发布时间：2023-10-13 09:37:46
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的物联网通信技术的发展样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
随着计算机软件开发技术的不断进步，开发出功能全面的手机操作系统，手机也愈发的智能化，传统的仅仅能接入互联网的移动通信服务已经不能满足人们的需求了。因而，推出将物联网技术与移动通信技术相结合的新型服务成为了移动公司科研部门需要去研究的工作。
1 物联网定义、组成结构及其特点概述
将网络技术应用于万物，是对物联网最直接的表述。物联网的英文全称是Internet of Things，是指将无处不在的终端设备和应用设施，例如具有智能化能力的传感器、移动终端设备、工业工程系统、电子数控系统、家庭数字智能设备等， 与周围安装有无线终端接收设备的个人与车辆等等连接，通过各种无线或有线发射接收技术，在长距离或短距离的通讯上，实现不同类型的网络之间的互联互通效果。在各种网络环境下，采用保障终端设备信息安全的机制，为各联接终端提供安全可控甚至是具有个性化的实时在线监测、定位搜索、报警联动、调度指挥等管理方式和服务功能，实现网络技术对“万物”的“高效便捷、节能环保、安全放心”的“管理、防控、经营”一体化功能。
构成物联网的框架部分由3部分组成，它们分别是：控制整个物联网的核心能力，让物联网具有感知能力的感知层，感知层反应着物联网的技术含量，是开发部门追求进步的重要一层；接下来就是以移动通信网络为根本，技术最为成熟，各方面都是最全面的，只有经过小部分完善的网络层；最后一层是应用层，面对的是移动终端的用户，通过物联网技术将企业的信息展现到终端用户面前，为终端用户提供全面高效的服务方案，整个物联网具有着融合企业信息、提供资源开发利用、保障信息安全的开发能力。物联网系统主要包括有：支撑服务运营的系统、虚拟空间中的传感网络系统、终端业务服务的应用系统、作为连接基础的无线通信网系统等组成。
过去的互联网是基于计算机技术而开发出来的信息技术，现今的物联网技术所取用的核心部分依然是互联网技术，物联网技术只是对互联网所能实现的功能进行扩展和延伸，达到物体与物体的连接。由于物理材料、物理技术的升级，通过光感技术、红外技术、等等，物联网技术能快捷的使两种不同的行业产生联系，使得像超市、护肤品专卖店等这类实体经营店也能通过网络技术产进行交流。总的来讲结合力物联网的移动通信有以下几个方面的特点。
1.1 物联网技术服务的对象更广
过去的移动互联网由于技术条件的限制，服务对象局限于移动终端，没有将这些对网络服务需求高的大量的实体类的客户端纳入网络空间去，服务效应明显低下了很多，而物联网技术的引入刚好满足了这类对网络应用需求高客户群体，方便了实体类的客户端对人们的快捷服务，填补了之前服务所达不到的空缺部分，扩大了通信公司服务的范围。
1.2 物联网缩短了服务的反应时间
以往人们需要社会设施服务的时候，需要很长一段时间才能得到。物联网则彻底缩短了人们申请服务的反应时间，需求人群只要通过物联网或者使用物联网上提供此类服务的APP一个简单的需求信息，能提供该类服务的从业人员在接到需求信息之后就能快速反应，到达需求人群身边解决所遇到问题或是提供需要的服务，经过物联网的提速，使得生活变得更简单方便了。
1.3 物联网个人信息保护更高
物联网技术是在互联网技术的基础上发展起来的，在保护用户个人信息发面已经有了经验，再加上新的加密解密技术，物联网对用户信息保护的能力更加提升了一个环节，物联网保护信息的能力更高。
2 物联网技术下移动通信技术的应用与发展探究
我国通信行业经过了互联网时代的升级，有了长足的进步，但物联网是一种新的技术，未来的上限需要经过不断的探索才能确定，因而笔者提出以下几点建议。
2.1 加快物联网与移动通信技术的结合进程
每一项新技术的出现到为大众带来福利都是需要一个时间发展的过程来完成的，物联网技术作为互联网技术的扩展，有互联网技术运作所打下的经验基础。因此，物联网与移动通信技术的结合进程要加快。移动物联网的发展，为用户生活创造便利，更为移动通信行业开展出新的业务创造出前提和准备。通信公司要发掘通信领域内的技术优势，充分运用终端平台的高度智能特性，开发出便捷服务于广大群众同时又支持这类智能平台的APP软件，使广大群众能充分体验到物联网对改变生活、服务生活的优势。通信公司要注意到的是，公司要通过电话调查、问卷调查，等等方式来获取广大用户对公司所开展的这些服务的感受、看法，了解带终端使用者对需求，这样技术开发部门才能开发出符合用户需要的应用软件。
2.2 增强网络监管力度，打击网络违法行为
网络科技的不断进步，各种各样的犯罪分子也趁机利用网络的力量来实施各种违法犯罪行为，各种层出不穷的电信电话诈骗，欺骗老年人，套取老年人的个人信息，给老年人的晚年生活带来了不快。因而，物联网技术下的移动通信技术要不断的提升网络监管力度，协助警方打击这些通过网络来违法犯罪的行为。同时在用户信息保密上也要加强管理，很多带有骚扰性质的电话就是因为通信行业对用户信息的保管不利，被一些黑客盗取了数据库内客户的信息资料，不断的向被盗信息的客户打骚扰电话，影响日常生活，这都是物联网管理要注意的地方。
[关键词]车联网;专用短程通信（DSRC）;LTE-advanced
中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0209-01
0 引言
车联网作为有一种有巨大发展的新兴网络，是未来智能交通系统的主要载体。车联网可以全程监控每辆车和每条道路，进而改善交通效率，提高交通安全，提供更加愉悦的乘车体验。车联网的实现需要车辆之间频繁及时可靠的信息交互，因此选定合适的无线通信技术则显得极为重要。用于支持车辆网通信的无线通信技术可以涵盖现有的任何无线通信技术，如2G，3G，卫星，红外，5GHZ微波，移动无线宽带技术等。
1 车联网概述
车联网（Vehicle Ad Hoc Networks，VANET）是移动自组织通信网络的一种特例，是一种自组织、结构开放的车间通信网络，主要是由车载单元（On-board units，OBUs）和路边单元（Roadside units，RSUs）组成。VANET运用车载传感器和GPS卫星定位系统，通过无线通信技术、信息采集和传输技术将车辆工具交通基础设施、交通管理人员有机结合起来，形成智能化新型移动互联网络，从而实现移动通信，信息管理，增值服务的综合应用，提高道路交通效率与驾驶安全性、舒适性，满足用户在车载环境中的服务质量和娱乐需求。
VANET主要的特点是节点移动具有规律性，即车辆沿着既有的道路行驶，运动路径受到道路分布的限制，有明显的规律性，可以基于路径规划或地图等信息进行预测;网络拓扑受限，车辆移动速度快，VANET的拓扑始终处于频繁的变化中，网络的连通性也会不断发生变化，网络连接难以维持;消息传播具有方向性，受地理位置的限制，VANET的数据通信往往与地理位置有关，有一定的方向性。
2 车联网的通信技术
车联网无线通信技术主要依赖两种技术：短距离无线通信和远距离的移动通信。前者主要是RFID和WIFI等短距离通信技术，专门针对车辆运动特性和时延敏感特性制定，在车辆密度适当的环境下可以提供可靠的安全信息传输服务，可以通过无线射频设备感知识别对象目标，并获取数据。而后者主要是GPRS、3G、LIE、4G等移动通信技术。随着大数据、云计算、无线通信技术的快速发展，为车联网络的具体服务应用提供了坚实的网络支撑。
3.1专用短程通信（DSRC）
专用短程通信（Dedicated short range communications， DSRC）技术是针对于智能交通系统领域（ITS）中，车辆和道路基础设施间的信息交换而开发的一种适用于短距离的快速移动的目标识别技术。它可以提供高速的无线通信服务，并且能保持传输延时短和系统的可靠性。其在延迟、移动性、通信距离方面有着无可替代的优势，特别适用于车辆安全应用。目前全球范围内的大多车路协同项目的研究，均采用DSRC技术建立车辆网络。
DSRC是基于IEEE制定和完善的WAVE/802.11p协议族。IEEE 802.11p具有易部署、成本低、技术成熟及ad-hoc模式下支持V2V通信的优势。其定义了汽车与其它实体进行无线通信的物理层与MAC层，在这个标准协议之上是IEEE 1609，其定义了MAC层一直到应用层的通信协议栈。DSRC可以在车辆数量不是很多的情况下，完成交通管理通信服务。然而，该技术在车辆密度比较大的场景中，不能保证安全信息可靠及时的传输，有时也会引起广播风暴、无法保证QoS等问题。此外，由于其有限的覆盖范围及缺乏像蜂窝网一样无处不在的路边设备，IEEE 802.11p只能提供间歇性和短暂性的V2I链接。这便引发了对LTE-advanced作为车联网无线通信技术的研究。
3.2 LTE-advanced
随着移动通信应用的不断发展，人们对网络容量、带宽和速率提出了更高要求，为了满足不断增长的需求，3GPP提出并制定LTE-advanced标准。LTE-advanced技术采用了载波聚合、上下行多天线增强、多点协作传输、中继等关键技术，极大优化了系统容量，提高网络峰值速率、频谱效率和传输时延等关键性能，同时也提高整个网络的组网效率。这使得LTE-advanced系统成为未来无线通信发展的潮流。
LTE-advanced标准的上、下行峰值速率分别可以达到500Mbps和1Gbps，可以支持大量终端同时接入并提供服务，还可以提供高密度、可管理的通信，支持保障。此外，3GPPLTE/LTE-advanced还引入了一些新的技术特性，包括多媒体广播多播业务MBMS，机器类通信语言MTC，D2D等，这些都将为实现车联网通信提供思路和技术手段。MBMS是一个重要特性，是为了实现从数据源向特定范围内多个用户同时传送数据的一种点到多点的业务，可以共享网络资源，提高资源利用率，实现以较少的资源为大量具有相同需求的用户同时提供业务;MTC是3GPP中对M2M的别称，标准规定了一些适用于车联网通信的特性，如小数据量传输，组优化，优先警示等。在一些场景中和车联网通信具有相似性，如短时间内大量终端同时接入需求，高频次小数据通信等。在更高的数据信道带宽之外，针对车联网通信，移动通信网络的改进目标主要针对大量终端的接入以及时延敏感的小数据应用所需要的QoS保证需求。MTC中基于组的通信机制可以有效减小eNodeB接入信道的阻塞，并减小信令开销。这些特征都为移动通信技术支持车联网通信提供了更可靠的保证。Device-to- Device（D2D）是LTE-advanced网络中的一种端到端通信技术，是通过重用宏蜂窝用户资源来实现的。D2D技术支持小区用户之间直接进行通信，通过重用网络频带资源带来很多优点，可以增加LTE-advanced的频谱利用效率，有效改善无线通信系统频谱资源匮乏的问题，并且可以降低终端发射功率，节能降耗，减小小区负载并保证QoS提供新的服务。在一些场景中和车联网通信具有相似性。因此，LTE-advanced技术的不断发展和新特性的不断引入为移动蜂窝网络支持车联网提供了无限可能。
4 结语
IEEE WAVE/802.11p是目前支持车联网通信的主要通信协议，但在车辆密度较大的场景中，该协议族不能保证安全信息的及时可靠送达。因此，我们探讨了新一代移动通信网络LTE-advanced系统所具有的一系列关键技术和新特性，如MTC，MBMS和D2D和技术，这些新技术拥有支持车联网通信的巨大潜力。
随着移动互联网、物联网技术的快速发展，车联网产业的不断壮大，接入网络的车辆节点和路边单元节点也越来越多，引入的网络结构多种多样，将形成不同网络结构共存的局面，影响车联网内各子网络之间的信息共享和数据互联，需要车联网在不同的应用场景下匹配到相应的通信技术，将LTE-advanced技术与DSRC技术结合可以实现车辆识别，车间通信，车路通信，车辆道路信息的传输和共享，搭建车联网数据传输的立体化模式，构建一个有效并且智能的交通体系，为用户提供更好的通信保障。
参考文献
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[2] 许.LTE-advanced关键技术对车联网通信的支持与改进[D] 北京邮电大学，2013
[3] 任开明，李纪舟，刘玲艳，宋文颖 车联网通信技术发展现状及趋势研究[J].通信技术 2015（5）
关键词：电力物联网；泛在电力物联网；接入网技术；光纤接入网技术
2019年国家电网提出“三型两网，世界一流”的发展目标，明确指出打造“两网”的建设目标。其中，两网不仅包括坚强智能电网，实现各级网络的协调统一运行，更加重要的是突出了泛在电力物联网的建设，实现了电力系统万物互联，人机交互，具有全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活性的特点[1]。但是在实际应用过程中，泛在电力物联网的接入网技术还没有进行基础确定，对泛在电力物联网的具体应用产生了一定的影响。因此，加强对泛在电力物联网的接入网技术的研究具有重要的实际意义。
1泛在电力物联网概述
泛在电力物联网是国家电网提出的“三型两网”建设和运营目标，能够在一定程度上提升企业的核心竞争实力，促进企业综合能力的提升，有助于提升企业积极应对来自内外的挑战。合理应用泛在电力物联网，可确保电网系统安全运行，并实现精细化管理，提升投资效益，提升电力系统的服务质量，最大程度上体现了电网的独特优势。泛在电力物联网的总体结构不仅涵盖了感知层、网络层，而且还包含了平台层和应用层，四个部分的结构对整体物联网的架构正常运作起到了举足轻重的作用。感应层主要是对通信技术标准进行统一，扩展信息接收范围。对终端数据信息进行采集，实现对终端业务的有效控制，促进配电侧以及用电侧信息深度覆盖，有效提升终端智能化和边缘计算水平[2]。为了进一步拓宽感知层接收信息的范围，需加大对感知层的终端投入，例如智能电表、智能传感器等，实现对发、输、变、配、用等全过程的信息采集。平台层是实现泛在电力物联网和两网融合建设的关键环节。在国网云一体化云平台的基础上，促进超大规模终端统一物联管理，建设全业务统一数据中心，提高数据处理效率。在数据中心和物联管理中心的基础上，实现存储和共享数据功能。对海量的电力终端物联进行管理，实现数据的集中采集和共享，深度挖掘数据潜在价值，为平台提供数据支撑，促进联网设备的精细化管理。由此可见，平台层在整个电力物联网中发挥着重要关键作用，不仅承接了2B以及2C业务，而且可高效处理电力数据，促进整体架构运作效率的提升[3]。为提升电力物联网数据的安全性，增强网络扩展，加强对电力无线专网的建设是最为有效的方式。电力无线专网安全性比较高，运行成本低，对于有效解决泛在电力物联网机入网技术的应用具有重要实际意义。在通信卫星和5G等现代化无线通信技术的基础上，电力无线专网可高速实时传输数据信息，并能够在传输过程中保障数据信息的安全性和可靠性。有效建设网络层不仅可以增强网络带宽，而且在一定程度上可以促进全覆盖，符合新兴业务的发展需求。应用层是建设泛在电力物联网的主要目标，在平台层数据信息的基础上，为电网调度和检查维修提供依据，提升企业经营管理效率提升，为客户提供更加优质的电力服务，提高清洁能源的消纳能力，确保电网系统运行的安全性和可靠性。在对外业务中，主要是提供智能服务，助推新型业务发展，实现对外业务战略转型，建设能源生态体系。
2泛在电力物联网接入网技术
在泛在电力物联网的综合结构中，网络层在多层骨干网、数据网、传输网等方面的建设已经比较全面，实现了信号接收全面覆盖。但是在应用接入网技术方面还存在一定的问题，严重影响了泛在电力物联网“最后一千米”的接入效率。应用接入网技术的方式主要包括有线接入和无线接入两种类型。其中有线接入主要包括光纤、电力载波通信技术等。无线接入方式主要包括电力无线专网、移动运营商网络（5G）、物联网网络等。国家电网要结合实际需要，对接入方式进行科学合理的分析，从而选择最佳的接入方案，有效解决泛在电力物联网接入问题。下面主要对各种类型的接入技术的特点进行具体分析和研究，以便为国家电网选择合适的接入网技术提供参考依据。
2.1光纤接入网技术
光纤接入网技术主要由两种网络技术构成，即有源光网络（AON）和无源光网络（PON）。有源光网络（AON）主要包括SDH技术、ATM技术和以太网技术。只有无源器件构成的光配线网被称为无源光网络[4]。无源光网络（PON）是FTTX的关键技术。无源光网络技术系统不仅包括光网络单元和光分配网络，而且还涵盖了线路终端。无源光网络（PON）能够减少主干光纤资源和网络层次，在远距离传输时，能够提升双向高带宽能力，包容性较强，能够适应多种接入任务。此外这种接入技术在运营过程中消耗成本较低，非常适合应用在小面积密集用户区域。在利用光纤接入技术时，为了提高信息传输的速度和效率，适应现代化社会发展对信息的高需求，在加强主干传输网络的同时，注重对用户接入部分的技术应用。根据光纤到达值的差异性，把光纤宽带接入分为以下几种方式：FTB、FTTC、FTTCaB、FTTH，并把他们并称为FTTx。FTTH（光纤到户）是光纤宽带接入的终端，能全面接入光纤信息。在应用FTTH技术时，要结合光纤的具体宽带特点和属性，为用户提供无限带宽，最大程度上满足用户的个性化需求。实际应用FTTH技术后应用效果良好，并得到了居民用户、企业用户等人群的良好评价。制定了统一的技术标准和建设要求，进一步促进了FTTH技术的有效应用。总体而言，光纤接入技术具有实时性、带宽大、信号传输稳定的优势，但是也必须客观评价其缺点，例如建设时间长、涉及环节较多、难以协调等。因此，光纤接入技术主要在高速传输等业务中进行被使用。
2.2电力无线专网技术
目前电力无线专网技术主要包括LTE230和IoT230两种技术类型[5]。LTE230和IoT230都使用了无线蜂窝网架构，本文主要从以下几方面对两种技术应用进行全面分析比较，以便对其性能和特点进行深度了解，为选择更加合适的接入网技术提供参考依据：①传输速率。LTE230终端速率较高，支持视频等电力宽带业务，IoT230主要在窄带低速电力业务中被应用。②连接数量。在技术理论方面，两者都可以实现50000的连接量，但是在实际的、应用过程中，LTE230实现了10000以上的终端应用，而IoT230还没有进行实际的应用连接。③移动性。LTE230在实际的业务应用中支持越区切换，在电力移动业务的传输业务方面发挥了重要的积极作用。现阶段IoT230只能接入固定终端。④传输时延。LTE230和IoT230在传输时延上的差距较小，都可以满足电网传输时延要求。⑤覆盖率。在条件比较差的区域，没有实现完全覆盖。⑥成本。在实际应用中两种技术的成本消耗较为相近。⑦业务支持。LTE230具备宽带移动功能，并在实际业务中得到广泛应用，尤其是在分布式能源接入、应急抢修等方面发挥了重要优势作用。但是目前IoT230这方面的功能还不能实现。
2.3运营商公网
通常情况下运营商公网租用4G或者5G网络以供使用。运营商公网技术的优势主要是信号覆盖范围较广，初建阶段没有建设成本，但是长期使用成本较高，安全性较差。
2.4物联网通信技术
一般情况下，物联网通信技术主要包括以下两方面的技术应用：①短距离通信技术主要在信号传输距离比较短的情况下被使用，在实际应用过程中广泛应用的技术有Wi-Fi、Z-wave等技术；②广域网通信技术也被称为LPWAN，主要应用在智能抄表中方面。LPWAN包括以下两种类型：①非授权频段应用技术，如Lora、Sigfox等技术；②授权频段广泛应用的技术是NB技术等。一般情况下，物联网通信技术应用成本较低，部署环节较为简便，可以利用多种形式，但是信号传输安全性较低。
3结语
综上所述，在国家电网发展过程中，建设泛在电力物联网成为重要的发展趋势。泛在电力物联网接入网技术主要包括有线接入技术和无线接入技术。对它们的优势和缺点进行了科学合理地分析和比较，并结合实际情况，选择最佳的接入方案，促进中国电网系统的稳定运行。
参考文献：
［1］宁武杰.通信传输中的接入网技术研究［J］.中国新通信，2020，22（14）：39.
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［4］欧翔，周康.通信信息工程的传输技术与接入网技术探讨［J］.通信电源技术，2020，37（2）：252-253.
1物联网技术与LTE无线通信技术
1.1物联网技术
物联网技术指的是新一代信息组成的形式，是物物相连的网络。对于物联网技术的含义而言，可从两个方面展开理解：一方面，物联网技术可理解为互联网技术的拓展，其根本上还属于互联网范畴。换言之，物联网是在互联网基础上发展、拓展的网络。另一方面，用户借助网络拓展、延伸的任何物品开展通信及信息交换即为物物相息。依托全球定位、激光扫描、红外感应等技术，实现互联网与物品相互间的连接，进一步达成信息的传输、交换，物联网是一项集识别、定位、追踪、监控等功能于一体的新型网络技术。近年来物联网实现了不断发展，并在城市交通、电力、环保等领域得到广泛推广。物联网之所以可实现不断发展，很大原因在于这一技术有别于传统信息交流技术，其可实现多种不同领域的信息交流。
1.2LTE无线通信技术
LTE无线通信技术的全称为LongTermEvolutio，作为一项移动通信技术，其是历经很长一段时间发展演变而形成的，该项技术涉及一系列先进信息技术，也正是凭借这些信息技术的作用，使得其可通过提升书籍传输效率及频谱效率，进一步极大水平提升系统容量及相对过去更大覆盖面的通信系统效率。与此同时，LTE无线通信技术还尤为适用于多种频段、宽带，所以可实现较为广泛的应用。另外，LTE无线通信技术可优化网络架构，简化系统结构，进而使通信系统可在相对少消耗的情况下完成预期任务，保证工作效率及续航能力。
2物联网技术与LTE无线通信技术的结合基础
物联网涉及的数据业务主要包括有智能家居、智能交通、环境监测与调控等，该部分业务普遍存在影响网络效率，容易引发信令风暴的不足。传统的网络优化及处理手段无法应对庞大的数据负荷，必然会进一步恶化信令风暴问题。而通过引入LTE无线通信技术，则可使上述问题得到很大程度环节。LTE无线通信技术可借助正交频分复用技术将高速数据流转化为并行低速子数据流，并将其分配至由信道分成的多个正交子信道上开展传输，对无线资源利用层二度调度器开展动态调度，进一步确保物联网常在线数据业务的有序运行。另外，现阶段物联网所应用的模型存在内存小、频率高的不足，物联网技术的应用总是面临信息利用率不足、网络资源损耗大等因素的影响，并且，各式各样异构网络与不同系统之间数据整合也面临技术层面的制约，通过引入LTE无线通信技术，可很大程度上改善物联网技术所面临的这些不利状况，并切实实现对数据的高效、合理传输处理，与此同时，对于物联网与LTE无线通信技术的相互结合，不仅仅是可为物联网技术带来受益，同时也可有效促进LTE无线通信技术的发展[2]。需要注意的是，在物联网技术与LTE无线通信技术相结合过程中，应当为它们创造有力的结合基础，具体而言：首先，保证LTE无线通信技术的稳定性。为了让物联网用户获取良好的应用体验，也就是提高物联网的应用有效性，则要求保证LTE无线通信技术的稳定性。为达成该项要求，一方面要求对所在地天气环境、特殊环境等可能对LTE无线通信技术带来干扰的因素开展全面排查，另一方面还要求不断提升LTE无线通信技术水平，保证LTE无线通信技术的适应性，尽可能降低该项技术对物联网造成的不利影响。例如，对于物联网技术在物流供应链中的应用而言，包括包装、销售、运输、配送、装卸等均属于供应链上的重要环节，在实际应用时应当实时掌握各个环节包括物流、资金流、商流等在内的精确信息。其次，保证LTE无线通信技术的有效覆盖。物联网终端设备要求切实依据相关规范，以此保证其稳定性、功耗可满足指标要求，结合现阶段市场发展实际情况而言，终端设备不仅包含庞大的基础数据，还涉及十分广泛的数据部分，所以要切实保证LTE无线通信技术等的覆盖范围，为第一时间掌握现场实时数据，即便是无人区域也应当进行覆盖。除此之外，为促进物联网的全面推广，还需要采用相对简单、大小适中的设备，LTE无线通信技术也应当便于管理维护。最后，保证可促进社会发展。物联网技术与LTE无线通信技术的结合应用可很大程度上推动社会的发展，但是如何进一步提升技术结合的影响是需要重点考虑的问题。例如，应当考虑不断增强物联网技术与LTE无线通信技术相结合的智能性，以此为社会大众日常生活带来便利，使智能覆盖日常生活的各个方面，并催生出各式各样的新行业。另外，还应当考虑不断增强物联网技术与LTE无线通信技术相结合的安全性，要想让广大用户的消费观念发生转变，尽可能为人们日常生活创造便利，这些都必须要建立在物联网技术与LTE无线通信技术相结合的安全性前提下。
3物联网技术与LTE无线通信技术结合的实践应用
3.1在智慧城市建设中的实践应用
在智慧城市建设中，通过物联网技术与LTE无线通信技术的相互结合，可建立起整个城区网络的有效连接，进而对智慧城市开展全面监测、控制。与此同时，依托物联网技术与LTE无线通信技术的相结合，可实现无线网络对地下隧道、地铁等区域的有效覆盖，进而对构筑物、路灯对各项路面设施开展连接控制，并且还可实现对空气质量指数、温湿度、污染指数等各项环节指标开展采集，进一步为推动智慧城市生态文明建设提供有力依据。在传统通信技术中，物联网通常借助蓝牙、WiFi等技术实现与无线网络的连接，这存在覆盖面积、传输距离等方面的局限性，难以满足智慧城市所提出建设于户外场景的覆盖要求。通过物联网技术与LTE无线通信技术的结合应用，将频发多址用作OFDM/FDMA的空间接口，并引入MIMO技术保证传输效率，进而可极大水平提升智慧城市在物联网无线环节的通信能力，尤其是依托4G技术的广泛推广，在窄带4G网络对应研究中引入LTE无线通信技术，有效推动了物联网无线通信的发展[3]。由此表明，依托物联网技术与LTE无线通信技术的结合应用，可不断促进智慧城市场景监控系统的建设完善，进一步推动智慧城市不断向安全、环保、节能方向发展。
3.2在现代智能家庭中的实践应用
伴随现代社会的不断发展，社会大众生活水平不断提高，人们的家庭生活不断趋向于智能化发展方向。依托物联网与LTE无线通信技术的结合应用，可实现家庭中各种物品相互间与无线通信技术的有效联系。在这个过程中，要不断增强智能服务理念，既要实现远距离的管理控制，还要尽可能为人们的生活创造便利，要通过平台数据的优化整合以此提供多种不同方案，供由人们依据自身实际需求进行自主选择。除此之外，应当从我国实际国情出发，构建具有中国特色的智能家庭产业集群，切实推进相关新兴产业的发展，并不断构建健全以我国自主知识为主体的行业准则[4]。
智能配电网承载业务多种多样，并且终端节点具有分散性，业务需求复杂，通信系统建设难度较高。电力配电网业务主要包括两种，其承载的业务主要来自电力运行网设备和面向用户的电力设备。电力运行网设备承载的业务来自电力通信网络终端通信节点位于变电站、开闭所、环网柜、柱上开关、配变等设备，节点数量多，主要为调控类业务，因此需要具有较强的实时监控功能，需要实现现场管理，对于通信的实时性和可靠性非常高。面向用户的电力设备承载的业务分为用电信信息采集、智能用电楼宇管理等，这些业务涉及的节点位于用户侧，数量非常多，因此更加需要实现海量的业务数据采集、和检测功能。
2智能配电网组网架构设计
随着智能配电网承载业务需求多样化，其对组网架构的要求也越来越高。通常情况下，根据配电网承载业务，可以将组网按照层次进行设计，并且保留一定的网络接口，以便提高网络可扩展性，确保未来很长时间内增加业务扩容使用。本文设计配电通信网过程中，使用了无源光网络（PON）、工业以太网、配电线载波通信、无线通信（GPRS、Wlan、3／4G、WiMax）等，将配电网组网按照层次模型进行设计算。骨干层是智能配电网的核心层，为了能够有效地保证骨干网传输信息的可靠性、准确性，通常情况智能配电网的骨干层采用专用的光纤通信进行铺设通信管道，以便能够有效地连接主站和配电台区，充分使用光传输网络链路层和业务层的安全保护功能，形成一个具有动态路由功能的IP网络层，骨干层必须保证专线专网专用，避免与其他业务混合，降低安全性能；如果其他的应用使用骨干层的网络传输线时，骨干层可以支持虚拟专用网，虚拟专用网可以与其他业务混合，实际线路混用，但是逻辑线路还是专网专用，进行智能配电信息传输。接入层采用光纤专网、电力载波线、无线通信等多种方式进行组网，并且保证接入层具有强大的可扩展功能，以便实现接入层网络智能化管理，实现配电网统一管理功能。接入层网络采用无线专网和无线公网通信时，要符合以下基本原则：（1）无线专网建设基本原则：无线专网通信系统要符合国家无线电管理委员规定；无线专网通信方式采用国际标准和多厂家支持的技术，并且具备用户优先管理功能；无线信息接入符合安全防护规定，并且具备严格的安全防护策略。（2）无线公网通信应该严格符合安全防护的基本原则，加强可靠性规定，支持用户优先级管理，并且采用专线方式与运营商网络实施可靠地连接。
3智能配电网网络核心通信技术研究
3．1PON技术PON是一种点对多点的无源光纤通信技术，通常与以太网互相结合，可以形成EPON技术（以太网无源光网络），EPON采用单纤波分复用技术，能够提供传输距离远、传输带宽高、拓扑结构较为灵活的技术，上下行信号基于同一根光纤实施传输，在接入网组网建设中，已经得到了广泛的发展和应用，EPON通常包括四个单元，分别由OLT、ONU、ODN和光纤线路共同构成，是一种稳定、可靠、接口丰富的接入网技术。
3．2无线通信技术无线通信系统由无线基站、无线终端及相关的应用管理服务器共同构成，常用的无线通信技术包括WLAN、WiMAX和3／4G通信技术。具体如下：
3.2.1Wlan技术Wlan利用无线通信可以在一定距离范围内构建一个无线网络，能够将计算机网络和无线通信技术相结合，以无线多址信道作为传输媒介，可以实现传统有线局域网功能，能够真正实现随时随地接入宽带网络。Wlan技术又被称为Wi－Fi技术，包括三个使用标准，覆盖范围可达到90m左右，具有高速的传输速度，其中80．211b传输速度达到11Mbit／s，802．11a和802．119传输速度达到54Mbit／s。Wlan通常使用的组网方案包括AC（接人控制点）＋AP（接入点）＋无线网卡＋网络管理四个单元。虽然Wlan技术已经得到了广泛的应用，但是其安全性存在隐患，容易受到外来的攻击。
3.2.2WiMax技术WiMax技术是一种非常先进的无线通信技术，其可以提供面向移动互联网的无缝高速链接，并且可以在静止状态访问网络，WiMax基于802．16d和802．16e协议构成，传输速率能够达到10~70M／s，覆盖范围能够达到1000m左右，在配电网接入层，使用无线通信技术可以有效地管理智能电表、智能传感器及监控设备。WiMax技术的加密技术相当严格，数字证书确保用户传输数据不遭到偷窃，并且具有强大的高速传输性和先进性，已经被应用于智能配电网组网实施中。
3.2.33／4G通信技术随着无线通信技术的高速发展，3／4G通信技术已经得到了广泛的应用和发展。3／4G通信系统采用先进的软件无线电技术、空时编码技术、智能天线技术、高效的调制解调技术、高性能的收发信机、无线链路增强技术等，可以为传输数据提供全新的空中接口，并且可以为用户带来高速移动宽带体验。组网过程中，3／4G通信技术直接面向用户家庭，为其提供家庭智能用电功能。
4结语
【关键词】电信运营商 NB-IoT 商业价值 网络部署
[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
近年来，互联网终端的数量迅速逼近饱和。在新应用的推动下，预计到2017年互联网终端的数量将被物联网终端超越，到2021年，物联网终端数量将迅速达到互联网终端的2倍以上，如图1所示。
随着物联网应用的深入，预计全球物联网终端年均复合增长率将达20%以上，如表1所示。
根据物联网细分市场需求的不同，许多事物将通过毛细网络实现连接， NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）技术就是在这种业务场景下应运而生，具备深/宽覆盖、低功耗、低成本和大规模连接等突出特点，已成为电信运营商具有确定性的高增长业务，有广阔的商业价值。
2 NB-IoT技术发展情况
2.1 技术进展
2014年5月，在GERAN组“FS_IoT_LC”的研究项目中，主要有3项技术被提出，分别是拓展覆盖GSM技术、NB-CIoT技术和NB-LTE技术。其中NB-CIoT由华为、高通和Neul联合提出，NB-LTE由爱立信、中兴、诺基亚等厂家联合提出。最终，在2015年9月的RAN#69次全会上协商统一为NB-IoT技术。NB-IoT技术进展如表2所示。
2016年4月，NB-IoT物理层标准在3GPP R13冻结，2016年6月，NB-IoT核心标准正式在3GPP R13冻结，2016年9月将完成性能部分的标准制定，预计在2016年12月，最后的一致性测试也将冻结，2017年NB-IoT将正式商用。
2.2 技术对比
物联网通信技术种类繁多，从传输距离上可以分为两类。一类是短距离传输技术，代表技术有ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，典型的应用场景如智能家居；另一类是LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，广域网通信技术），如LoRa、Cat-1和eMTC等，典型的应用场景如智能抄表。与LPWAN家族的其它技术相比，NB-IoT具备突出的特点。物联网LPWAN技术对比如表3所示。
3 NB-IoT网络商业价值分析
NB-IoT作为LPWAN的一种重要技术，具备突出的应用优点。目前全球运营商已经意识到了物联网市场的巨大潜力，并且开始积极开展业务演示和测试。
3.1 NB-IoT应用场景
从全球试点应用经验看，目前NB-IoT垂直行业应用主要聚焦于以下典型的几种：
（1）交通行业：包括车载信息服务（防盗、导航、远程诊断、信息娱乐等）、车载Wi-Fi、车载定位监控、车载视频监控、电动自行车防盗等应用。
（2）物流行业：包括货物跟踪管理、物流车辆调度等应用。
（3）健康医疗：以可穿戴应用为主，包括关爱定位（老人手表、儿童手表、定位鞋、宠物定位）、无线血压计等应用。
（4）零售行业：包括金融POS机、电子广告牌、自动售货机、移动货柜等应用。
（5）抄表：包括电表、燃气表、水表等远程抄表应用。
（6）公共设施：包括市政设施监控、气象与环境监测、城市灯光管理等应用。
（7）智能家居：包括家庭安防、家居自动控制等应用。
（8）智慧农业：包括种植、养殖业相关的数据采集和监控应用。
（9）工业制造：包括智能工厂、智能产品（例如工程机械）后服务等应用。
（10）企业能耗管理：包括企业、园区、楼宇的能源管理、能耗监控等。
（11）企业安防：包括企业安防监控、电梯监控等。
3.2 NB-IoT商业模式
目前全球主流运营商对于物联网的商业模式依然延续流量收费模式，这种模式主要适配当前物联网的Top应用，如车联网、智能穿戴和POS机等，是以流量消费为主的话务模型。低功耗广覆盖的应用虽然有所涉及，但是并没有为其设计特有的商业模式，如抄表或者资产跟踪类应用上报周期长，数据流量可能长期为零。传统流量收费模式并不适用于低功耗广覆盖应用。
考虑到应用开发者的多样化（运营商、IT企业、设备制造商、初始创业团队、个人开发者），以下尝试对NB-IoT探索创新的、灵活的商业模式。
（1）NB-IoT管道模式：资产跟踪类、抄表应用只有在需要跟踪或读书上报的时候才会产生流量，所以以流量收费是不合适的。然而其提供的联接服务是高价值的，根据连接的设备数量向所有者收费可以更好地保护双方的利益。
（2）NB-IoT苹果模式：电信运营商建立应用市场，从用户收费，与应用开发者分成，利益共享。例如面向行业消费群体的LBS（Location Based Services，基于位置的服务）业务等。
（3）NB-IoT亚马逊模式：基于分段的收费模式。即设备与平台段、平台与应用段分别收费。若数据存储在亚马逊平台，则不对设备和平台段收费。例如智能电力要求5分钟上报一次消息，这些大数据对于电力毛细血管问题定位、电力峰谷调度、区域调度有非常大价值。
4 电信运营商网络部署建议
4.1 频谱部署建议
在覆盖方面，低频具有非常明显的优势。全球许多电信运营商选择低频部署LTE网络，国内电信运营商可以为后续在700M、800M、900M频段上部署NB-IoT提供生态基础。同时，低频建网可以有效地降低站点数量，提升深度覆盖。比如700M的建网频率是广电独有的竞争优势，可以优先选择此频段部署NB-IoT。
3GPP定义了NB-IoT的3种部署场景：独立部署（Stand-alone）、保护带部署（Guard-band）和带内部署（In-band）。
独立部署主要是利用现网的空闲频谱或者新的频谱部署NB-IoT；保护带部署是利用现网LTE网络频段的带宽，最大化频谱资源利用率。带内部署是利用现网LTE网络频段中的RB（Resource Block，资源块）以部署NB-IoT。
在带内部署方案中，NB-IoT频谱紧临LTE的RB。为了避免干扰，3GPP定义NB-IoT频谱和相邻LTE RB的PSD（Power Spectral Density，功率谱密度）不应该超过6dB。由于PSD的限制，在带内场景中NB-IoT的覆盖相比其他场景更受限，故建议采用独立部署或保护带部署模式。NB-IoT的3种频谱部署模式对比如表4所示。
4.2 网络部署建议
NB-IoT的网络部署包含芯片、模组或终端，NB-IoT基站、NB-IoT核心网、IoT连接管理平台等部分，如图2所示。
（1）终端侧部署建议
终端侧应用包含客户对业务芯片、模组或终端的选择等。在部署时需要根据客户的业务属性，开展入网测试，确定终端的适用性范围。
（2）NB-IoT基站部署建议
建议NB-IoT基站部署纳入现有电信运营商的基站部署规划中。基站侧仅仅是个通道，采用2G/3G/4G网络，针对NB-IoT可以在现有LTE完成复用、升级或新建。
基站侧可以充分利用现网的LTE站点资源和设备资源，共站点、共天馈、共射频、共CPRI（Common Public Radio Interface，公共无线电接口）、共传输、共主控、共O&M（Operation and Maintenance，运行和维护管理），以达到快速部署NB-IoT、节省建网成本的目的。
对于在现有基站频率部署区域外不能共享现有站点资源的热点区域，部署时需要进行升级或新建NB-IoT基站。
（3）NB-IoT核心网部署建议
核心网部署具体涉及的网元有接入物联网业务的MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）、S-GW（Serving GateWay，服务网关），以及物联网专网P-GW（PDN GateWay，PDN网关），需要根据标准进行开发，并通过现网升级改造的方式支持NB-IoT相关核心网特性，以满足NB-IoT业务接入。
（4）NB-IoT平台部署建议
连接管理平台面向客户需满足M2M业务新型商业模式的需要，面向通信运营商，需实现全局性掌握M2M连接网络行为和业务发展状况，以及辅助业务管控、辅助网络规划、业务规划和套餐制定等能力。
建议电信运营商在进行NB-IoT平台部署时，首先应按照NB-IoT关键业务系统进行建设。架构上从集团级平台、集团级基础业务支撑的的大格局出发，采用集约模式进行建设，除了传统的可扩展性、简洁性等原则外，还需要确保体系完整、关键单元可控，以利于业务需求的快速响应和长期稳定发展；其次，应充分发挥成熟厂商的产品经验，基于成熟厂商平台按照自身业务需求进行定制化开发，并采纳其它厂商平台的特有功能；再次，应确保M2M连接信息提供的完整性、实时性和一致性，确保数据在平整/实时和一致的汇聚，以实现M2M连接信息中心和运营分析中心的定位目标。
业务使能平台可以是自有平台，也可以接入第三方平台。
4.3 NB-IoT建设步骤
鉴于NB-IoT标准在2016年6月底冻结，作为一个新标准、新技术，建议分阶段、有计划、分步骤地进行实施。
第一阶段，市场供给强于需求，树立规模示范是核心。首先在需求强烈的重点城市进行规模试点和试商用。在试商用阶段重点对NB-IoT无线、核心网络性能进行测试，同时考察终端模组、芯片的商用性，平台、上层应用服务器的管理服务能力等，目标是实现电信运营商在NB-IoT初期阶段对产业链的整合能力。
第二阶段，市场供给和需求共同发力，NB-IoT应用大范围扩展。全国重点城市重点区域将第一阶段试点的经验进一步推广同时扩大垂直业务，挖掘NB-IoT业务类型。在大规模运营NB-IoT的基础上着重考虑扩展平台层功能，进行某些业务的大数据分析，探讨研究多种服务模式，为转型打下基础。
第三阶段，在以市场需求推动为主、产业成熟的阶段完成全国NB-IoT覆盖。建设规模的划定基于NB-IoT覆盖范围广、主要覆盖楼宇等特点，第三阶段基于统一的NB-IoT网络提供多种多样的个性化业务，在为客户提供优质网络的基础上提供优质的服务，大幅度提升运营收入，尤其是服务收入占比，真正实现运营商的成功转型。
5 结论
NB-IoT的技术特性非常适合于物联网细分业务的发展场景，大规模的发展有待于重点瓶颈的进一步解决，诸如终端通信模块成本及终端功耗必须进一步下降等问题。随着NB-IoT商用网络的逐步规模部署，预计NB-IoT的商用价值在未来几年将逐渐显露出来。未来各类垂直行业的产业链能很快在实际网络上找到自身的物联网应用及商业模式，并推动跨行业协作和商业模式创新。下一步将重点验证NB-IoT网络解决方案的可用性，研究新型行业应用的革新、业务模式的匹配等。
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关键词：智能电网；M2M通信；家庭区域网络；物联网
中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）08-0038-03
0 引 言
通信网络技术的出现和发展，特别是无线通信的普及应用，给人们的生活方式带来了极大的变化。各种通信方式使得人与人之间的信息交流更便捷和顺畅。事实上，人与人之间的沟通很多也是通过机器实现的，例如通过手机、电话、电脑、传真机等机器设备之间的通信来实现人与人之间的沟通。另外一类技术是专为机器和机器建立通信而设计的，如许多智能化仪器仪表都带有RS-232接口和GPIB通信接口，从而增强了仪器与仪器之间、仪器与电脑之间的通信能力。目前，众多的普通机器设备（家电、车辆、自动售货机、工厂设备等）和传感器不具备本地或者远程的通信和连网能力。
M2M（Machine to Machine） 通信是近年来和物联网发展密切相关的通信技术，目标是使所有机器设备都具备连网和通信能力。M2M技术使得物联网具体化，并取得快速增长。统计表明[1]，2008年全世界有近5千万的M2M通信设备；预计到2014年，这一数字将达到近2亿；而到2020年，约有500亿多的物体都会被连上互联网。因此，M2M技术具有非常重要的意义，有着广阔的市场和应用，推动着社会生产和生活方式的新一轮变革。
M2M的应用也在一些领域出现，如医疗保健、车辆交通、公共安全、能源管理、智能家居等各个方面，而在智能电网的应用开发也开始初见端倪。智能电网是当前智慧能源建设的非常重要的一部分，物联网和移动通信可以深入到电力系统中的发电、传输、配送等各个环节，甚至在家用电器的信息采集和控制方面发挥非常重要的作用。在M2M通信技术的支持下，各类家庭电器都会由具有物联网功能的智能芯片来控制电力的使用，包括使用的时间、工作模式、能耗比例，通过优化用的策略节省用户电力消耗。
智能电网是M2M通信发展和应用的一个强大的推动力。新一代智能电网的建设和运行要求提高效率、强化服务质量的同时节省发电、传输和消费方面的成本。这些目标的达成有赖于信息和通信技术的介入，然而未来智能电网的通信架构还未成形，存在很大挑战和机遇[2]。本文从M2M技术在智能电网，特别是在家庭区域网中应用的角度论述了M2M的发展、技术特点、功能架构等若干方面的问题。
1 M2M的发展历史
M2M通信早在移动通信之前随着计算机网络自动化的发展以不同的形式存在。移动蜂窝普及后，1995年，西门子了一个GSM数据模块（M1），进入M2M的工业化应用，使得机器通过无线网络通信用于车辆通信（telematics）、远程监控和追踪等。M2M技术的早期实践者如GM和休斯（Hughes）电子公司很快实现了产品盈利，显示该技术在未来应用的前景。到1997年，随着更加集成和性能稳定的M2M模块的推出，M2M通信技术得到更广泛应用。现在M2M数据模块已经十分精良，功能多样，出现了融合其他技术包括GPS定位、可嵌入电话的SIM模块，以及嵌入可促进物联网应用的Java功能。2002年，Opto和Nokia正式用M2M术语诠释其开发的通信方案。2003年，Nokia了“M2M技术—— 让你的机器开口讲话”，使得狭义的机器与机器的通信成为更加广泛的包括所有人、机器之间建立连接的技术。通过增强机器设备的联网和通信能力，促进了机器设备的智能化。
M2M行业在我国起步较晚，但是发展迅速。2009年，国务院总理在无锡考察时指出在国家重点科技专项中，加快推进传感网发展，建立“感知中国”中心。我国政府已经将M2M技术相关产业正式纳入国家《信息产业科技发展十一五规划及2020年中长期规划纲要》重点扶持项目。我国M2M通信市场保持25%的增长，2010年产值达到80亿美元。
2 M2M在智能电网中的应用
未来电网的通信架构尚未明确界定，在互用性（interoperability）、可扩展网络化、自组织能力以及安全性方面都存在着很多挑战和机遇。智能电网的三个主要组成部分有不同的作用。第一是发电。现在有不同的电力生产类型，如火力、天然气、核动力、风力和太阳能等，发电部门需要掌握成本、能源需求、价格。在有些国家电力供应是市场化运作的，由不同的电力企业提供电力服务。企业还需要了解竞争者的相关信息和采取的策略。第二则是配电。电力通过传输线路和配电站输送到消费者。电力配送必须优化，使得损耗和传输成本最小，站在供电和用电方的角度来看，配电应该相互适应。第三就是用电。电力用户包括家庭、工业、机关学校等公用单位。用户电力需要的确定可以促使供电和配电的优化配置。为此，需要部署大量的智能仪表，以迅速而准确地收集电力消费数据，从而估计电力需求。
国际上很早就提出了家庭能耗管理系统（home energy management system，HEMS）的设想。家庭用户需要提高电力利用率，电力部门应采取措施帮助用户平抑负载，需要在能耗较大的电器上增加智能和通信功能，根据电价的变化作出响应[4]。当前在智能电网发展的带动下，家居能源管理系统成为智能电网发展的一个重要部分和驱动力。M2M通信网络的设计问题是当前研究的一个热点方向。
HEMS关注智能电网中用电方的行为。各种家用电器，如空调、冰箱、洗衣机、厨房电器等如果都配有智能电表，控制中心可以根据据此优化电力供应和消耗。欧美国家已经开始提供各种不同的HEMS服务，如Google Powermeter， Microsoft Hohm， Apple Smart-Home Energy Management。用户利用这类服务的优化用电功能来减少电力成本。在这些方面，M2M通信发挥了十分重要的作用，通过M2M通信技术家电的相关信息可传输到控制中心。ZigBee和WiMax具有费用低、工作方式灵活的特点，通常是M2M无线通信技术的首选。
一个典型的HEMS的网络架构如图1所示。该结构主要包括如下几个部分：第一是家用电器。家电是智能电网中电力消耗设备，和智能电表相连，并由智能电表控制其电力消耗。先进的家电还可主动向电表发送信息，可报告未来的电力需求等数据。第二是智能电表，用来收集电器能耗需求数据。在电器和智能电表之间建立一个家庭区域网（Home area network， HAN），组网方式可以用电力线通信（power line communication， PLC）或ZigBee。第三是集线器。一个HAN可以配备一个集线器即网关来从电表处收集数据包，其通信方式采用Wi-Fi短距离通信技术。接收的数据包缓存在集线器。集线器的WAN收发机从缓存中提取所需数据传送到一个WAN基站。第四是WAN基站，负责每个集线器数据传输的带宽分配。基站将接收到来自不同集线器的数据包通过有线的网络转发到控制中心。第五是控制中心，接收HEMS数据进行处理和存储。这些数据将被用于优化电力的生产和配送。
由于无线频谱的匮乏，研究人员建议智能电网可利用空白电视信号（white space）频段，并提出了智能电网采用基于感知无线电（cognitive-radio）的M2M通信来实现有效的电力配置和频谱利用方案[3]。其中，M2M通信单元用在家电和电表之间的通信。M2M的网关就是HEMS集线器。M2M的服务器位于控制中心。M2M区域网络就是基于短程通信的技术（如Wi-Fi）。
3 家庭区域网中的M2M网络通信技术
M2M为了达到智能电网通信的要求可以采用一些中短距离的无线技术。家庭区域网中家电代表了M2M设备。选择合适的M2M网络协议需要考虑M2M设备的功耗和成本特性[5]。一些低功耗和成本技术不断成熟成为智能电网中M2M的使能器（enabler），其中比较突出的技术包括蓝牙、Wi-Fi、UWB、ZigBee和6LoWPAN等。下面对这些技术的特点做简要介绍。
3.1 IEEE 802.15.3a ： Ultra-Wide Band（UWB）
UWB通信是从两个主要类型的应用发展而来的。第一个是针对高数据率通信（超过1 Mb/s），如高清电视；另一个是针对低于1 Mb/s的应用，如传感器网络。M2M设备在家庭区域网通信中可以看成是一种传感器。UWB技术的缺点是功耗较高。经过多年的停滞，2006年IEEE 802.15.3a工作组解散，今后IEEE可能不会再对UWB有进一步的支持。
3.2 IEEE 802.11 ： Wi-Fi
该协议适合于在较大区域的较高数据率应用。Wi-Fi也是目前接受度最高的无线室内通信协议，能支持IPv6格式地址，在家庭用户中极为普及。该技术的主要不足和UWB类似，即高能耗，因此不适合用在智能电网中的M2M通信。
3.3 IEEE 802.15.1： 蓝牙
蓝牙协议在短距离范围用作声音、数据和听觉应用十分普遍。蓝牙协议支持IP寻址，因此可以用于家庭区域网的通信。蓝牙协议十分适合低功耗低数据率的应用。蓝牙主要用在短距离的点对点同级间（peer-to-peer）的通信，而且蓝牙网络即微微网（piconet）只支持8个设计的同时通信。在家庭区域网中M2M设备使用蓝牙通信，在规模稍大情况下，需要建立多个微微网。每个微微网有个主M2M设备，通过该设备实现微微网之间的通信。这种做法会增加通信延迟。蓝牙技术的另一个缺点是它的周期性苏醒和与微微网的主设备的同步问题。蓝牙设备在同步之前需要约3 s的时间苏醒。
3.4 IEEE 802.15.4 ： ZigBee
ZigBee 协议用在很多的家庭组网，包括智能电网中的家庭区域网。ZigBee是特别为无线设备的低功耗和长期通信要求而设计开发的。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，而且ZigBee的唤醒时间仅为数毫秒。因此，和上述其他几个通信技术相比，ZigBee技术是智能电网中M2M通信的较好选择。
4 当前面临的技术挑战
尽管在当前的通信系统基础上，研究人员提出了很多M2M的解决和部署方案，目前依然有很多技术方面的问题有待研究[6]。
4.1 标准化
M2M通信需要整合和覆盖不同的通信系统，对此依然缺乏一个标准。迫切需要一个无缝和统一的M2M构建的标准，以促进M2M通信的发展和应用，而且关于M2M通信（如RFID、ZigBee以及UWB）的实现技术的完整标准需要具体明确。
4.2 通信流量的特性
目前，对于M2M单元间交换流量的特性尚待进一步的研究。M2M的通信流量由于其特定的功能 （如数据收集和监控）和要求（如强实时流量），其特性和我们所了解的基于人的网络流量不同。关于数据流量的特性是用于设计和优化网络设施的基础。在提供高质量服务（QoS）支持的M2M应用方面，也需要掌握M2M流量特性。
4.3 协议的再设计
目前，互联网主导的传输协议（TCP/IP）由于设计的待传数据容量低，对M2M通信来说存在不足。
4.4 频带管理
限于带宽资源，无线M2M技术需要在一些频道内有效的传输。然而，由于对无线M2M服务在提供和需求方面不可避免地要求频率转移，传统静态频率分配方式难以达到优化的频谱管理，因此，应该更好地发挥二级频谱市场的作用，保证有限的频率资源得到有效的利用[7]。
4.5 优化的网络设计
M2M通信会连接很多的设备和系统，优化网络设计是十分重要的。网络设计必须最小化M2M通信的成本（如硬件、维护和无线资源利用），同时满足通信流量和应用方面的服务质量。
为达成智能电网的目标，目前电网的设计存在诸多问题，而电网改造的人力、物力耗费巨大。采用传统电网和无线通信技术的融合是一种有效和经济的解决方案[8]，例如利用手机显示用电信息并允许消费者控制家里的电器，这样可以无需布设智能仪表。
5 结 语
M2M通信在很多领域发挥着重要的作用，而智能电网的需求是M2M通信发展的一个强劲动力。本文根据国际上M2M在智能电网应用的最新进展，介绍了M2M通信技术的发展历程、主要特色和未来发展动向。M2M通信技术的研究在我国还处于初级阶段，智能电网发展战略的实施，使M2M技术必将获得巨大的发展机遇。需要结合我国实际情况，借鉴国外成功经验，走出我国M2M通信和智能电网发展的特色之路。
参 考 文 献
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而通过使用物联网通信技术，Rudzinsky认为，Hologic到目前为止已经获得了相当高的回报。借助相关硬件或者软件，物联网通信技术可以让一个机器节点向另一个机器发送信息，以便进行跟踪和分析。目前这项技术已经应用在近万台Hologic的设备上。“未来的部署数量会更多。”Rudzinsky说。
物联网应用已经成熟
这是一个真实的物联网应用实例。对于Hologic来说，物联网可以让其工人远程对设备进行检修，而不必派人到现场作上门检查。自公司采用这项技术以来，其已经省掉了近千人次的出差费用。同时，物联网技术不仅替Hologic省了钱，还让其客户感到很满意，因为这种方式能够更快速地解决问题。Rudzinsky对此颇有信心地评价说：“这项技术的前景确实一片光明。”
Acuo科技公司也在进行类似的部署。这家公司主要生产一种医疗统一临床平台，其专门存储和传送X光照片和CT扫描图等医学影像。通过将物联网技术与这一平台的结合，如今系统可以自动提醒Acuo的客户其磁盘存储空间是否够用，并提供对历史访问的回溯，检索出哪些影像在过去已被访问。
战略咨询公司ThinkStrategies的顾问Jeff Kaplan认为：“我们正生活在一个互联世界里，我们生产的一切物品都有机会互联起来，而且还可以对其进行跟踪和分析。跟踪方面的工作做得越多，我们越能洞察信息，进而能够提供更多实时服务。”根据Kaplan的观察，如今越来越多知名ICT（信息技术与通信技术）厂商都在或多或少地与这个行业扯上关系，比如AT&T、、思科和SAP。他表示，这证明了物联网市场发展的合理性。
调研公司Yankee Group网络研究副总裁Brian Partridge认为，物联网已经不再是什么新技术，过去几年中，该技术一直都被用于车队管理、跟踪运送等服务中。而近些年来，物联网正在变得更加主流，这归功于相关设备以及网络功能模块的成本降低，以及连接至网络的费用降低。另外，物联网应用开发平台的出现使得开发者可以在其上迅速开发出为业务定制的应用软件，这使得物联网成为了一个庞大且不断增长的新市场。
通信企业表现积极
通信公司非常关注物联网领域的发展，并有志于在其中扮演更重要的角色。电信运营商AT&T最近就和物联网平台厂商Axeda共同签署了一项非排他性的合作伙伴关系，以便通过AT&T网络运行在Axeda云平台上开发的定制应用软件。
AT&T领先移动解决方案副总裁Chris Hill表示，AT&T看好物联网，因为该技术正在变得更加主流。他特别提到说，AT&T 现在的每则商业广告都或多或少会提到设备间的互联。Hill表示，物联网技术已经历了一系列的发展演变过程：从最初实现机器收集数据的基本功能，到能够分析数据内容，再到由机器根据从设备收集而来的数据自动选择采取动作。这项技术已经成熟。
另一家电信运营商Verizon在这方面也不甘落后，其近期斥资6.12亿美元收购了物联网公司Hughes Telematics。
物联网应用与IT的整合
Partridge认为，物联网带来了种种可能，其前景是不可限量的。物联网的出现使得很多操作可以更加智能和自动化。在物联网领域最常见的一种应用实例就是医疗设备或能源设备等大型机器。物联网模块可以安装在这些机器上监测机器的使用情况，向用户或厂商发出警报，表明需要维护的时间或者进行故障告警。开发者可以据此开发出定制的应用软件，从而在发现问题时实现自动向设备制造商订购修复设备所需的零部件，或者自动安排时间进行维护修理。
与之类似的物联网应用还有成百上千种。比如，垃圾箱可以提醒清洁工何时需要清理垃圾，而没必要去空跑。除此之外，也有厂商将物联网技术应用到商业机会挖掘和信息统计中。有一家名为Liberty Mutual的公司最近推出了一种新的安全驾驶险。该公司将一种跟踪设备装在其客户的汽车上，并通过设备回传的数据分析其客户的开车习惯，从而确定需要缴纳的保费额度。目前该系统已经与或SAP的客户关系管理（CRM）或企业资源规划（ERP）软件进行了整合。整合后这套系统还可以在必要的时候提醒厂商或服务提供商采取某种商业措施。
