信號覆蓋范圍較廣，初建階段沒有建設成本，但是長期使用成本較高，安全性較差。
2.4物聯網通信技術
一般情況下，物聯網通信技術主要包括以下兩方面的技術應用：①短距離通信技術主要在信號傳輸距離比較短的情況下被使用，在實際應用過程中廣泛應用的技術有Wi-Fi、Z-wave等技術；②廣域網通信技術也被稱為LPWAN，主要應用在智能抄表中方面。LPWAN包括以下兩種類型：①非授權頻段應用技術，如Lora、Sigfox等技術；②授權頻段廣泛應用的技術是NB技術等。一般情況下，物聯網通信技術應用成本較低，部署環節較為簡便，可以利用多種形式，但是信號傳輸安全性較低。
3結語
綜上所述，在國家電網發展過程中，建設泛在電力物聯網成為重要的發展趨勢。泛在電力物聯網接入網技術主要包括有線接入技術和無線接入技術。對它們的優勢和缺點進行了科學合理地分析和比較，并結合實際情況，選擇最佳的接入方案，促進中國電網系統的穩定運行。
參考文獻：
［1］寧武杰.通信傳輸中的接入網技術研究［J］.中國新通信，2020，22（14）：39.
［2］郝飛.探析電力系統中信息技術與通信技術的融合策略［J］.中國新通信，2020，22（11）：45.
［3］劉啟智.通信傳輸中的接入網技術研究［J］.信息通信，2020（3）：239-240.
［4］歐翔，周康.通信信息工程的傳輸技術與接入網技術探討［J］.通信電源技術，2020，37（2）：252-253.
1物聯網技術與LTE無線通信技術
1.1物聯網技術
物聯網技術指的是新一代信息組成的形式，是物物相連的網絡。對于物聯網技術的含義而言，可從兩個方面展開理解：一方面，物聯網技術可理解為互聯網技術的拓展，其根本上還屬于互聯網范疇。換言之，物聯網是在互聯網基礎上發展、拓展的網絡。另一方面，用戶借助網絡拓展、延伸的任何物品開展通信及信息交換即為物物相息。依托全球定位、激光掃描、紅外感應等技術，實現互聯網與物品相互間的連接，進一步達成信息的傳輸、交換，物聯網是一項集識別、定位、追蹤、監控等功能于一體的新型網絡技術。近年來物聯網實現了不斷發展，并在城市交通、電力、環保等領域得到廣泛推廣。物聯網之所以可實現不斷發展，很大原因在于這一技術有別于傳統信息交流技術，其可實現多種不同領域的信息交流。
1.2LTE無線通信技術
LTE無線通信技術的全稱為LongTermEvolutio，作為一項移動通信技術，其是歷經很長一段時間發展演變而形成的，該項技術涉及一系列先進信息技術，也正是憑借這些信息技術的作用，使得其可通過提升書籍傳輸效率及頻譜效率，進一步極大水平提升系統容量及相對過去更大覆蓋面的通信系統效率。與此同時，LTE無線通信技術還尤為適用于多種頻段、寬帶，所以可實現較為廣泛的應用。另外，LTE無線通信技術可優化網絡架構，簡化系統結構，進而使通信系統可在相對少消耗的情況下完成預期任務，保證工作效率及續航能力。
2物聯網技術與LTE無線通信技術的結合基礎
物聯網涉及的數據業務主要包括有智能家居、智能交通、環境監測與調控等，該部分業務普遍存在影響網絡效率，容易引發信令風暴的不足。傳統的網絡優化及處理手段無法應對龐大的數據負荷，必然會進一步惡化信令風暴問題。而通過引入LTE無線通信技術，則可使上述問題得到很大程度環節。LTE無線通信技術可借助正交頻分復用技術將高速數據流轉化為并行低速子數據流，并將其分配至由信道分成的多個正交子信道上開展傳輸，對無線資源利用層二度調度器開展動態調度，進一步確保物聯網常在線數據業務的有序運行。另外，現階段物聯網所應用的模型存在內存小、頻率高的不足，物聯網技術的應用總是面臨信息利用率不足、網絡資源損耗大等因素的影響，并且，各式各樣異構網絡與不同系統之間數據整合也面臨技術層面的制約，通過引入LTE無線通信技術，可很大程度上改善物聯網技術所面臨的這些不利狀況，并切實實現對數據的高效、合理傳輸處理，與此同時，對于物聯網與LTE無線通信技術的相互結合，不僅僅是可為物聯網技術帶來受益，同時也可有效促進LTE無線通信技術的發展[2]。需要注意的是，在物聯網技術與LTE無線通信技術相結合過程中，應當為它們創造有力的結合基礎，具體而言：首先，保證LTE無線通信技術的穩定性。為了讓物聯網用戶獲取良好的應用體驗，也就是提高物聯網的應用有效性，則要求保證LTE無線通信技術的穩定性。為達成該項要求，一方面要求對所在地天氣環境、特殊環境等可能對LTE無線通信技術帶來干擾的因素開展全面排查，另一方面還要求不斷提升LTE無線通信技術水平，保證LTE無線通信技術的適應性，盡可能降低該項技術對物聯網造成的不利影響。例如，對于物聯網技術在物流供應鏈中的應用而言，包括包裝、銷售、運輸、配送、裝卸等均屬于供應鏈上的重要環節，在實際應用時應當實時掌握各個環節包括物流、資金流、商流等在內的精確信息。其次，保證LTE無線通信技術的有效覆蓋。物聯網終端設備要求切實依據相關規范，以此保證其穩定性、功耗可滿足指標要求，結合現階段市場發展實際情況而言，終端設備不僅包含龐大的基礎數據，還涉及十分廣泛的數據部分，所以要切實保證LTE無線通信技術等的覆蓋范圍，為第一時間掌握現場實時數據，即便是無人區域也應當進行覆蓋。除此之外，為促進物聯網的全面推廣，還需要采用相對簡單、大小適中的設備，LTE無線通信技術也應當便于管理維護。最后，保證可促進社會發展。物聯網技術與LTE無線通信技術的結合應用可很大程度上推動社會的發展，但是如何進一步提升技術結合的影響是需要重點考慮的問題。例如，應當考慮不斷增強物聯網技術與LTE無線通信技術相結合的智能性，以此為社會大眾日常生活帶來便利，使智能覆蓋日常生活的各個方面，并催生出各式各樣的新行業。另外，還應當考慮不斷增強物聯網技術與LTE無線通信技術相結合的安全性，要想讓廣大用戶的消費觀念發生轉變，盡可能為人們日常生活創造便利，這些都必須要建立在物聯網技術與LTE無線通信技術相結合的安全性前提下。
3物聯網技術與LTE無線通信技術結合的實踐應用
3.1在智慧城市建設中的實踐應用
在智慧城市建設中，通過物聯網技術與LTE無線通信技術的相互結合，可建立起整個城區網絡的有效連接，進而對智慧城市開展全面監測、控制。與此同時，依托物聯網技術與LTE無線通信技術的相結合，可實現無線網絡對地下隧道、地鐵等區域的有效覆蓋，進而對構筑物、路燈對各項路面設施開展連接控制，并且還可實現對空氣質量指數、溫濕度、污染指數等各項環節指標開展采集，進一步為推動智慧城市生態文明建設提供有力依據。在傳統通信技術中，物聯網通常借助藍牙、WiFi等技術實現與無線網絡的連接，這存在覆蓋面積、傳輸距離等方面的局限性，難以滿足智慧城市所提出建設于戶外場景的覆蓋要求。通過物聯網技術與LTE無線通信技術的結合應用，將頻發多址用作OFDM/FDMA的空間接口，并引入MIMO技術保證傳輸效率，進而可極大水平提升智慧城市在物聯網無線環節的通信能力，尤其是依托4G技術的廣泛推廣，在窄帶4G網絡對應研究中引入LTE無線通信技術，有效推動了物聯網無線通信的發展[3]。由此表明，依托物聯網技術與LTE無線通信技術的結合應用，可不斷促進智慧城市場景監控系統的建設完善，進一步推動智慧城市不斷向安全、環保、節能方向發展。
3.2在現代智能家庭中的實踐應用
伴隨現代社會的不斷發展，社會大眾生活水平不斷提高，人們的家庭生活不斷趨向于智能化發展方向。依托物聯網與LTE無線通信技術的結合應用，可實現家庭中各種物品相互間與無線通信技術的有效聯系。在這個過程中，要不斷增強智能服務理念，既要實現遠距離的管理控制，還要盡可能為人們的生活創造便利，要通過平臺數據的優化整合以此提供多種不同方案，供由人們依據自身實際需求進行自主選擇。除此之外，應當從我國實際國情出發，構建具有中國特色的智能家庭產業集群，切實推進相關新興產業的發展，并不斷構建健全以我國自主知識為主體的行業準則[4]。
智能配電網承載業務多種多樣，并且終端節點具有分散性，業務需求復雜，通信系統建設難度較高。電力配電網業務主要包括兩種，其承載的業務主要來自電力運行網設備和面向用戶的電力設備。電力運行網設備承載的業務來自電力通信網絡終端通信節點位于變電站、開閉所、環網柜、柱上開關、配變等設備，節點數量多，主要為調控類業務，因此需要具有較強的實時監控功能，需要實現現場管理，對于通信的實時性和可靠性非常高。面向用戶的電力設備承載的業務分為用電信信息采集、智能用電樓宇管理等，這些業務涉及的節點位于用戶側，數量非常多，因此更加需要實現海量的業務數據采集、和檢測功能。
2智能配電網組網架構設計
隨著智能配電網承載業務需求多樣化，其對組網架構的要求也越來越高。通常情況下，根據配電網承載業務，可以將組網按照層次進行設計，并且保留一定的網絡接口，以便提高網絡可擴展性，確保未來很長時間內增加業務擴容使用。本文設計配電通信網過程中，使用了無源光網絡（PON）、工業以太網、配電線載波通信、無線通信（GPRS、Wlan、3／4G、WiMax）等，將配電網組網按照層次模型進行設計算。骨干層是智能配電網的核心層，為了能夠有效地保證骨干網傳輸信息的可靠性、準確性，通常情況智能配電網的骨干層采用專用的光纖通信進行鋪設通信管道，以便能夠有效地連接主站和配電臺區，充分使用光傳輸網絡鏈路層和業務層的安全保護功能，形成一個具有動態路由功能的IP網絡層，骨干層必須保證專線專網專用，避免與其他業務混合，降低安全性能；如果其他的應用使用骨干層的網絡傳輸線時，骨干層可以支持虛擬專用網，虛擬專用網可以與其他業務混合，實際線路混用，但是邏輯線路還是專網專用，進行智能配電信息傳輸。接入層采用光纖專網、電力載波線、無線通信等多種方式進行組網，并且保證接入層具有強大的可擴展功能，以便實現接入層網絡智能化管理，實現配電網統一管理功能。接入層網絡采用無線專網和無線公網通信時，要符合以下基本原則：（1）無線專網建設基本原則：無線專網通信系統要符合國家無線電管理委員規定；無線專網通信方式采用國際標準和多廠家支持的技術，并且具備用戶優先管理功能；無線信息接入符合安全防護規定，并且具備嚴格的安全防護策略。（2）無線公網通信應該嚴格符合安全防護的基本原則，加強可靠性規定，支持用戶優先級管理，并且采用專線方式與運營商網絡實施可靠地連接。
3智能配電網網絡核心通信技術研究
3．1PON技術PON是一種點對多點的無源光纖通信技術，通常與以太網互相結合，可以形成EPON技術（以太網無源光網絡），EPON采用單纖波分復用技術，能夠提供傳輸距離遠、傳輸帶寬高、拓撲結構較為靈活的技術，上下行信號基于同一根光纖實施傳輸，在接入網組網建設中，已經得到了廣泛的發展和應用，EPON通常包括四個單元，分別由OLT、ONU、ODN和光纖線路共同構成，是一種穩定、可靠、接口豐富的接入網技術。
3．2無線通信技術無線通信系統由無線基站、無線終端及相關的應用管理服務器共同構成，常用的無線通信技術包括WLAN、WiMAX和3／4G通信技術。具體如下：
3.2.1Wlan技術Wlan利用無線通信可以在一定距離范圍內構建一個無線網絡，能夠將計算機網絡和無線通信技術相結合，以無線多址信道作為傳輸媒介，可以實現傳統有線局域網功能，能夠真正實現隨時隨地接入寬帶網絡。Wlan技術又被稱為Wi－Fi技術，包括三個使用標準，覆蓋范圍可達到90m左右，具有高速的傳輸速度，其中80．211b傳輸速度達到11Mbit／s，802．11a和802．119傳輸速度達到54Mbit／s。Wlan通常使用的組網方案包括AC（接人控制點）＋AP（接入點）＋無線網卡＋網絡管理四個單元。雖然Wlan技術已經得到了廣泛的應用，但是其安全性存在隱患，容易受到外來的攻擊。
3.2.2WiMax技術WiMax技術是一種非常先進的無線通信技術，其可以提供面向移動互聯網的無縫高速鏈接，并且可以在靜止狀態訪問網絡，WiMax基于802．16d和802．16e協議構成，傳輸速率能夠達到10~70M／s，覆蓋范圍能夠達到1000m左右，在配電網接入層，使用無線通信技術可以有效地管理智能電表、智能傳感器及監控設備。WiMax技術的加密技術相當嚴格，數字證書確保用戶傳輸數據不遭到偷竊，并且具有強大的高速傳輸性和先進性，已經被應用于智能配電網組網實施中。
3.2.33／4G通信技術隨著無線通信技術的高速發展，3／4G通信技術已經得到了廣泛的應用和發展。3／4G通信系統采用先進的軟件無線電技術、空時編碼技術、智能天線技術、高效的調制解調技術、高性能的收發信機、無線鏈路增強技術等，可以為傳輸數據提供全新的空中接口，并且可以為用戶帶來高速移動寬帶體驗。組網過程中，3／4G通信技術直接面向用戶家庭，為其提供家庭智能用電功能。
4結語
【關鍵詞】電信運營商 NB-IoT 商業價值 網絡部署
[Abstract] The IoT technology is overturning the traditional telecom operator’s business mode， in order to understand the implications brought to traditional telecom operators， the progress of the NB-IoT current technology was tracked， and technical characteristics of NB-IoT were analyzed， the potential application scene and the commercial value of NB-IoT were discussed， and the relationship between telecom operator’s network plan and the existing network was studied.
[Key words]telecom operators NB-IoT commercial value network deployment
1 引言
近年來，互聯網終端的數量迅速逼近飽和。在新應用的推動下，預計到2017年互聯網終端的數量將被物聯網終端超越，到2021年，物聯網終端數量將迅速達到互聯網終端的2倍以上，如圖1所示。
隨著物聯網應用的深入，預計全球物聯網終端年均復合增長率將達20%以上，如表1所示。
根據物聯網細分市場需求的不同，許多事物將通過毛細網絡實現連接， NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯網）技術就是在這種業務場景下應運而生，具備深/寬覆蓋、低功耗、低成本和大規模連接等突出特點，已成為電信運營商具有確定性的高增長業務，有廣闊的商業價值。
2 NB-IoT技術發展情況
2.1 技術進展
2014年5月，在GERAN組“FS_IoT_LC”的研究項目中，主要有3項技術被提出，分別是拓展覆蓋GSM技術、NB-CIoT技術和NB-LTE技術。其中NB-CIoT由華為、高通和Neul聯合提出，NB-LTE由愛立信、中興、諾基亞等廠家聯合提出。最終，在2015年9月的RAN#69次全會上協商統一為NB-IoT技術。NB-IoT技術進展如表2所示。
2016年4月，NB-IoT物理層標準在3GPP R13凍結，2016年6月，NB-IoT核心標準正式在3GPP R13凍結，2016年9月將完成性能部分的標準制定，預計在2016年12月，最后的一致性測試也將凍結，2017年NB-IoT將正式商用。
2.2 技術對比
物聯網通信技術種類繁多，從傳輸距離上可以分為兩類。一類是短距離傳輸技術，代表技術有ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，典型的應用場景如智能家居；另一類是LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，廣域網通信技術），如LoRa、Cat-1和eMTC等，典型的應用場景如智能抄表。與LPWAN家族的其它技術相比，NB-IoT具備突出的特點。物聯網LPWAN技術對比如表3所示。
3 NB-IoT網絡商業價值分析
NB-IoT作為LPWAN的一種重要技術，具備突出的應用優點。目前全球運營商已經意識到了物聯網市場的巨大潛力，并且開始積極開展業務演示和測試。
3.1 NB-IoT應用場景
從全球試點應用經驗看，目前NB-IoT垂直行業應用主要聚焦于以下典型的幾種：
（1）交通行業：包括車載信息服務（防盜、導航、遠程診斷、信息娛樂等）、車載Wi-Fi、車載定位監控、車載視頻監控、電動自行車防盜等應用。
（2）物流行業：包括貨物跟蹤管理、物流車輛調度等應用。
（3）健康醫療：以可穿戴應用為主，包括關愛定位（老人手表、兒童手表、定位鞋、寵物定位）、無線血壓計等應用。
（4）零售行業：包括金融POS機、電子廣告牌、自動售貨機、移動貨柜等應用。
（5）抄表：包括電表、燃氣表、水表等遠程抄表應用。
（6）公共設施：包括市政設施監控、氣象與環境監測、城市燈光管理等應用。
（7）智能家居：包括家庭安防、家居自動控制等應用。
（8）智慧農業：包括種植、養殖業相關的數據采集和監控應用。
（9）工業制造：包括智能工廠、智能產品（例如工程機械）后服務等應用。
（10）企業能耗管理：包括企業、園區、樓宇的能源管理、能耗監控等。
（11）企業安防：包括企業安防監控、電梯監控等。
3.2 NB-IoT商業模式
目前全球主流運營商對于物聯網的商業模式依然延續流量收費模式，這種模式主要適配當前物聯網的Top應用，如車聯網、智能穿戴和POS機等，是以流量消費為主的話務模型。低功耗廣覆蓋的應用雖然有所涉及，但是并沒有為其設計特有的商業模式，如抄表或者資產跟蹤類應用上報周期長，數據流量可能長期為零。傳統流量收費模式并不適用于低功耗廣覆蓋應用。
考慮到應用開發者的多樣化（運營商、IT企業、設備制造商、初始創業團隊、個人開發者），以下嘗試對NB-IoT探索創新的、靈活的商業模式。
（1）NB-IoT管道模式：資產跟蹤類、抄表應用只有在需要跟蹤或讀書上報的時候才會產生流量，所以以流量收費是不合適的。然而其提供的聯接服務是高價值的，根據連接的設備數量向所有者收費可以更好地保護雙方的利益。
（2）NB-IoT蘋果模式：電信運營商建立應用市場，從用戶收費，與應用開發者分成，利益共享。例如面向行業消費群體的LBS（Location Based Services，基于位置的服務）業務等。
（3）NB-IoT亞馬遜模式：基于分段的收費模式。即設備與平臺段、平臺與應用段分別收費。若數據存儲在亞馬遜平臺，則不對設備和平臺段收費。例如智能電力要求5分鐘上報一次消息，這些大數據對于電力毛細血管問題定位、電力峰谷調度、區域調度有非常大價值。
4 電信運營商網絡部署建議
4.1 頻譜部署建議
在覆蓋方面，低頻具有非常明顯的優勢。全球許多電信運營商選擇低頻部署LTE網絡，國內電信運營商可以為后續在700M、800M、900M頻段上部署NB-IoT提供生態基礎。同時，低頻建網可以有效地降低站點數量，提升深度覆蓋。比如700M的建網頻率是廣電獨有的競爭優勢，可以優先選擇此頻段部署NB-IoT。
3GPP定義了NB-IoT的3種部署場景：獨立部署（Stand-alone）、保護帶部署（Guard-band）和帶內部署（In-band）。
獨立部署主要是利用現網的空閑頻譜或者新的頻譜部署NB-IoT；保護帶部署是利用現網LTE網絡頻段的帶寬，最大化頻譜資源利用率。帶內部署是利用現網LTE網絡頻段中的RB（Resource Block，資源塊）以部署NB-IoT。
在帶內部署方案中，NB-IoT頻譜緊臨LTE的RB。為了避免干擾，3GPP定義NB-IoT頻譜和相鄰LTE RB的PSD（Power Spectral Density，功率譜密度）不應該超過6dB。由于PSD的限制，在帶內場景中NB-IoT的覆蓋相比其他場景更受限，故建議采用獨立部署或保護帶部署模式。NB-IoT的3種頻譜部署模式對比如表4所示。
4.2 網絡部署建議
NB-IoT的網絡部署包含芯片、模組或終端，NB-IoT基站、NB-IoT核心網、IoT連接管理平臺等部分，如圖2所示。
（1）終端側部署建議
終端側應用包含客戶對業務芯片、模組或終端的選擇等。在部署時需要根據客戶的業務屬性，開展入網測試，確定終端的適用性范圍。
（2）NB-IoT基站部署建議
建議NB-IoT基站部署納入現有電信運營商的基站部署規劃中。基站側僅僅是個通道，采用2G/3G/4G網絡，針對NB-IoT可以在現有LTE完成復用、升級或新建。
基站側可以充分利用現網的LTE站點資源和設備資源，共站點、共天饋、共射頻、共CPRI（Common Public Radio Interface，公共無線電接口）、共傳輸、共主控、共O&M（Operation and Maintenance，運行和維護管理），以達到快速部署NB-IoT、節省建網成本的目的。
對于在現有基站頻率部署區域外不能共享現有站點資源的熱點區域，部署時需要進行升級或新建NB-IoT基站。
（3）NB-IoT核心網部署建議
核心網部署具體涉及的網元有接入物聯網業務的MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）、S-GW（Serving GateWay，服務網關），以及物聯網專網P-GW（PDN GateWay，PDN網關），需要根據標準進行開發，并通過現網升級改造的方式支持NB-IoT相關核心網特性，以滿足NB-IoT業務接入。
（4）NB-IoT平臺部署建議
連接管理平臺面向客戶需滿足M2M業務新型商業模式的需要，面向通信運營商，需實現全局性掌握M2M連接網絡行為和業務發展狀況，以及輔助業務管控、輔助網絡規劃、業務規劃和套餐制定等能力。
建議電信運營商在進行NB-IoT平臺部署時，首先應按照NB-IoT關鍵業務系統進行建設。架構上從集團級平臺、集團級基礎業務支撐的的大格局出發，采用集約模式進行建設，除了傳統的可擴展性、簡潔性等原則外，還需要確保體系完整、關鍵單元可控，以利于業務需求的快速響應和長期穩定發展；其次，應充分發揮成熟廠商的產品經驗，基于成熟廠商平臺按照自身業務需求進行定制化開發，并采納其它廠商平臺的特有功能；再次，應確保M2M連接信息提供的完整性、實時性和一致性，確保數據在平整/實時和一致的匯聚，以實現M2M連接信息中心和運營分析中心的定位目標。
業務使能平臺可以是自有平臺，也可以接入第三方平臺。
4.3 NB-IoT建設步驟
鑒于NB-IoT標準在2016年6月底凍結，作為一個新標準、新技術，建議分階段、有計劃、分步驟地進行實施。
第一階段，市場供給強于需求，樹立規模示范是核心。首先在需求強烈的重點城市進行規模試點和試商用。在試商用階段重點對NB-IoT無線、核心網絡性能進行測試，同時考察終端模組、芯片的商用性，平臺、上層應用服務器的管理服務能力等，目標是實現電信運營商在NB-IoT初期階段對產業鏈的整合能力。
第二階段，市場供給和需求共同發力，NB-IoT應用大范圍擴展。全國重點城市重點區域將第一階段試點的經驗進一步推廣同時擴大垂直業務，挖掘NB-IoT業務類型。在大規模運營NB-IoT的基礎上著重考慮擴展平臺層功能，進行某些業務的大數據分析，探討研究多種服務模式，為轉型打下基礎。
第三階段，在以市場需求推動為主、產業成熟的階段完成全國NB-IoT覆蓋。建設規模的劃定基于NB-IoT覆蓋范圍廣、主要覆蓋樓宇等特點，第三階段基于統一的NB-IoT網絡提供多種多樣的個性化業務，在為客戶提供優質網絡的基礎上提供優質的服務，大幅度提升運營收入，尤其是服務收入占比，真正實現運營商的成功轉型。
5 結論
NB-IoT的技術特性非常適合于物聯網細分業務的發展場景，大規模的發展有待于重點瓶頸的進一步解決，諸如終端通信模塊成本及終端功耗必須進一步下降等問題。隨著NB-IoT商用網絡的逐步規模部署，預計NB-IoT的商用價值在未來幾年將逐漸顯露出來。未來各類垂直行業的產業鏈能很快在實際網絡上找到自身的物聯網應用及商業模式，并推動跨行業協作和商業模式創新。下一步將重點驗證NB-IoT網絡解決方案的可用性，研究新型行業應用的革新、業務模式的匹配等。
參考文獻：
[1] 王占領. 淺析無線通訊技術中近距離通訊技術的發展[J]. 科技創新與應用， 2014（10）： 31.
[2] 陳勝. 近距離無線通訊技術發展分析[J]. 電子技術與軟件工程， 2015（3）： 49.
[3] 翟品，陳亮. 現代無線通訊技術發展現狀和發展趨勢探究[J]. 科技傳播， 2014（6）： 220.
[4] 潘會蘭. 針對無線通訊技術的相關研究[J]. 通訊世界， 2015（6）： 18-19.
[5] 周偉康，馬清龍. 淺析無線通信技術的發展與創新[J]. 通訊世界， 2015（2）： 20-21.
[6] 戴國華，余駿華. NB-IoT的產生背景、標準發展以及特性和業務研究[J]. 移動通信， 2016（7）： 31-36.
[7] 吳瓊，薛楠. 物聯網業務對通信網絡的影響研究[J]. 移動通信， 2010（21）： 57-60.
[8] 趙靜. 低速率物聯網蜂窩通信技術現狀及發展趨勢[J]. 移動通信， 2016（7）： 27-30.
關鍵詞：智能電網；M2M通信；家庭區域網絡；物聯網
中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）08-0038-03
0 引 言
通信網絡技術的出現和發展，特別是無線通信的普及應用，給人們的生活方式帶來了極大的變化。各種通信方式使得人與人之間的信息交流更便捷和順暢。事實上，人與人之間的溝通很多也是通過機器實現的，例如通過手機、電話、電腦、傳真機等機器設備之間的通信來實現人與人之間的溝通。另外一類技術是專為機器和機器建立通信而設計的，如許多智能化儀器儀表都帶有RS-232接口和GPIB通信接口，從而增強了儀器與儀器之間、儀器與電腦之間的通信能力。目前，眾多的普通機器設備（家電、車輛、自動售貨機、工廠設備等）和傳感器不具備本地或者遠程的通信和連網能力。
M2M（Machine to Machine） 通信是近年來和物聯網發展密切相關的通信技術，目標是使所有機器設備都具備連網和通信能力。M2M技術使得物聯網具體化，并取得快速增長。統計表明[1]，2008年全世界有近5千萬的M2M通信設備；預計到2014年，這一數字將達到近2億；而到2020年，約有500億多的物體都會被連上互聯網。因此，M2M技術具有非常重要的意義，有著廣闊的市場和應用，推動著社會生產和生活方式的新一輪變革。
M2M的應用也在一些領域出現，如醫療保健、車輛交通、公共安全、能源管理、智能家居等各個方面，而在智能電網的應用開發也開始初見端倪。智能電網是當前智慧能源建設的非常重要的一部分，物聯網和移動通信可以深入到電力系統中的發電、傳輸、配送等各個環節，甚至在家用電器的信息采集和控制方面發揮非常重要的作用。在M2M通信技術的支持下，各類家庭電器都會由具有物聯網功能的智能芯片來控制電力的使用，包括使用的時間、工作模式、能耗比例，通過優化用的策略節省用戶電力消耗。
智能電網是M2M通信發展和應用的一個強大的推動力。新一代智能電網的建設和運行要求提高效率、強化服務質量的同時節省發電、傳輸和消費方面的成本。這些目標的達成有賴于信息和通信技術的介入，然而未來智能電網的通信架構還未成形，存在很大挑戰和機遇[2]。本文從M2M技術在智能電網，特別是在家庭區域網中應用的角度論述了M2M的發展、技術特點、功能架構等若干方面的問題。
1 M2M的發展歷史
M2M通信早在移動通信之前隨著計算機網絡自動化的發展以不同的形式存在。移動蜂窩普及后，1995年，西門子了一個GSM數據模塊（M1），進入M2M的工業化應用，使得機器通過無線網絡通信用于車輛通信（telematics）、遠程監控和追蹤等。M2M技術的早期實踐者如GM和休斯（Hughes）電子公司很快實現了產品盈利，顯示該技術在未來應用的前景。到1997年，隨著更加集成和性能穩定的M2M模塊的推出，M2M通信技術得到更廣泛應用。現在M2M數據模塊已經十分精良，功能多樣，出現了融合其他技術包括GPS定位、可嵌入電話的SIM模塊，以及嵌入可促進物聯網應用的Java功能。2002年，Opto和Nokia正式用M2M術語詮釋其開發的通信方案。2003年，Nokia了“M2M技術—— 讓你的機器開口講話”，使得狹義的機器與機器的通信成為更加廣泛的包括所有人、機器之間建立連接的技術。通過增強機器設備的聯網和通信能力，促進了機器設備的智能化。
M2M行業在我國起步較晚，但是發展迅速。2009年，國務院總理在無錫考察時指出在國家重點科技專項中，加快推進傳感網發展，建立“感知中國”中心。我國政府已經將M2M技術相關產業正式納入國家《信息產業科技發展十一五規劃及2020年中長期規劃綱要》重點扶持項目。我國M2M通信市場保持25%的增長，2010年產值達到80億美元。
2 M2M在智能電網中的應用
未來電網的通信架構尚未明確界定，在互用性（interoperability）、可擴展網絡化、自組織能力以及安全性方面都存在著很多挑戰和機遇。智能電網的三個主要組成部分有不同的作用。第一是發電。現在有不同的電力生產類型，如火力、天然氣、核動力、風力和太陽能等，發電部門需要掌握成本、能源需求、價格。在有些國家電力供應是市場化運作的，由不同的電力企業提供電力服務。企業還需要了解競爭者的相關信息和采取的策略。第二則是配電。電力通過傳輸線路和配電站輸送到消費者。電力配送必須優化，使得損耗和傳輸成本最小，站在供電和用電方的角度來看，配電應該相互適應。第三就是用電。電力用戶包括家庭、工業、機關學校等公用單位。用戶電力需要的確定可以促使供電和配電的優化配置。為此，需要部署大量的智能儀表，以迅速而準確地收集電力消費數據，從而估計電力需求。
國際上很早就提出了家庭能耗管理系統（home energy management system，HEMS）的設想。家庭用戶需要提高電力利用率，電力部門應采取措施幫助用戶平抑負載，需要在能耗較大的電器上增加智能和通信功能，根據電價的變化作出響應[4]。當前在智能電網發展的帶動下，家居能源管理系統成為智能電網發展的一個重要部分和驅動力。M2M通信網絡的設計問題是當前研究的一個熱點方向。
HEMS關注智能電網中用電方的行為。各種家用電器，如空調、冰箱、洗衣機、廚房電器等如果都配有智能電表，控制中心可以根據據此優化電力供應和消耗。歐美國家已經開始提供各種不同的HEMS服務，如Google Powermeter， Microsoft Hohm， Apple Smart-Home Energy Management。用戶利用這類服務的優化用電功能來減少電力成本。在這些方面，M2M通信發揮了十分重要的作用，通過M2M通信技術家電的相關信息可傳輸到控制中心。ZigBee和WiMax具有費用低、工作方式靈活的特點，通常是M2M無線通信技術的首選。
一個典型的HEMS的網絡架構如圖1所示。該結構主要包括如下幾個部分：第一是家用電器。家電是智能電網中電力消耗設備，和智能電表相連，并由智能電表控制其電力消耗。先進的家電還可主動向電表發送信息，可報告未來的電力需求等數據。第二是智能電表，用來收集電器能耗需求數據。在電器和智能電表之間建立一個家庭區域網（Home area network， HAN），組網方式可以用電力線通信（power line communication， PLC）或ZigBee。第三是集線器。一個HAN可以配備一個集線器即網關來從電表處收集數據包，其通信方式采用Wi-Fi短距離通信技術。接收的數據包緩存在集線器。集線器的WAN收發機從緩存中提取所需數據傳送到一個WAN基站。第四是WAN基站，負責每個集線器數據傳輸的帶寬分配。基站將接收到來自不同集線器的數據包通過有線的網絡轉發到控制中心。第五是控制中心，接收HEMS數據進行處理和存儲。這些數據將被用于優化電力的生產和配送。
由于無線頻譜的匱乏，研究人員建議智能電網可利用空白電視信號（white space）頻段，并提出了智能電網采用基于感知無線電（cognitive-radio）的M2M通信來實現有效的電力配置和頻譜利用方案[3]。其中，M2M通信單元用在家電和電表之間的通信。M2M的網關就是HEMS集線器。M2M的服務器位于控制中心。M2M區域網絡就是基于短程通信的技術（如Wi-Fi）。
3 家庭區域網中的M2M網絡通信技術
M2M為了達到智能電網通信的要求可以采用一些中短距離的無線技術。家庭區域網中家電代表了M2M設備。選擇合適的M2M網絡協議需要考慮M2M設備的功耗和成本特性[5]。一些低功耗和成本技術不斷成熟成為智能電網中M2M的使能器（enabler），其中比較突出的技術包括藍牙、Wi-Fi、UWB、ZigBee和6LoWPAN等。下面對這些技術的特點做簡要介紹。
3.1 IEEE 802.15.3a ： Ultra-Wide Band（UWB）
UWB通信是從兩個主要類型的應用發展而來的。第一個是針對高數據率通信（超過1 Mb/s），如高清電視；另一個是針對低于1 Mb/s的應用，如傳感器網絡。M2M設備在家庭區域網通信中可以看成是一種傳感器。UWB技術的缺點是功耗較高。經過多年的停滯，2006年IEEE 802.15.3a工作組解散，今后IEEE可能不會再對UWB有進一步的支持。
3.2 IEEE 802.11 ： Wi-Fi
該協議適合于在較大區域的較高數據率應用。Wi-Fi也是目前接受度最高的無線室內通信協議，能支持IPv6格式地址，在家庭用戶中極為普及。該技術的主要不足和UWB類似，即高能耗，因此不適合用在智能電網中的M2M通信。
3.3 IEEE 802.15.1： 藍牙
藍牙協議在短距離范圍用作聲音、數據和聽覺應用十分普遍。藍牙協議支持IP尋址，因此可以用于家庭區域網的通信。藍牙協議十分適合低功耗低數據率的應用。藍牙主要用在短距離的點對點同級間（peer-to-peer）的通信，而且藍牙網絡即微微網（piconet）只支持8個設計的同時通信。在家庭區域網中M2M設備使用藍牙通信，在規模稍大情況下，需要建立多個微微網。每個微微網有個主M2M設備，通過該設備實現微微網之間的通信。這種做法會增加通信延遲。藍牙技術的另一個缺點是它的周期性蘇醒和與微微網的主設備的同步問題。藍牙設備在同步之前需要約3 s的時間蘇醒。
3.4 IEEE 802.15.4 ： ZigBee
ZigBee 協議用在很多的家庭組網，包括智能電網中的家庭區域網。ZigBee是特別為無線設備的低功耗和長期通信要求而設計開發的。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備，而且ZigBee的喚醒時間僅為數毫秒。因此，和上述其他幾個通信技術相比，ZigBee技術是智能電網中M2M通信的較好選擇。
4 當前面臨的技術挑戰
盡管在當前的通信系統基礎上，研究人員提出了很多M2M的解決和部署方案，目前依然有很多技術方面的問題有待研究[6]。
4.1 標準化
M2M通信需要整合和覆蓋不同的通信系統，對此依然缺乏一個標準。迫切需要一個無縫和統一的M2M構建的標準，以促進M2M通信的發展和應用，而且關于M2M通信（如RFID、ZigBee以及UWB）的實現技術的完整標準需要具體明確。
4.2 通信流量的特性
目前，對于M2M單元間交換流量的特性尚待進一步的研究。M2M的通信流量由于其特定的功能 （如數據收集和監控）和要求（如強實時流量），其特性和我們所了解的基于人的網絡流量不同。關于數據流量的特性是用于設計和優化網絡設施的基礎。在提供高質量服務（QoS）支持的M2M應用方面，也需要掌握M2M流量特性。
4.3 協議的再設計
目前，互聯網主導的傳輸協議（TCP/IP）由于設計的待傳數據容量低，對M2M通信來說存在不足。
4.4 頻帶管理
限于帶寬資源，無線M2M技術需要在一些頻道內有效的傳輸。然而，由于對無線M2M服務在提供和需求方面不可避免地要求頻率轉移，傳統靜態頻率分配方式難以達到優化的頻譜管理，因此，應該更好地發揮二級頻譜市場的作用，保證有限的頻率資源得到有效的利用[7]。
4.5 優化的網絡設計
M2M通信會連接很多的設備和系統，優化網絡設計是十分重要的。網絡設計必須最小化M2M通信的成本（如硬件、維護和無線資源利用），同時滿足通信流量和應用方面的服務質量。
為達成智能電網的目標，目前電網的設計存在諸多問題，而電網改造的人力、物力耗費巨大。采用傳統電網和無線通信技術的融合是一種有效和經濟的解決方案[8]，例如利用手機顯示用電信息并允許消費者控制家里的電器，這樣可以無需布設智能儀表。
5 結 語
M2M通信在很多領域發揮著重要的作用，而智能電網的需求是M2M通信發展的一個強勁動力。本文根據國際上M2M在智能電網應用的最新進展，介紹了M2M通信技術的發展歷程、主要特色和未來發展動向。M2M通信技術的研究在我國還處于初級階段，智能電網發展戰略的實施，使M2M技術必將獲得巨大的發展機遇。需要結合我國實際情況，借鑒國外成功經驗，走出我國M2M通信和智能電網發展的特色之路。
參 考 文 獻
[1] Berg Insight. The Global Wireless M2M Market [R]. 2nd Edition .[S.l.]：[s.n.]， 2009.
[2] FAN Z， KALOGRIDIS G， EFTHYMIOU C， et al. The new frontier of communications research： smart grid and smart metering [C]// Proceedings of the 1st International Conference on Energy-Efficient Computing and Networking. Passau， Germany： ACM SIGCOMN， 2010： 115-118.
[3] VO Q D， CHOI J P， CHANG H M， et al. Green perspective cognitive radio-based M2M communications for smart meters [C]// 2010 International Conference on Information and Communication Technology Convergence. Jeju， Korea： ICTC， 2010： 382-383.
[4] BOIVIN J Y. Demand side management—the role of the power utility [J]. Pattern Recognition， 1995， 28（10）： 1493-1497.
[5] FADLULLAH Z M， FOUDA M M， KATO N， et al. Towards intelligent machine-to-machine communications in smart grid [J]. IEEE Communications Magazine， 2011， 49（4）： 60-65.
[6] NIYATO D， XIAO L， WANG P. Machine-to-Machine Communications for Home Energy Management System in Smart Grid [J]. IEEE Communications Magazine， 2011， 49（4）： 53-59.
而通過使用物聯網通信技術，Rudzinsky認為，Hologic到目前為止已經獲得了相當高的回報。借助相關硬件或者軟件，物聯網通信技術可以讓一個機器節點向另一個機器發送信息，以便進行跟蹤和分析。目前這項技術已經應用在近萬臺Hologic的設備上。“未來的部署數量會更多。”Rudzinsky說。
物聯網應用已經成熟
這是一個真實的物聯網應用實例。對于Hologic來說，物聯網可以讓其工人遠程對設備進行檢修，而不必派人到現場作上門檢查。自公司采用這項技術以來，其已經省掉了近千人次的出差費用。同時，物聯網技術不僅替Hologic省了錢，還讓其客戶感到很滿意，因為這種方式能夠更快速地解決問題。Rudzinsky對此頗有信心地評價說：“這項技術的前景確實一片光明。”
Acuo科技公司也在進行類似的部署。這家公司主要生產一種醫療統一臨床平臺，其專門存儲和傳送X光照片和CT掃描圖等醫學影像。通過將物聯網技術與這一平臺的結合，如今系統可以自動提醒Acuo的客戶其磁盤存儲空間是否夠用，并提供對歷史訪問的回溯，檢索出哪些影像在過去已被訪問。
戰略咨詢公司ThinkStrategies的顧問Jeff Kaplan認為：“我們正生活在一個互聯世界里，我們生產的一切物品都有機會互聯起來，而且還可以對其進行跟蹤和分析。跟蹤方面的工作做得越多，我們越能洞察信息，進而能夠提供更多實時服務。”根據Kaplan的觀察，如今越來越多知名ICT（信息技術與通信技術）廠商都在或多或少地與這個行業扯上關系，比如AT&T、、思科和SAP。他表示，這證明了物聯網市場發展的合理性。
調研公司Yankee Group網絡研究副總裁Brian Partridge認為，物聯網已經不再是什么新技術，過去幾年中，該技術一直都被用于車隊管理、跟蹤運送等服務中。而近些年來，物聯網正在變得更加主流，這歸功于相關設備以及網絡功能模塊的成本降低，以及連接至網絡的費用降低。另外，物聯網應用開發平臺的出現使得開發者可以在其上迅速開發出為業務定制的應用軟件，這使得物聯網成為了一個龐大且不斷增長的新市場。
通信企業表現積極
通信公司非常關注物聯網領域的發展，并有志于在其中扮演更重要的角色。電信運營商AT&T最近就和物聯網平臺廠商Axeda共同簽署了一項非排他性的合作伙伴關系，以便通過AT&T網絡運行在Axeda云平臺上開發的定制應用軟件。
AT&T領先移動解決方案副總裁Chris Hill表示，AT&T看好物聯網，因為該技術正在變得更加主流。他特別提到說，AT&T 現在的每則商業廣告都或多或少會提到設備間的互聯。Hill表示，物聯網技術已經歷了一系列的發展演變過程：從最初實現機器收集數據的基本功能，到能夠分析數據內容，再到由機器根據從設備收集而來的數據自動選擇采取動作。這項技術已經成熟。
另一家電信運營商Verizon在這方面也不甘落后，其近期斥資6.12億美元收購了物聯網公司Hughes Telematics。
物聯網應用與IT的整合
Partridge認為，物聯網帶來了種種可能，其前景是不可限量的。物聯網的出現使得很多操作可以更加智能和自動化。在物聯網領域最常見的一種應用實例就是醫療設備或能源設備等大型機器。物聯網模塊可以安裝在這些機器上監測機器的使用情況，向用戶或廠商發出警報，表明需要維護的時間或者進行故障告警。開發者可以據此開發出定制的應用軟件，從而在發現問題時實現自動向設備制造商訂購修復設備所需的零部件，或者自動安排時間進行維護修理。
與之類似的物聯網應用還有成百上千種。比如，垃圾箱可以提醒清潔工何時需要清理垃圾，而沒必要去空跑。除此之外，也有廠商將物聯網技術應用到商業機會挖掘和信息統計中。有一家名為Liberty Mutual的公司最近推出了一種新的安全駕駛險。該公司將一種跟蹤設備裝在其客戶的汽車上，并通過設備回傳的數據分析其客戶的開車習慣，從而確定需要繳納的保費額度。目前該系統已經與或SAP的客戶關系管理（CRM）或企業資源規劃（ERP）軟件進行了整合。整合后這套系統還可以在必要的時候提醒廠商或服務提供商采取某種商業措施。
