基于移動(dòng)通信和傳感網(wǎng)融合的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)

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1、□TELECOMMUNICATIONSNETWORKTECHNOLOGYNo.11EXPERTVIEWPOINT基于移動(dòng)通信和傳感網(wǎng)融合的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)*沈嘉工業(yè)和信息化部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所無(wú)線與移動(dòng)研究部主任工程師張國(guó)全中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司集團(tuán)客戶事業(yè)部摘要能夠提供更高數(shù)據(jù)率的4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在全球開(kāi)始部署。但由于用戶數(shù)量增長(zhǎng)飽和，ARPU值不降反升，難以提高運(yùn)營(yíng)商的盈利能力。通過(guò)移動(dòng)通信和傳感網(wǎng)的結(jié)合，可以開(kāi)拓一個(gè)巨大的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，增加大量的“機(jī)器終端”，同時(shí)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)向社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域滲透，從而保

2、持通信產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展。關(guān)鍵詞機(jī)器間通信物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)通信傳感網(wǎng)1引言是人。各種設(shè)備，如傳感器、計(jì)算機(jī)外設(shè)、測(cè)試儀表等都可以構(gòu)成M2M通信終端，傳感器網(wǎng)絡(luò)是M2M通在LTE網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始全球商業(yè)部署，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)即信最典型的范例。潛在需要無(wú)線互聯(lián)機(jī)器的數(shù)量至少將走到4G時(shí)代的今天，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展方比人口數(shù)量大一個(gè)數(shù)量級(jí)，如果相當(dāng)一部分機(jī)器可以向仍然是一個(gè)棘手的問(wèn)題。雖然iPhone等智能終端對(duì)成為移動(dòng)通信終端，即使這些M2M終端的平均無(wú)線頻譜的巨大需求已經(jīng)讓“4G有什么用？”不再成ARPU值略少于人類(lèi)用戶終端，也將構(gòu)

3、成一個(gè)巨大的為問(wèn)題，但“如何用4G賺錢(qián)？”仍然是擺在運(yùn)營(yíng)商面前新增市場(chǎng)。的難題。從3G開(kāi)始，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路是不斷提2無(wú)線傳感器網(wǎng)概念、應(yīng)用和架構(gòu)高數(shù)據(jù)率，增強(qiáng)多媒體業(yè)務(wù)提供能力，吸引用戶投入更高的通信費(fèi)用。但令人略感失望的是，移動(dòng)用戶的傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是完全不依賴其ARPU值卻呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。普通用戶出于對(duì)通信費(fèi)它通信手段，只依靠WSN節(jié)點(diǎn)之間的Adhoc互聯(lián)形用在家庭支出中的比例限制，并不一定愿意為更高數(shù)成的“無(wú)中心”的、“自組織”的網(wǎng)絡(luò)，這和傳感器網(wǎng)絡(luò)據(jù)率的業(yè)務(wù)付出更多金錢(qián)。再加上運(yùn)營(yíng)商之間

4、的價(jià)格初期用于軍事用途（戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)控）有關(guān)。如圖1所示，競(jìng)爭(zhēng)，“以高帶寬換取高話費(fèi)”的商業(yè)模式不一定會(huì)順WSN的形成步驟如下：利實(shí)現(xiàn)。因此，若想保持移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，必(1)部署：WSN節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)被監(jiān)控的環(huán)境需要須在向“更高、更快、更強(qiáng)”目標(biāo)推進(jìn)的同時(shí)，向“更廣”靈活放置。發(fā)展，即擴(kuò)展通信的應(yīng)用范圍，向社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域(2)喚醒和自檢測(cè)：WSN節(jié)點(diǎn)被喚醒，自動(dòng)配置。滲透，增加移動(dòng)終端數(shù)量。(3)自動(dòng)識(shí)別和自組網(wǎng)：WSN節(jié)點(diǎn)互相自動(dòng)識(shí)別，傳統(tǒng)手機(jī)用戶滲透率已漸趨飽和，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)通過(guò)學(xué)習(xí)相互的位置關(guān)系，自動(dòng)組成WS

5、N。發(fā)展不可能長(zhǎng)期依賴移動(dòng)通信用戶數(shù)量的高增長(zhǎng)率(4)建立路由和開(kāi)始通信：基于自動(dòng)形成WSN網(wǎng)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。因此，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)應(yīng)致力于增加“非絡(luò)拓?fù)浜椭苓呅诺罈l件，自動(dòng)建立路由和數(shù)據(jù)流向，人”終端的數(shù)量，大力發(fā)展機(jī)器間（M2M）通信。并開(kāi)始向外傳送信息。M2M通信就是通信的一端或兩端是設(shè)備，而不需要說(shuō)明的是，這種最傳統(tǒng)的WSN是針對(duì)最原*資助項(xiàng)目：重大專(zhuān)項(xiàng)（新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)）基金資助項(xiàng)目（2009ZX03006-006）·48·專(zhuān)家視點(diǎn)《電信網(wǎng)技術(shù)》2011年11月第11期始、最?lèi)毫拥牟渴瓠h(huán)境和特殊用途設(shè)計(jì)的

6、。也就是說(shuō)，證在一個(gè)簇覆蓋的范圍內(nèi)總能找到有線IP網(wǎng)絡(luò)的接在部署的區(qū)域既無(wú)其他通信網(wǎng)絡(luò)可以依靠，也無(wú)法人口。因此為了形成較大的WSN，就必須在多個(gè)簇頭之為地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，假設(shè)WSN完全處于“孤立無(wú)援”間再進(jìn)行Adhoc組網(wǎng)，這樣就形成了分層的WSN（見(jiàn)的陌生環(huán)境中，不得不完全“自配置、自識(shí)別、自組網(wǎng)、圖3）。上層的簇頭互聯(lián)后，信息匯聚到更高一層的簇自路由”。這在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)景（如戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境）是惟頭向上傳遞，以此類(lèi)推，直至某一個(gè)簇頭進(jìn)入了有線一可行的組網(wǎng)方式，但在常規(guī)應(yīng)用場(chǎng)景中，這種純粹IP網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，這個(gè)簇頭就可

7、以成為1個(gè)“WSN“無(wú)中心”的自組織網(wǎng)絡(luò)勢(shì)必是低效率的。因此目前采網(wǎng)關(guān)”（可稱(chēng)為“Sink”），將該WSN收集的所有信息回用的WSN都引入了一定的中心控制的概念，即附近傳到IP網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這種分層WSN結(jié)構(gòu)，從理論上講的若干個(gè)WSN節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)“簇”，簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的信就可以無(wú)限擴(kuò)展WSN的規(guī)模，構(gòu)成“無(wú)所不在”的泛息匯聚到某一個(gè)節(jié)點(diǎn)———簇頭，再通過(guò)簇頭向上傳送在網(wǎng)絡(luò)。但實(shí)際上，由于WSN本身的缺陷，只靠WSN簇內(nèi)收集到的信息（見(jiàn)圖2）。本身很難形成真正“無(wú)所不在”的覆蓋。圖3分層WSN結(jié)構(gòu)圖1傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)形成過(guò)

8、程(1)WSN層數(shù)增多帶來(lái)的傳輸延遲的增大，不僅是每個(gè)簇頭引入一定的處理時(shí)延，層和層之間由于共享相同的空中接口資源，很多情況下還必須采用時(shí)分復(fù)用的方式傳輸，更加劇了時(shí)延的擴(kuò)大，使多層WSN很難處理實(shí)施監(jiān)控信息。(2)隨著層數(shù)的增加，越來(lái)越多的信息匯聚到簇頭，高層簇頭的功耗和傳輸負(fù)載急劇增大，高層簇頭的成本大大提高，電池壽命縮短。(3)由于有線I