基于LTE系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì) - 寧祥峰-

1、收稿日期:20100113;修回日期:20100224。作者簡(jiǎn)介:寧祥峰(1987,男,山東聊城人,碩士研究生,主要研究方向:第四代移動(dòng)通信技術(shù)、3GPP LTE 技術(shù);張春業(yè)(1951,男,山東濟(jì)南人,副教授,主要研究方向:第四代移動(dòng)通信技術(shù);萬(wàn)偉(1984,男,河南商丘人,碩士研究生,主要研究方向:第四代移動(dòng)通信技術(shù);李仁波(1986,男,安徽六安人,碩士研究生,主要研究方向:第四代移動(dòng)通信技術(shù);李婧卿(1986,女,安徽六安人,碩士研究生,主要研究方向:第四代移動(dòng)通信技術(shù)。文章編號(hào):10019081(2010S1000604基于LTE 系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)寧祥峰,張春業(yè),萬(wàn)偉,李

2、仁波,李婧卿(山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,濟(jì)南250100(ningxiangfeng163com摘要:由于通信網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的缺位,使得早期的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用往往在部署范圍、應(yīng)用領(lǐng)域等諸多方面有所局限,終端之間以及終端與后臺(tái)軟件之間都難以開(kāi)展協(xié)同。隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,建立端到端的全局物聯(lián)網(wǎng)將成為必須,通信網(wǎng)絡(luò)將成為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò),移動(dòng)通信終端也可實(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)終端的融合。首先簡(jiǎn)單地介紹了物聯(lián)網(wǎng)和長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE 系統(tǒng),分析了兩種技術(shù)融合的可能性和必要性,然后提出了一種LTE 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互融合的一種架構(gòu),最后研究了基于新架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);長(zhǎng)期演進(jìn);電子產(chǎn)品代碼

3、;射頻識(shí)別;供應(yīng)鏈中圖分類號(hào):TN9295文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AResearch and design of Internet of things architecture based on LTE systemNING Xiang-feng，ZHANG Chun-ye，WAN Wei，LI Ren-bo，LI Jing-qing(College of Information Science and Engineering，Shandong University，Jinan Shandong 250100，China Abstract:As the mobile communication netwo

4、rk is not used in the Internet of Things (IOT，the scope of applications and many other areas of the IOT have been limitedWith the development of the IOT，in order to expand the application range，the establishment of the end to end global IOT becomes necessaryThe communication networks will be the bea

5、rer network of IOT，and mobile communication terminals can also be used as IOT terminalsFirstly，this paper gave a brief introduction about the IOT and the LTE system，analyzed the possibility and necessity of the cooperation of the two kinds of technology，and proposed an architecture of the IOT based

6、on LTE systemFinally，this paper gave a supply chain application based on the new architectureKey words:Internet of Things (IOT;Long Term Evolution(LTE;Electric Product Code(EPC;Radio Frequency Identification (RFID;supply chain0引言3GPP 長(zhǎng)期演進(jìn)項(xiàng)目是近年來(lái)3GPP 啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目,這種以O(shè)FDM /FDMA 為核心的技術(shù)可以被看做“準(zhǔn)4G ”技術(shù),是三種

7、主流3G 標(biāo)準(zhǔn)的主要演進(jìn)方向。傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是解決人與人的互聯(lián),而物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things ,IOT 解決的是物與物的互聯(lián)。當(dāng)有更多的關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施掛到互聯(lián)網(wǎng)上時(shí),互聯(lián)網(wǎng)將成為一個(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)而不再只是一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。從“智慧地球”的理念到“感知中國(guó)”的提出,隨著全球一體化、工業(yè)自動(dòng)化和信息化的不斷深入,物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代悄然來(lái)臨。由于通信網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的缺位,使得早期的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用往往在部署范圍、應(yīng)用領(lǐng)域等諸多方面有所局限,終端之間以及終端與后臺(tái)軟件之間都難以開(kāi)展協(xié)同。隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,建立端到端的全局物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將成為必須,通信網(wǎng)絡(luò)將成為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò),移動(dòng)通信終端也可實(shí)現(xiàn)

8、與物聯(lián)網(wǎng)終端的融合,從而為電信業(yè)務(wù)的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。本文首先簡(jiǎn)單地介紹了物聯(lián)網(wǎng)和長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution ,LTE 系統(tǒng),分析了兩種技術(shù)融合的可能性和必要性,然后提出了一種LTE 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互融合的一種架構(gòu),最后研究了基于新架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用。1物聯(lián)網(wǎng)11物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification ,RFID 裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。其實(shí)質(zhì)就是利用RFID

9、技術(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)全球物品的自動(dòng)識(shí)別,達(dá)到信息的互聯(lián)和實(shí)時(shí)共享1。物聯(lián)網(wǎng)是利用無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(有線的、無(wú)線的建立起來(lái)的,其中非常重要的技術(shù)是RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)。它是以簡(jiǎn)單RFID 系統(tǒng)為基礎(chǔ),結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)等,構(gòu)筑的一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)閱讀器和無(wú)數(shù)移動(dòng)標(biāo)簽組成的,比Internet 更為龐大的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)成為RFID 技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,系統(tǒng)可以自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。12物聯(lián)網(wǎng)基本原理基于電子產(chǎn)品代碼(Electric Product Code ,EPC 的物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,利用全球統(tǒng)一的物

10、品編碼技第30卷增刊12010年6月計(jì)算機(jī)應(yīng)用Journal of Computer Applications Vol30Suppl1June 2010術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等,實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯,從而有效提高供應(yīng)鏈管理水平,降低物流成本,被譽(yù)為具有革命性意義的新技術(shù),引起了世界各國(guó)企業(yè)的廣泛關(guān)注。EPC 系統(tǒng)的構(gòu)成如表1所示2。表1EPC 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)組成名稱注釋EPC 編碼體系EPC 編碼標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別單品的特定代碼射頻識(shí)別系統(tǒng)EPC 標(biāo)簽貼在物品上或內(nèi)嵌在物品上讀寫(xiě)器識(shí)讀EPC 標(biāo)簽信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)EPC 中間件EPC 系統(tǒng)的軟件支持系統(tǒng)對(duì)象名稱解析服務(wù)(Object

11、 Name Service，ONS定位商品對(duì)應(yīng)的信息服務(wù)器地址EPC 信息服務(wù)(EPC-IS存儲(chǔ)EPC 對(duì)應(yīng)商品信息在圖1中所示的物聯(lián)網(wǎng)中,產(chǎn)品在生產(chǎn)完成時(shí),貼上存儲(chǔ)有EPC 碼的電子標(biāo)簽,此后在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期,該EPC 成為產(chǎn)品的唯一標(biāo)識(shí),以此EPC 編碼為索引能實(shí)時(shí)地在物聯(lián)網(wǎng)上查詢和更新產(chǎn)品的相關(guān)信息,也能以它為線索,在供應(yīng)鏈各個(gè)流通環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定位追蹤3 。圖1EPC 系統(tǒng)工作示意圖在運(yùn)輸、銷(xiāo)售、使用、回收等任何環(huán)節(jié),當(dāng)某個(gè)讀寫(xiě)器在其讀取范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)到標(biāo)簽的存在,就會(huì)將標(biāo)簽所含EPC 數(shù)據(jù)傳往與其相連的中間件,中間件以該EPC 數(shù)據(jù)為鍵值,在ONS 服務(wù)器獲取包含該產(chǎn)品信息的EPC

12、信息服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)地址,然后中間件根據(jù)該地址查詢EPC 信息服務(wù)器,獲得產(chǎn)品的特定信息,進(jìn)行必要的處理后,把信息傳送到后端企業(yè)應(yīng)用程序做更深層次的計(jì)算處理。13物聯(lián)網(wǎng)作用和用途物聯(lián)網(wǎng)用途非常廣泛,遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、老人護(hù)理、個(gè)人健康等多個(gè)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)把新一代信息技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)中,將通過(guò)感應(yīng)器獲得的信息實(shí)時(shí)地與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)整合起來(lái),實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合。在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,存在能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)或者數(shù)量眾多的云計(jì)算機(jī)群,能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制,在此基礎(chǔ)上,管理人員可以用

13、更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,達(dá)到“智慧”狀態(tài),提高資源利用率和生產(chǎn)力水平,改善人與自然間的關(guān)系。14物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中存在問(wèn)題1成本。物聯(lián)網(wǎng)要求所有的物品都貼上標(biāo)簽,標(biāo)簽價(jià)格對(duì)于汽車(chē)、手機(jī)等商品可能不值得一提,但是如果在牙膏、香皂等低價(jià)商品上都貼上標(biāo)簽,會(huì)大幅度增加這些低價(jià)商品的成本。2安全性。現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)上存在大量的病毒,可想而知在市場(chǎng)價(jià)值更大的物聯(lián)網(wǎng)上,為了牟取利益而從事物聯(lián)網(wǎng)病毒的人將會(huì)更多。鑒于物聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)生活中的重要作用,如果哪天物聯(lián)網(wǎng)招到病毒攻擊而癱瘓,也許會(huì)出現(xiàn)工廠停工,社會(huì)秩序混亂等嚴(yán)重后果。3隱私性。隱私問(wèn)題主要有兩個(gè)方面,首先是標(biāo)簽信息泄露問(wèn)題,其次是通過(guò)標(biāo)簽的唯一標(biāo)識(shí)符

14、進(jìn)行惡意追蹤問(wèn)題。當(dāng)在你的身份證或手機(jī)卡上打上你的一切信息,在全世界任何一個(gè)讀卡器上都能隨便讀取你的信息,在這個(gè)注重隱私權(quán)的現(xiàn)代社會(huì)相信大多數(shù)人都接受不了。2LTE 系統(tǒng)21LTE 技術(shù)簡(jiǎn)介L(zhǎng)TE 能夠支持125MHz 、25MHz 、5MHz 、10MHz 、15MHz 和20MHz 等多種系統(tǒng)帶寬,在系統(tǒng)部署上具有很強(qiáng)的靈活性。LTE 增強(qiáng)了3G 的空中接入技術(shù),信號(hào)的覆蓋范圍大幅延伸。在20MHz 的帶寬下,能達(dá)到下行100Mbps 、上行50Mbps 的峰值速率,數(shù)據(jù)速率非常高。LTE 能在350km /h 的高速移動(dòng)的情況下達(dá)到良好的接收效果,移動(dòng)速度高4。2009年10月14日至2

15、1日,國(guó)際電信聯(lián)盟在德國(guó)德累斯頓舉行ITU-R WP5D 工作組第6次會(huì)議,確定LTE-Advanced 和80216m 為4G 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)候選技術(shù)。LTE-Advanced 得到國(guó)際主要通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)和制造企業(yè)的廣泛支持。運(yùn)營(yíng)商對(duì)于LTE 的青睞,無(wú)疑指明了LTE 發(fā)展的美好前景。22LTE 關(guān)鍵技術(shù)1正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing ,OFDM 。OFDM 是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。無(wú)線信道的頻率響應(yīng)曲線大多是非平坦的,而該技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道,將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,在

16、每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制,并且各子載波并行傳輸。OFDM 與一般的頻分復(fù)用的主要差別在于:它的不同載波的頻譜可以相互交疊,因此可以得到最佳的頻譜利用率。2多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output ,MIMO 。MIMO 多天線技術(shù)作為提高系統(tǒng)傳輸率的主要手段,也受到了廣泛關(guān)注。MIMO 系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線和多通道。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立,則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道。通過(guò)這些并行空間信道獨(dú)立地傳輸信息,數(shù)據(jù)速率必然可以提高。MIMO 將多徑無(wú)線信道與發(fā)射、接收視為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。2

17、3LTE 系統(tǒng)架構(gòu)從整體上說(shuō),與3GPP 已有系統(tǒng)類似,LTE 系統(tǒng)架構(gòu)仍然分為兩部分,如圖2所示,包括演進(jìn)后的核心網(wǎng)EPC (Evolved Packet Core network 和演進(jìn)后的接入網(wǎng)E-UTRAN 。LTE 接入網(wǎng)僅由演進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)B (evolved Node B ,eNB 組成,提供到UE 的E-UTRA 控制面與用戶面的協(xié)議終止點(diǎn)。eNB 之間通過(guò)X2接口進(jìn)行連接,并且在需要通信的兩個(gè)不同eNB 之間總是存在X2接口,如為了支持LTE_ACTIVE 狀態(tài)下不同eNB 之間的切換,源eNB 與目標(biāo)eNB 之間會(huì)存在X2接口。LTE 接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間通過(guò)S1接口進(jìn)行連接,7

18、增刊1寧祥峰等:基于LTE 系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)S1接口支持多對(duì)多連接方式5。與3G 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比,接入網(wǎng)僅包括eNB 一種邏輯節(jié)點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加趨于扁平化。這種扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來(lái)的好處是降低了呼叫建立時(shí)延以及用戶數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延,并且由于減少了邏輯節(jié)點(diǎn),也會(huì)降低運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本 。圖2LTE 系統(tǒng)架構(gòu)3基于LTE 的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)31物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與LTE 技術(shù)的結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的終端都需要以某種方式連接起來(lái),發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)種類也是多種多樣的,如聲音、視頻、普通信息數(shù)據(jù)等,考慮到方便性(需要數(shù)據(jù)線連接、信息基礎(chǔ)設(shè)施的可用性(不是所有地方都有方便的固定接

19、入能力以及一些應(yīng)用場(chǎng)景本身需要隨時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)就是在活動(dòng)狀態(tài)下,因此具有覆蓋廣、建設(shè)成本低、部署方便、具備移動(dòng)性的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將是物聯(lián)網(wǎng)最主要的接入手段。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在當(dāng)前的移動(dòng)通信中已經(jīng)有所應(yīng)用。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展直接結(jié)果是一個(gè)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、功能更強(qiáng)大的通信系統(tǒng)的產(chǎn)生,除了傳統(tǒng)的人與人的通信,設(shè)備與設(shè)備的通信(Machine-to-Machine ,M2M 也將得到迅速發(fā)展,而物聯(lián)網(wǎng)中的RFID 在其中扮演關(guān)鍵角色,因?yàn)镽FID 所具有的標(biāo)記、地址號(hào)碼和傳感功能能夠解決M2M 很多實(shí)際問(wèn)題。雖然設(shè)備本身不具有感知功能,但可利用支持RFID 技術(shù)的智能終端了解設(shè)備所處的環(huán)境,從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備

20、的數(shù)據(jù)讀取、狀態(tài)監(jiān)控和遠(yuǎn)程遙控等諸多業(yè)務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)中的UHF 頻段的RFID 技術(shù)通過(guò)電場(chǎng)來(lái)傳輸能量,抗干擾性較差,有效距離一般小于10m ,而且讀寫(xiě)終端的位置比較固定,這對(duì)實(shí)現(xiàn)物與物之間無(wú)障礙通信是一個(gè)很大的限制?，F(xiàn)在移動(dòng)通信網(wǎng)是覆蓋面積最廣闊的通信網(wǎng),如果能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)的融合,那么物與物之間的通信將成為現(xiàn)實(shí)。如果給每一個(gè)物都貼上一個(gè)標(biāo)簽,還有遍布各地的讀寫(xiě)器,物與物之間通信的容量非常大,現(xiàn)有的GSM 和3G 通信技術(shù)都不足以提供這么大的通信容量,采用頻譜效率非常高的LTE 技術(shù)是解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)方案。所以可以在讀寫(xiě)器上直接集成LTE 通信模塊,將讀寫(xiě)器直接改造成一個(gè)智能終端,并

21、且根據(jù)需要,這個(gè)終端可以完全具有手機(jī)的功能,這樣每個(gè)人的手機(jī)都可以成為一個(gè)讀寫(xiě)器。LTE 技術(shù)可以在20MHz 頻譜帶寬上提供下行100Mbps 、上行50Mbps 的峰值速率,具有非常高的頻譜效率。在組網(wǎng)方面,以LTE 為代表的4G 能夠真正實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入技術(shù)(包括局域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、家用局域網(wǎng)和自組織網(wǎng)絡(luò)等,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和有線寬帶技術(shù)的融合,這使得LTE 系統(tǒng)能夠真正提供“無(wú)所不在”的服務(wù)。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)通信主體的數(shù)量將是人的數(shù)量的百倍以上,目前的IPv4地址瀕臨耗盡,而IPv6在地址空間上大大增加,可以滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)IP 地址日益增長(zhǎng)的需求。IPv4實(shí)現(xiàn)的只是人機(jī)對(duì)話,而IPv6則擴(kuò)展到任意事物

22、之間的對(duì)話,它不僅可以為人類服務(wù),還將服務(wù)于眾多硬件設(shè)備,如家用電器、傳感器、遠(yuǎn)程照相機(jī)和汽車(chē)等。IPv6為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供了充足的地址資源,而LTE 系統(tǒng)又支持IPv6協(xié)議,可以允許容納足夠多的終端。32采用LTE 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與以LTE 為代表的4G 移動(dòng)通信技術(shù)的相互融合是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。本文設(shè)計(jì)了一種基于LTE 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),如圖3所示。此體系結(jié)構(gòu)主要包括三個(gè)部分:國(guó)家傳感信息中心、LTE 核心傳輸網(wǎng)和綜合接入網(wǎng) 。圖3基于LTE 系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)國(guó)家傳感信息中心,也叫“感知中國(guó)”中心,包括ONS 服務(wù)器、EPC-IS 服務(wù)器和內(nèi)部的中間件。由于標(biāo)簽中只存儲(chǔ)了

23、產(chǎn)品的EPC ,計(jì)算機(jī)需要一些將EPC 匹配到相應(yīng)產(chǎn)品信息的方法。ONS 服務(wù)器就是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的名稱解析服務(wù)器,被用來(lái)定位物聯(lián)網(wǎng)對(duì)應(yīng)的EPC-IS 服務(wù)器。EPC-IS 服務(wù)器就是一種物聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布服務(wù)器,提供了一個(gè)模塊化、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)和服務(wù)接口,使得相關(guān)數(shù)據(jù)可以在企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間共享。EPC-IS 服務(wù)器主要包括客戶端模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊三個(gè)部分。內(nèi)部的中間件負(fù)責(zé)提供一個(gè)服務(wù)器與LTE 核心網(wǎng)的接口,收集EPC 數(shù)據(jù),還可以集成防火墻的功能。大型企業(yè)也可以建立自己的EPC-IS 服務(wù)器。8計(jì)算機(jī)應(yīng)用第30卷LTE核心傳輸網(wǎng),主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的可靠傳輸,和原有的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的互聯(lián)網(wǎng)作

24、用類似,主要包括基站和移動(dòng)管理實(shí)體兩部分。移動(dòng)管理實(shí)體中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備適合將多種接入手段整合起來(lái),統(tǒng)一接入到電信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備,網(wǎng)關(guān)可滿足局部區(qū)域短距離通信的接入需求,實(shí)現(xiàn)與公共網(wǎng)絡(luò)的連接,同時(shí)完成轉(zhuǎn)發(fā)、控制、信令交換和編解碼等功能,而終端管理、安全認(rèn)證等功能保證了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的質(zhì)量和安全。綜合接入網(wǎng)部分支持不同的終端接入。圖3中左下角的LTE收發(fā)信機(jī)只提供收信息和發(fā)信息的功能,應(yīng)用模式和圖1的物聯(lián)網(wǎng)EPC系統(tǒng)工作示意圖相同。綜合接入網(wǎng)可以把無(wú)線傳感網(wǎng)直接通過(guò)具有讀寫(xiě)器、中間件功能的智能站接入LTE系統(tǒng),此智能站可以收集所轄范圍內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)。也可以把讀寫(xiě)器、中間件直接集成到LTE手機(jī)里,

25、現(xiàn)在手機(jī)已經(jīng)非常普及,如果手機(jī)都具有讀寫(xiě)器功能,可以大大增加收集標(biāo)簽的地域范圍。還可以通過(guò)手機(jī)、筆記本電腦等各種終端進(jìn)行查詢和更新EPC-IS服務(wù)器產(chǎn)品信息。33物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合LTE系統(tǒng)的問(wèn)題現(xiàn)在國(guó)內(nèi)3G正式商用也沒(méi)多長(zhǎng)時(shí)間,LTE的標(biāo)準(zhǔn)化工作才基本完成。2009年底,由華為提供端到端解決方案的全球首個(gè)LTE商用網(wǎng)絡(luò)在挪威奧斯陸正式運(yùn)營(yíng)。雖然現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)通了實(shí)驗(yàn)網(wǎng),LTE進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)部署階段,但是由于采用了全新的技術(shù)和架構(gòu),技術(shù)還不算成熟,更不要說(shuō)集成了讀寫(xiě)器模塊的LTE智能手機(jī)了。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)在零售業(yè)和物流業(yè)、交通領(lǐng)域制造業(yè)、安全領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域等得到部分應(yīng)用,但進(jìn)一步的拓展應(yīng)用仍存在著標(biāo)準(zhǔn)和頻率問(wèn)題

26、、標(biāo)簽和硬件的經(jīng)濟(jì)性、隱私問(wèn)題,以及供應(yīng)鏈成員間的信息共享問(wèn)題等障礙。雖然LTE技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)在還都不成熟,還存在各種各樣的問(wèn)題,但是兩項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模融合應(yīng)用只是時(shí)間的問(wèn)題,兩項(xiàng)技術(shù)的融合是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。4物聯(lián)網(wǎng)在供應(yīng)鏈的應(yīng)用采購(gòu)、存儲(chǔ)、包裝、裝卸、搬運(yùn)、運(yùn)輸、流通、加工、配送、銷(xiāo)售和服務(wù)都是物流鏈上不可或缺的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)和業(yè)務(wù)流程,它們之間既相輔相成又相互制約。在物流運(yùn)作時(shí),企業(yè)必須實(shí)時(shí)精確掌握物流環(huán)節(jié)的商流、物流、信息流和資金流等。物聯(lián)網(wǎng)能夠在物流諸多環(huán)節(jié)上發(fā)揮關(guān)鍵作用,這些環(huán)節(jié)包括零售環(huán)節(jié)、存儲(chǔ)環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)和配送分銷(xiāo)環(huán)節(jié)。下面以一罐啤酒為例來(lái)說(shuō)明,當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用時(shí)的供應(yīng)鏈管理過(guò)程6

27、如下。1啤酒生產(chǎn)公司給它生產(chǎn)的每一罐啤酒加上一個(gè)射頻識(shí)別標(biāo)簽。2公司用全自動(dòng)、成本效益高的方式,對(duì)啤酒進(jìn)行識(shí)別、計(jì)數(shù)和跟蹤。啤酒裝箱后,裝進(jìn)帶標(biāo)簽的貨盤(pán)。3貨盤(pán)出廠時(shí),裝貨站門(mén)口的RFID讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻波射向智能標(biāo)簽,啟動(dòng)這些標(biāo)簽同時(shí)供其電源。4標(biāo)簽發(fā)射各自的EPC,讀寫(xiě)器收到貨物EPC信息。5讀寫(xiě)器與運(yùn)行中間件的系統(tǒng)連接,將收集的EPC傳送給中間件,中間件通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)向ONS服務(wù)器發(fā)出EPC, ONS返回EPC-IS服務(wù)器的IP地址,世界各地的授權(quán)的中間件系統(tǒng)都可以讀取并增添EPC-IS服務(wù)器中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。EPC工作示意圖見(jiàn)圖1。6貨盤(pán)抵達(dá)裝運(yùn)公司的集散中心。經(jīng)過(guò)卸貨區(qū)的讀寫(xiě)器后,啤酒直

28、接裝上貨車(chē)。7在高速路收費(fèi)站以及一些重要路口安裝有讀寫(xiě)器,貨物在經(jīng)過(guò)這些讀寫(xiě)器時(shí),把貨物運(yùn)送信息更新到EPC-IS服務(wù)器;也可以通過(guò)具有讀寫(xiě)器、中間件、GPS的LTE智能手機(jī)把貨物的位置實(shí)時(shí)傳送到EPC-IS服務(wù)器。8送貨車(chē)抵達(dá)超市,而超市一直在通過(guò)EPC系統(tǒng)跟蹤這批貨物的運(yùn)送,啤酒經(jīng)過(guò)裝有讀寫(xiě)器的超市倉(cāng)庫(kù)門(mén)口時(shí),EPC 系統(tǒng)把貨物進(jìn)入超市倉(cāng)庫(kù)信息增加到EPC-IS服務(wù)器。9超市零售貨架上裝有讀寫(xiě)器,貨架如果空了,提示服務(wù)員把倉(cāng)庫(kù)貨物上架。10若一個(gè)顧客拿走了兩罐啤酒,同樣把這樣的信息增加到EPC-IS服務(wù)器,超市和啤酒公司都可以通過(guò)EPC系統(tǒng)掌握銷(xiāo)售了兩罐啤酒。11顧客可以通過(guò)超市的查詢終端

29、查詢這兩罐啤酒的信息,辨別購(gòu)買(mǎi)商品的真?zhèn)巍?2顧客不必經(jīng)過(guò)收銀臺(tái),直接推著貨物走,裝在超市門(mén)口的讀寫(xiě)器可以通過(guò)貨物的EPC,辨認(rèn)購(gòu)物車(chē)?yán)锏呢浳?顧客只要刷卡結(jié)算即可離開(kāi)。13顧客回到家中,冰箱更新其記錄,記下新買(mǎi)的啤酒。當(dāng)主人喝完這些啤酒時(shí),冰箱將在自動(dòng)購(gòu)物單上添加這一項(xiàng)。14當(dāng)啤酒罐送到回收利用中心時(shí),RFID讀寫(xiě)器將自動(dòng)分揀,舊啤酒罐送回原廠家,經(jīng)過(guò)消毒衛(wèi)生處理后,更新標(biāo)簽中的EPC信息并重新利用。啤酒罐和標(biāo)簽的重復(fù)利用既綠色環(huán)保又可以減小物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的成本。每件商品的信息在這個(gè)過(guò)程中被精確記錄,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),在全球高速傳輸,于是分布在全球各地制造商,每時(shí)每刻都可以準(zhǔn)確地獲得自己產(chǎn)品的銷(xiāo)售

30、和倉(cāng)儲(chǔ)情況,從而及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)和供應(yīng)。5結(jié)語(yǔ)盡管目前的物聯(lián)網(wǎng)和LTE系統(tǒng)尚處于初級(jí)階段,在成本、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模化方面還有待完善。LTE可以成為物聯(lián)網(wǎng)背后的有力推手,更高速的網(wǎng)絡(luò)帶寬使得所有局部細(xì)小的傳感網(wǎng)絡(luò)能夠有機(jī)聯(lián)系在一起,其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有文本、語(yǔ)音及視頻等多種形式的選擇,LTE網(wǎng)絡(luò)的建成讓互聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)角度不再受限,可以根據(jù)各行業(yè)間的不同要求孵化出適合的行業(yè)終端和應(yīng)用。移動(dòng)通信網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,將極大地延伸傳統(tǒng)通信業(yè)的領(lǐng)域,使人與人的通信延伸到物與物的通信、人與物的通信。特別是隨著RFID等識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)和短距離無(wú)線技術(shù)的發(fā)展和普及,配備無(wú)線通信功能的傳感器和控制芯片,將附著在物體、動(dòng)物和植物之

31、上。人們可以在任意時(shí)間、任意地點(diǎn),使用任意工具,與任何客戶端(包括人、手機(jī)、電腦、電視、冰箱、電子音響及任何設(shè)備或物品實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接并交換信息,人類將邁進(jìn)一個(gè)人與物、物與物相互連接的無(wú)處不在的物聯(lián)網(wǎng)世界。本文提出了一種LTE技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合架構(gòu),研究了基于新架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以和無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN、超寬帶(Ultra-WideBand,UWB、WiMAX、Bluetooth和Zigbee等技術(shù)融合,以支持不同的應(yīng)用需求。LTE與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,將全面加速手機(jī)支付、物流監(jiān)控、交通管理、物業(yè)管理、工業(yè)控制等行業(yè)應(yīng)

32、用的發(fā)展步伐,成為移動(dòng)通信行業(yè)應(yīng)用的重要切入點(diǎn)。(下轉(zhuǎn)第39頁(yè)9增刊1寧祥峰等:基于LTE系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,從VoIP 的延遲、抖動(dòng)和丟包率方面,建立在IEEE 80211g 標(biāo)準(zhǔn)之上的VoIP 比IEEE 80211b 標(biāo)準(zhǔn)具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)。這是由于IEEE 80211b 標(biāo)準(zhǔn)只能接收CCK 格式的數(shù)據(jù),能夠提供的數(shù)據(jù)速率較低,而對(duì)于IEEE 80211g 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō),它兼容了IEEE 80211b 標(biāo)準(zhǔn),而且還可以接收OFDM 格式的數(shù)據(jù)。在無(wú)線電通信中,其傳輸通道的頻率響應(yīng)曲線一般比較陡峭,引入正交頻分復(fù)用技術(shù),就是把指定的信道細(xì)分,使之成為眾多的窄信道

33、,這些窄的信道相互正交,在每個(gè)窄的信道上,使用子載波進(jìn)行調(diào)制,各個(gè)子載波相互獨(dú)立,獨(dú)立發(fā)送信號(hào)。通過(guò)這種方法處理后,每個(gè)信道比較平緩,在每個(gè)信道上進(jìn)行窄帶傳輸,信號(hào)的帶寬與信道的帶寬相比較小,于是能夠有效地消除信號(hào)之間的相互影響。由于各子信道的載波相互正交,其頻譜相互重疊,頻譜得到有效的利用,使IEEE 80211g 的數(shù)據(jù)傳輸率明顯大于IEEE 80211b 的數(shù)據(jù)傳輸率。在IEEE 80211g 標(biāo)準(zhǔn)上運(yùn)行VoIP ,具有比IEEE 80211b 更加流暢,同時(shí)在保證性能的前提下,能提供更多的通話數(shù)量。IEEE 80211g 標(biāo)準(zhǔn)比IEEE 80211b 標(biāo)準(zhǔn)能夠承載更多的數(shù)據(jù)訪問(wèn),有著更

34、廣闊的應(yīng)用前景 。圖5IEEE 80211b 標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)得的丟包率圖6IEEE 80211g 標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)得的丟包率4結(jié)語(yǔ)無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的普及,使得基于IEEE 80211的VoIP 電話應(yīng)運(yùn)而生。然而,在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的傳輸有其自身的特點(diǎn),在WLAN 環(huán)境下為VoIP 提供QoS 支持,延遲、抖動(dòng)以及丟包率是影響QoS 的主要因素。本文對(duì)IEEE 80211b 標(biāo)準(zhǔn)及IEEE 80211g 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較,后者采用了CCK 技術(shù)與前者保持兼容,還采用了OFDM 技術(shù),使得性能得到明顯的提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在IEEE 80211g 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)中,VoIP 在延遲、抖動(dòng)和丟包率方面比I

35、EEE 80211b 具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此,基于IEEE 80211g 的VoIP 電話在未來(lái)的無(wú)線IP 網(wǎng)絡(luò)中將占有越來(lái)越重要的位置。參考文獻(xiàn):1IEEE Std80211Wireless LAN Medium Access Control (MACand Physical Layer (PHYspecificationSIEEE，19992IEEE Std80211bHigher-speed Physical Layer (PHYextension in the 24GHz bandSIEEE，20013IEEE Std80211aHigher-speed physical layer i

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