物联网中移动通信技术的探析

陆 俊，刘 军，刘 涛

（国网安徽省电力有限公司信息通信分公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

随着现代虚拟网络与现实环境之间的关系不断加深，人们开始广泛使用物联网技术。例如，在不同地区建立区块链，并在各区块链内安设网络通信节点。此时，只要各节点之间能够通信，就构成了最基本的物联网框架，能够使得虚拟网络进一步融入生活与工作。由此可知，要实现物联网的应用，必须使其内部的通信节点相互连接。因此，通信技术的应用必不可少。但是，在不同物联网环境中，网络通信节点不一定是固定的，网络通信节点有可能具有移动能力，而此时传统通信技术不再适用。因此，如何在物联网中应用移动通信技术成为重点。

1 物联网及移动通信技术的基本概念

1.1 物联网

物联网是一种结合了虚拟网络功能与现实设备功能的网络架构，能够将虚拟网络功能通过现实设备作用于现实事件。例如，先构建一个虚拟网络智能逻辑，再将逻辑与视频采集设备（现实设备）连接，此时智能逻辑能够分析视频采集设备所得信息，并根据知识库对其进行识别，而识别结果会生成对应的指令，指令将使得相关设备根据现实情况作出正确反应。这说明在某种工作中可以通过物理网取代人工完成作业，同时因为物联网的运作逻辑比较客观和准确，较于人工具有效率和准确性等方面的优势，所以物联网具有较高的应用价值。

物联网作为一种网络架构，必然与互联网存在紧密联系，不能将其视作一个独立架构。物联网在本质上具备两个基本特征。一方面，物联网中必然存在具有网络应用能力的设备，如传感器和摄像头等。此类设备具备数据采集能力，根据所选类型与型号，能够采集各类不同数据，即传感器能够采集温度、风速以及振动频率等数据，而摄像头则可以采集图像数据。因此，此类设备不但是物联网应用中必不可少的设备，也是实现物联网各项功能的要素。另一方面，物联网中必然存在虚拟网络逻辑，如大数据和云计算技术下的智能逻辑。这种逻辑不仅赋予物联网自动运作的能力，而且赋予了物联网智能识别的能力。例如，通过庞大的数据采集功能，使得物联网终端掌握现实情况，再根据逻辑中预设信息的特征进行识别生成指令，最后利用通信渠道传输到现实设备来执行指令。因为现实情况比较复杂，相同的功能需求可能存在不同的表现形式。例如，人脸识别中，智能逻辑能够使物联网终端主动记录人脸，代表物联网通过智能逻辑会进行学习，学习完成后下一次即可进行识别。这是智能与自动的区别，显然这种表现方式使得物联网自动化获得了进一步发展，能够为人们的生活带来更多便利。因此，智能逻辑成为现代物联网的标配[1]。

此外，虽然物联网形式众多，但基本架构均存在两个方面的通信需求。一方面是物联网与物联网之间的通信需求，即物联网的广泛应用使得其架构涉及面积越来越大，单独设立一个物联网节点已经不能满足大面积运作需求。此时，在物联网框架上出现了区块链的概念，可以将两个物联网涉及面积视作一个区块，并在范围内依照实际需求构建两个物联网框架。因为现实工作需求，两个框架需要相互通信，所以形成了物联网与物联网之间的通信需求。该需求通常涉及到远距离甚至超远距离通信，因此非常考验通信技术的性能。另一方面是物联网内部的通信需求，即根据物联网基本架构内的两个特征可知，传感器一类设备的主要功能在于采集数据，此时如何将采集的数据实时传输到终端成为值得思考的问题。必须在传感器类设备与终端之间建立通信渠道，才能保障物联网获得运作基础，这就是物联网内部通信需求。这种需求一般涉及到近距离和远距离（很少有超远距离）通信，但通信两端可能存在移动性，因此通信技术要做出适应性调整[1]。

1.2 移动通信技术

移动通信技术是现代通信技术经过长期研究得出的新型移动技术，为人们的生活与工作带来了巨大便利。移动通信技术最突出的特征是可移动性，即移动通信设备在移动状态下依旧可以保持通信稳定，人们能随时随地进行通信。移动通信技术的原理在于信号传输，即在通信范围内设置一个信号中转站负责接收双向传输的信号，再将信号依照传输方向发送给另一端实现通信。这种应用方式在长期发展下已经可以做到实时传输，基本不会出现延时误差。可见，现代移动通信技术已经接近成熟，具有较高的应用价值[2]。

随着移动通信技术的不断深入与普及，人们开始对该项技术的应用方式进行深入研究，逐渐将技术引入不同领域，其中包括物联网领域。该项技术的使用能够全面满足物联网中的两个通信需求。一方面，面对物联网与物联网之间的通信需求，现代移动通信技术的涉及面积基本已经覆盖全国，在绝大部分情况下都足以支撑大面积通信，同时能保障通信信号的强度和稳定性，避免出现通信质量差的现象。因此，将移动通信技术分别放置在两个物联网区块内即可帮助物联网实现区块链。另一方面，移动通信技术能满足物联网内部通信需求。移动通信技术在不同领域的应用形式不同，因此要将该项技术充分应用于物联网通信，必须针对通信需求进行研究，这是该项技术在物联网中应用的关键。

2 物联网中移动通信技术的应用方式

2.1 应用形式一

图1为移动通信技术应用形式1，适用于物联网与物联网之间的通信需求。在应用形式中，将两个物联网的区块视作通信节点A和通信节点B。两个节点的自身架构一致，均具备数据采集和信号发出能力。此时，在两个节点之间构建移动通信层（移动通信层由通信渠道与信号中转站组成），使得两个节点之间存在交互通信关系。这一条件下，通信节点A可以通过自身具备的数据采集设备，采集节点周边现实情况的信息发送给相关设备。信号接收设备通过通信渠道将信号发送给信号中转站，通过中转站的调度，使通信节点B接收到通信节点A传输来的数据。同理，从通信节点B出发，图1中通信节点B直接与信号中转站连接，能够将自身采集的数据发送给中转站（如果通信节点与信号中转站之间的距离较远，则同样需要在节点与中转站之间建立一个通信渠道，图1中因为距离较近，所以并未描述），依照相反路径将信息发送给通信节点A，由此完成交互通信。值得注意的是，应用形式1中，移动通信技术的可移动性体现在定位技术和移动终端上。移动终端泛指现代普及的智能手机和笔记本电脑等设备，具备在移动状态下依旧能稳定接收和接入信号的能力。可以将其视作通信节点A或者通信节点B，各节点内的数据采集设备与信号发出设备都集成在此类设备中，能通过此类设备对数据采集设备与信号发出设备进行一键式操作。使用定位技术可以定位指定移动终端，此时即使移动终端处于移动状态，信号依旧能准确无误地向通信节点发出，节点自然也能随时随地接收信号，便于人工查阅[2]。

图1 移动通信技术应用形式1

2.2 应用形式2

图2为移动通信技术应用形式2，适用于物联网内部通信需求，如移动终端设备与数据采集设备、信号发出设备、指令执行控件之间（应用形式1中通信节点A和通信节点B也是采用这种方式）。该方式能应用于移动终端设备与控制终端的通信连接。应用形式2中，物联网内的各个构成部分依旧保持交互通信关系。运作中，通信节点A可以采用这种通信方式驱动数据采集设备和信号发出设备，实现数据采集与信号发出；发出的信号会沿着通信渠道进入信号中转站，经中转站调度被控制终端接收；控制终端能根据智能逻辑判断通信节点A处的现实情况，并生成对应的控制指令；指令生成后将沿着信号中转站和通信渠道被通信节点A接收，此时通信节点A会将指令发送给指令执行控件，促使控件根据指令进行运动，最终落实指令。指令落实的情况依旧会被数据采集设备获取，依照以上通信路径再次发送给控制终端，终端继续重复以上逻辑。循环可根据现实情况的变化进行调整，直至现实情况没有异常或目的被完整落实。应用形式2中通信技术的可移动性体现与应用形式1相同。

图2 移动通信技术应用形式2

值得注意的是，应用形式1和应用形式2中提及的信号中转站除了具备信号调度功能以外，还具备信号格式转换功能。物联网中，很多传感器采集得到的信号都是电子格式。其他通信节点或控制终端受格式限制，不能直接读取信号内所包含的数据，如果不进行格式转换，将导致物联网移动通信停滞。所以，当电子格式信号被发送到信号中转站时，为了避免发生此类现象，中转站普遍会使用换能器等设备将信号转化为数字格式。此时，其他通信节点或控制终端可以进行读取，这是移动通信技术在物联网中应用的重要环节，不可忽视。

3 物联网中移动通信技术面对的问题

我国现代移动通信技术已经接近成熟，且展现出了较高的应用价值，但依旧存在很多需要改进的地方，大体分为物理环境下的干扰防护和数据信号传输安全两个方面。

3.1 物理环境下的干扰防护

移动通信技术的应用，使物联网内的各通信节点或终端在移动状态下也可以使用，促进了物联网的应用和发展。但是，实现可移动功能的同时，它也导致通信节点或终端面临很多特殊环境。环境中的一些干扰因素可能会导致通信受阻，而现代移动通信技术的信号通信强度还不足以应对这些干扰。在此类环境因素干扰下，设备依旧可能出现通信中断、断续以及大幅衰减等不良现象。物理环境中对物联网移动通信技术应用的负面影响因素有很多，如铁路隧道。当通信节点或终端在移动状态下进入隧道后，会因为高铁移动速度太快、隧道周边缺乏信号中转站以及较厚的墙壁等因素，使得信号难以在隧道环境下被通信节点或终端接收。此时，虽然通信节点或终端在短时间内可以离开隧道，但在某些情况下可能导致物联网出现误差。因此，在干扰防护方面，物联网移动通信技术还有待改进，应当注重信号强度。

3.2 数据信号传输安全

在物联网中，交互通信的数据信号具有现实价值，与现实层面上的经济等因素存在关联。因此，数据泄露可能导致经济或其他层面的损失。应用移动通信技术，通信节点或终端会进入不同的网络环境，加之相关人员不重视网络安全的防护，会导致网络环境中的某些危险因素通过移动通信环境进入物联网进行非法操作。例如，某人想要连接WiFi查看物联网内信息，而某些WiFi网络环境内存在风险，攻击者就可能通过网络监控手段窃取相关数据。因此，网络安全是移动网络通信和物联网发展中急需重视的问题。

4 结 论

分析物联网中的移动通信技术，阐述物联网与移动通信技术的基本概念、物联网中移动通信技术的应用方式以及物联网和移动通信技术发展面对的问题，可知物联网与移动通信技术是现代社会生活与工作不可或缺的要素，且两者之间存在密切关系。移动通信技术是支撑现代物联网运作的基础，而物联网是体现移动通信技术应用价值的重要一环。因此，如何正确建立物联网与移动通信技术之间的关系非常重要，尤其是移动通信技术在物联网中的应用方式。而根据文中提出的应用方式，能够在现有技术水平下构建一个完善的物联网移动通信环境，可起到在移动状态下支撑物联网各功能运作和整体通信的作用。