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物联通信技术范文1
1 引言
从手机和移动宽带衍生发展而来的M2M模块在行业应用信息化中得到大力应用，移动物联网成为一个新兴市场。战略无线业务咨询公司Northstream曾公布了它对2016年全球移动电信行业走势的预测：预计“物联网黄金时代”将拉开序幕。
目前承载移动物联网的主要无线传输网络包括2G(2.5G)/3G/4G移动网络、Wi-Fi网络、ZigBee、蓝牙等，并且大约70%的移动物联网都是以低数据速率的低端通信模块为主。本文将主要探索低数据速率移动物联网的通信技术发展方向和产业化方向，并以车联网为例进行探讨。
2 车联网结构
截至2015年6月底，全国机动车保有量达2.71亿辆，电动自行车保有量也已突破2亿辆。汽车、摩托车、电动自行车已经成为各个阶层工作、生活中必备的交通工具，但被盗现象却时有发生，因此用户对车辆防盗、定位管理需求日益强烈。
此外，一些快递物流、外勤服务、车队管理、汽车租赁管理等不仅需要车辆定位，而且使用轨迹辅助生产调度管理、里程数量统计、围栏管理等应用。车辆的运行状况也是车主非常期望掌握的，这通常需在汽车4S店或者车辆维修点才可以查看。
而目前机动车车载自动诊断系统“OBD Ⅱ”已经可以提供外部接口车况检测或者汽车厂家直接通过其ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)接口完成车况检测，甚至电动自行车也已经结合控制器可以提供车况检测和电池电量管理等功能。
车辆防盗定位、生产调度管理、车况检测等都驱动了车联网平台的诞生。车联网组成不仅包括车辆本身，而且还包括车联网终端、用户智能手机/电脑、GPS卫星定位系统、车联网云平台，并依赖移动通信数据网、互联网完成，具体如图1所示：
车联网终端先通过GPS卫星实时获取地面行驶车辆的位置信息，再通过移动通信数据网络与车联网云平台之间建立通信。车联网终端除了包括由单片机组成的控制模块外，还包括定位模块、通信模块以及智能传感模块。
定位模块以GPS芯片为基础获得车辆所在的地理位置信息，实时不断地接收GPS卫星信号，提供车辆运动状态数据，包括车辆经纬度信息、运行速度、运行方向、时间信息等。
通信模块在图1中可与车联网云平台和用户手机/电脑终端进行数据交换，目前通信网络和终端模式可以基于2G、3G、4G甚至Wi-Fi网络。
但考虑定位和车辆控制的交互数据量小(主要包括控制信令、GPS经纬度、车况检测等数据)，而且室外移动范围广，同时结合移动物联网成本的考虑(终端2G通信模块与终端4G通信模块的价格约相差3至8倍)，因此图1中车联网终端连接车联网平台所需的移动通信数据网络主要基于2.5G移动网络为主，这包括GPRS(GSM)网络和CDMA 1X(CDMA)网络。
智能传感模块包括防盗模块和车体性能感知模块。其中，防盗模块在用户设置防盗功能后，通常利用GPS位置信息形成电子围栏和G-Sensor(重力传感器)感知车辆被触碰或剧烈震动通过系列算法触发整车被盗报警，或者通过断电感知电池被盗，即可向用户手机发送报警信息，这种模式基本可以避免误报警;车体性能感知模块包括电池电量和车况检测功能等，让车况信息黑匣子可以向用户直观展现。
车联网云平台除了包括存储车辆的各种数据档案信息外，还包括轨迹、绑定智能手机和智能终端关系、车辆报警记录等。用户智能手机和电脑终端可以利用图1中无线数据网络(这可以是各类制式的2.5G、3G、4G移动数据网络或者Wi-Fi网络)或者有线数据网络连接车联网云平台，实时查看车辆信息、接收报警信息或控制车辆，以确保报警的有效性和远程可控性。
3 低数据速率移动通信相关技术和特性
在车联网中的应用
在移动物联网中，大量的应用如车联网、抄表业务、智慧农业、工业自动化、可穿戴设备、安防等，由于没有稳定的Wi-Fi覆盖，只能基于移动通信网络。2G网络(GSM和CDMA)经过较长时间的建设运行维护，网络覆盖面广、覆盖质量佳，特别是2G终端芯片相比3G/4G价格低廉优势明显，因此结合低速需求和成本控制的要求，GPRS和CDMA 1X低速数据网络还是大有用武之地。
如果后期手机用户大量迁移到4G VoLTE网络，空余的2G频率和网络或许可以迎合快速发展的低速移动物联网无线承载容量需求。由于3G网络(CDMA EV-DO和WCDMA)通信模块的价格始终无法靠近2G通信模块，因此在低数据速率移动物联网中很难找到应用的切入。在当前4G时代，LTE与移动物联网之间总是存在一条难以跨越的鸿沟，其中成本是主因。
3GPP组织在LTE Release 13版本中所研拟的LTE-M标准目前暂时被各方看好，具备低功耗、低传输速率和高覆盖率三项特点，该规格的目标是达到100～200 kbps的最高传输速率，但标准尚在制定中，最为关键的成本看是否能突破。下面将主要探讨当前广泛应用的GPRS和CDMA 1X相关技术及产业在车联网中的应用发展态势。
3.1 终端通信模块开发
在车联网中，车联网终端在不同的通信制式中，主要是通信模块上的差异，但其也是影响车联网终端的重要成本。构成通信模块主要是GSM芯片和CDMA芯片的差异。
GSM芯片厂家众多，在MTK、展讯、互芯、Mstar等，GSM已经没有专利费;而在CDMA芯片，目前主要有高通、英特尔(2015年收购了威睿电通)，且专利主要集中在高通手中。
由于高通专利费、入门费居高不下;CDMA支持厂家明显弱于GSM，而且CDMA模块外围套片价格也高，CDMA成本约高于GSM模块2至3倍，因此基于CDMA 1X模块的车联网移动终端生产成本相对较高，CDMA 1X模块在工业领域有较大幅度落后于GSM/GPRS模块的应用。
目前在移动物联网终端包括车联网终端也出现一些新的开发模式，有些开发者摒弃采用模块化开发的模式，改为采用芯片开发共享ARM和FLASH的方式，以大幅降低成本，但这种开发模式难度大、周期长、产品稳定性对开发者要求更高。
3.2 移动物联网号码开卡
我国手机终端普遍采用机卡分离的模式。中国移动和中国联通的GSM手机终端通常采用SIM(Subscriber Identification Module，用户身份识别卡)卡，是手机的一张个人资料卡;而中国电信CDMA手机终端通常采用UIM(User Identify Module，用户识别模块)卡，是接入网络系统的标识和身份验证。在移动物联网终端应用中，通常也是采用SIM卡(UIM卡)+卡槽的模式。
但是在车联网应用中，运行环境较差，耐高温、低温，抗剧烈震动等对移动物联网终端要求较高。据统计，5%～10%的机械障碍与SIM卡(UIM卡)和卡槽的耦合有关，这也是部分用户在使用车联网终端中反馈质量问题的一个重要方面。
目前，基于CDMA的车联网移动物联网终端已经重新启用在北美较为广泛使用的烧号开通号码模式，这不仅节约了UIM卡和卡槽成本，而且较好地提升了产品质量的稳定性。另外，在一些统一运营的行业应用业务模式中，行业应用业务管理者或者经营者期望通过烧号，形成号码与物联网终端一体化，避免SIM卡被非法挪用产生额外费用和网络违法行为。
目前CDMA烧号通常有两种模式：OTA(Over-the-Air Technology，空中下载技术)烧号模式和电脑数据线手编烧号模式。具体如下：
(1)OTA模式：电信运营商提供的身份识别鉴权数据无线远程传输到移动终端内。这通常需要终端拨打*228或*22800，通过系统支撑完成。*228或*22800等同于紧急特服，在协议中规定即使运营商中没有开户注册，手机终端也可以有权限默认拨打。
(2)手编模式：完成移动物联网终端号码开户后，从相关渠道获取手机卡五码数据，并且改ESN(Electronic Serial Number，电子序列号)，然后通过电脑软件写入移动物联网终端，使其具备注册入网资格。在车联网应用中，基于CDMA 1X终端只要三码IMSI(International Mobile Subscriber Identification Number，国际移动用户识别码)、AKEY(Authentication Key，鉴权码)、ESN即可。
由于GSM没有烧号协议支撑，因此SIM卡槽的质量要求显得特别重要。为了提升产品的稳定性，有些开发者采用SIM卡与卡槽焊接的方法变通来解决SIM卡与卡槽之间松动造成的机械障碍和仿一体化问题。
3.3 移动网络性能要求
(1)抗干扰性。车联网或者其他移动物联网所处的环境通常较为复杂，有人为无线干扰器或者其他应用的干扰。在通常的网络设计和规划中，对于基本相同的误帧率要求，GSM系统要求到达基站的手机信号的载干比通常为9 dB左右，由于CDMA系统采用扩频技术，扩频增益对全速率编码的增益为21 dB，所以对解扩前信号的等效载干比的要求小于-14 dB，GSM对底噪的要求更为严格。
(2)安全保密性。当前GSM网络伪基站不仅对手机造成脱网影响，而且对所处的基于GSM模块的移动物联网终端造成脱网影响。此外，GSM手机短信、通话可被黑客监听也一直困扰着GSM的安全。而CDMA网络中手机与基站是双向验证，同时要在CDMA的42位PN码中去猜测某一编码有如大海捞针，可以有效保护空口安全，无线解密器无法攻破。
(3)2.5 G网络吞吐率。在支持低速率物联网应用上，GPRS(GSM)支持最大42.8 kbps、85.6 kbps上/下行数据传输速率，CDMA 1X(CDMA)支持最大153.6 kbps上/下行对等数据传输速率。在低数据速率应用中，CDMA模块比GSM模块可以支持相对更高的峰值速率。
4 结束语
车联网应用已经在某些汽车、智能电动自行车、摩托车出厂中开始预安装，也有部分行业应用用户或者个人用户后安装车联网终端，预测其今后将有广阔的市场空间，而且用户忠诚度相对较高。
本文通过从车联网应用分析来看低数据速率移动物联网涉及移动通信技术应用发展态势，虽然近年来高数据速率移动通信技术更新迭代非常快，但是低数据速率通信技术或许有更稳定且独到的应用场合和应用空间。“技术为市场服务”，市场的需求将促使基于2.5 G的低速移动通信数据网络可能伴随着不断更新的高速移动通信网长期并存。
物联通信技术范文2
[关键词]地铁通信；互联互通；应用
中图分类号：TN92；U231 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0355-01
前言
随着地铁换乘车站会越来越多，地铁车辆在两条线路上跨线混跑是必然的结果。解决好换乘车站的无线覆盖、互联互通及车载台的跨线漫游问题，对整个无线通信系统的通信质量、调度安全有着非常重要的意义。互联是指物理上的连接，互通是指功能的实现。互联是基础，互通是目的。互联互通的含义：假设地铁1号线、2号线和3号线所建立的TETRA网，分别叫A网、B网和C网，并在换乘站附近重叠。又设各网的移动用户编号分别为100X、200X和300X，如图1所示。为实现网络化，要求A网用户（例如1008）从A网进入B网后，可以成为B网用户，具有B网用户的功能，可以和A网、C网其他用户（例如1001、3001）正常通信，功能不减，性能不降，无缝连接，平滑过渡，这就是真正意义上的互联互通。
图1 TETRA移佑没Э缤漫游
一、互联互通的重要性
民用通信网络经过很长时间的发展，在技术、标准、接口协议等方面已经得到很好的改进和完善，无论网络运营商是否相同、使用设备是否一致，同一个无线终端在不同的网络之间都已经能够平稳的过渡。而地铁专用无线集群网络，由于地铁运营环境的影响，与民用无线网络相比，专用无线网络相对独立。特别是在线网建设的初期，一般每条线路都会有自己的控制中心，同一条线路中的无线用户基本上也只会在本线路范围内活动，采用单线控制的运营机制基本上可以满足运营需要。在这种情况下，线路与线路之间的跨线无线通信很少出现。随着新线路的不断建设开通，线网逐渐形成，在新的线网运营模式下，无线集群调度系统中传统的单线运作机制逐渐显露出其不足，具体表现为以下几点：
（1）当列车资源使用紧张的情况下，可能出现列车跨线使用的情况，此时，车载无线电台会由于不同线路之间的无线通信不能互通的原因，导致其不能正常进行通话。
（2）线路之间换乘站的增多，会导致车站工作人员在不同线路之间进行处理日常事务，此时，无线手持台也会由于不同线路之间的无线通信不能互通的原因，导致其不能正常进行通话。
上述问题会随着线网规模扩大而更加显露出来，并且还有可能会带来新的问题，对正常运营产生非常不好的影响。为此，加强集群无线调度系统的互联互通功能，成为了地铁通信建设的客观要求，也是必然选择。
二、跨线路互联互通
（1）同类型设备
同类型设备指的是参与互联互通的所有设备都由同一个厂家生产。这种模式的优点是兼容性好、互联技术的成熟性好和稳定性好。
①单中心交换机
单中心交换机互联互通是指不同线路的无线基站系统共用一套中心交换设备的互联方式，原理见图2。
单中心交换机互联互通的优点是成本低、结构简单。但这种方式也存在一定的不足：（1）对中心设备要求比较高，既要有足够的容量，又要有很强的处理能力；（2）中心交换设备一旦发生故障，将影响所有线路的使用，影响了整个系统的安全性和可靠性。
②多中心交换机
多中心交换机互联互通是指在单中心交换机互联互通的基础上增加控制中心和互联互通设备，从而实现线路之间的互联互通，原理见图3。
图3 多中心设备互联互通
多中心交换机互联互通具有以下优点：（1）互联互通设备发生故障只会影响跨线路之间的通信，单条线路的通信可以正常运营；（2）可以对新入网线路进行独立调试，在其满足线路要求的情况下接入原网络，减少了调试带来的风险；（3）一个控制中心发生故障，不会影响其他控制中心控制的线路，大大的提高了系统的安全性和可靠性。但是，对于单中心交换机来说，多中心交换机也有其劣势，例如，成本高、系统结构复杂等。
（2）不同类型设备
不同类型设备指的是参与互联互通的设备是由不同厂家生产的。和同类型设备相比，不同类型设备的兼容性、稳定性和互联技术成熟性都比较差。但是，不同类型设备对线网设备的多元化发展有极大的好处。
三、基础数据的设置建议
在建立互联互通之前，各个运营线路之间的无线通信系统是独立的，但是在互联互通之后，所有参与互联的子线路融合成一个很大的线路网，这时，任意子线路中的一个参数进行更改，都有可能影响到其他线路的运用。因此，在互联互通的数据配置上必须小心谨慎。
对于以下几种关键参数的配置需要特别小心：网路及登记参数；最大通话时长参数；鉴权参数（鉴权是一种系统的功能，可以为合法的用户提供服务，拒绝不合法的用户的服务要求，进而以防非法用户进入网络）；有效站点参数（此参数设置了某个用户或者通话组的有效使用范围）；邻区参数（无线用户在通话中不断的移动，经常发生用户从一个小区走到另一个小区）。
四、结束语
随着地铁线网化进程的不断发展，为了能更好的发挥无线集群调度系统的作用，必须将现有的零散网络进行整合，进一步提高既有的网络资源的利用率。互联互通技术也将会被更广泛的应用。
参考文献
[1] 天津地铁专用无线通信系统互联互通方案赵彦芳铁道通信信号，2016年.
物联通信技术范文3
【关键词】物联网；通信技术；发展应用
物联网是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为单个产品建立全球的、开放的标识标准，并实现基于全球网络连接的信息共享。物联网主要由六方面组成：EPC编码、EPC标签、识读器、Savant（神经网络软件）、对象名解析服务（ObjectNamingService：ONS）和实体标记语言（PhysicalMarkupLanguagePML）。
一、物联网组成结构及其特点
1、EPC编码。EPC编码是物联网的重要组成部分。它是对实体及实体的相关信息进行代码化.通过统一并规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。EPC编码是EAN.UCC在原有全球统一编码体系基础上提出的新一代的全球统一标识的编码体系，是对现行编码体系的一个补充。EPC编码有3类7种类型，分别为EPC-64-I、EPC-64-II、EPC-64-III，EPC-96-I、EPC-256-I、EPC-256-II、EPC-256-111。
2、射频识读器。在射频识别系统中，射频读写器是将标签中的信息读出，或将标签所需要存储的信息写入标签的装置。射频读写器是利用射频技术读取标签信息、或将信息写入标签的设备。读写器读出的标签的信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。
3、神经网络软件（Savant）。每件产品都加上RFID标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，识读器将不断收到一连串的产品电子编码。整个过程中最为重要、同时也是最困难的环节就是传送和管理这些数据。Auto-ID中心提出一种名叫Savant的软件中间件技术，相当于该新式网络的神经系统，负责处理各种不同应用的数据读取和传输。
4、对象名解析服务（ObjectNameService对象名服务，简称ONS）.EPC标签对于一个开放式的、全球性的追踪物品的网络需要一些特殊的网络结构。因为标签中只存储了产品电子代码，计算机还需要一些将产品电子代码匹配到相应商品信息的方法。这个角色就由对象名称解析服务担当，它是一个自动的网络服务系统。
二、物联网技术下移动通信技术的应用
（一）3G移动通信技术
3G是在2G移动通信技术基础上发展而来的第三代移动通信技术，是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，能满足城市和偏远地区各种用户密度条件下和不同速度移动用户的需求，提供高速高质量的语音、图像、数据以及多媒体业务。3G提供了速率有三种：高速移动环境下为144kb/s，步行和慢速移动环境下为384kb/s，室内环境内为2Mb/s。工作频率有三类：①FDD方式时，为2110～2170MHz和1920～1980MHz；②TDD方式时，为2010～2025MHz和1885～1920MHz；③MSS移动卫星通信方式时，为2170～2200MHz和1980～2010MHz。3G的主要标准有欧盟提出的WCDMA，北美提出的CDMA2000，中国提出的TD-CDMA。2007年，WiMAX也被列为3G技术标准之一。
（二）4G移动通信技术
4G是在3G的基础上发展而来的第四代移动通信技术，是基IP协议的高速蜂窝移动网络。4G集3G与WLAN于一体，能够快速传输高质量的数据、音频、视频和图像等多媒体业务。相对于3G技术，4G具有如下的特征：①速率高，上传速率可达20～50Mb/s，下载速率达100Mb/s；②网速高，是3G网速的100倍；③采用了多种智能技术，提高了灵活性和利用率；④兼容传统的GSM、TDMA和CDMA系统；⑤引入了自适应技术，使得用户数量增多；⑥支持多媒体业务；⑦采用多种新型技术，如OFDM调制技术、软件无线电、智能天线、无线接入网等技术，提高了频谱利用率和通信质量及容量。⑧采用了基于IP的核心网络结构，实现了多业务系统的无缝覆盖和网络结构的自动调节。目前正在广泛应用的4G技术主要包括LTE和LTE-Advanced。LTE技术是3G技术的演进，采用了正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）技术，能够在带宽20MHz提供上行50Mb/s和下行100Mb/s的峰值速率，相当于3.9G技术，还不是真正意义上的4G技术。LTE-Advanced是LTE的增强版，有TDD和FDD两种制式，其技术特征是：带宽100MHz；下行峰值速率1Gb/s，上行峰值速率500Mb/s；下行峰值频谱效率30bps/Hz，上行峰值频谱效率达15bps/Hz；有效支持新频段和大带宽应用等。2012年，国际电信联盟（ITU）正式将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced（802.16m）技术确立为4G国际标准，中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance也被列为了4G国际标准。
（三）5G移动通信技术
物联通信技术范文4
【关键词】 移动互联网技术 物流 实时通信系统
前言：物流业的发展速度在不断提升，应用了很多先进技术，满足了大众需求，由于在移动互联网技术中不仅有移动互联网技术，还有通信技术，且必将成为未来网络主要发展趋势，因此，有必要研究移动互联网技术在物流实时通信技术中的应用情况，并提出构建以移动互联网技术为基础的物流实时通信系统。
一、移动互联网技术概述
移动互联网技术就是将移动技术与互联网技术联系在一起，以便在无线情况下获取自己所需要信息的通信技术，利用移动互联网技术实现了无线终端技术在用户中的使用，如无线网的出现，可以将手机、平板电脑等与互联网连接在一起，手机用户也可以随时获取自己想要的信息，同时，移动互联网技术的出现也加强了网络资源与无线通信之间的联系。对于移动互联网来说，其主要构成部分有四种，分别为移动终端、子网、接入网络以及核心网络[1]。与传统网络相比，移动互联网更为便捷、移动能力更强、开放性也很好，且具有良好的融合性。
二、移动互联网技术在物流实时通信系统中的应用优势
将移动互联网技术应用到物流实时通信系统中，可以使物流作业更显精细化、智能化以及实时化[2]。
首先，从精细化角度讲，将移动互联网技术应用到物流实时通信系统中，可以使物流跟踪更加详细，无论是物流运输还是派送都更加精准。
其次，智能化，由于有无线通信技术的应用，物流双方可以实时掌握物流情况，对于任务的下达、相关信息的采集等工作也都可以自动完成，且能够为管理人员优化业务提供可靠依据。
最后，实时化。将移动互联网技术应用到物流通信中，可以使整个物流管理实现数字化，并将信息存在于物流各个环节，用户也可以实时了解物流现状。
三、基于移动互联网技术的物流实时通信系统构建
要构建以移动互联网技术为基础的物流实时通信系统，首先做好系统功能设计，在这一体系中，至少要有移动终端系统、物流监控系统以及移动互联网系统这三个子系统，在构建该系统的过程中，应将集中式B/S架构应用其中，在集中式B/S架构中包括监控中心、移动通信传输网络以及移动终端设备三部分[3]。其中，监控中心主要用于实时监控入网移动终端设备，及时采集相关信息与状态参数，并为相关配送人员提供各种资讯信息，以便为管理部门提供业务动态信息，帮助相关人员做好工作。而移动通信传输网络则是将无线公网作为基础，建立起监控中心和移动终端交互通道，随着4G网络与LTE网络技术的普及，这些技术也将被应用到物流实时通信系统建设中。对于移动终端设备来说，不仅具有GPS定位与导航功能，还能为业务信息上报，加强管理控制等奠定基础，它也是构建物流实时通信系统的重要组成部分。
移动终端系统离不开终端设备的应用，在这一模块中包含了获取任务单、扫描物件、物品签收等多项内容。在这些内容中，获取任务单主要是借助移动互联网将相关信息下载到终端系统中，其主要作用是提高相关工作人员的工作效率，使作业更加快捷。
而扫描物件就是利用条码扫描器了解物流信息，以便物流管理者了解物件动态。派件与签收也是一项十分重要的工作，派件人员需要与收件人进行物流信息核对，在确认后进行签收。在整个物流通信中还需要注意的是对异常情况的处理，也就是在物件运输和派送阶段，如果发生损坏等情况，就要及时上报，进而采取合适的处理方式。
对于物流监控系统来说，就是利用相关技术实时监控物流情况，了解物流进展，并将这些信息汇集在一起，上报给监控中心，并制成业务报表，以便为物流人员提供全面且详实的业务信息。而移动互联网系统则是以移动通信网络为基础实现互联网接入，其覆盖面十分广泛，且能够快速移动，也便于用户使用，使用范围在7km左右。随着科学技术的发展，移动互联网技术也能够为物流实时通信提供更多支持，满足社会需求。
四、结论
移动互联网技术已经成为现代社会不可或缺的组成部分，也是构建物流实时通信系统的有效措施，将两者结合在一起，不仅有利于物流通信实时性的实现，还可以提高物流工作效率，满足社会发展需要。因此，应重视移动互联网技术在物流业务中的应用，以便为物流实时通信系统建设奠定基础。
参 考 文 献
物联通信技术范文5
摘要：
未来信息化战场环境错综复杂，将混沌扩频体制应用到无人机数据链中可以有效提高通信链路的保密性和安全性。对混沌扩频通信应用于无人机数据链的关键性技术进行了阐述，并对其未来研究方向进行了展望。
关键词：
混沌通信；无人机；数据链
引言
直接序列扩频(DSSS)技术是一种最常见的应用在无人机数据链中的抗截获、抗干扰技术，扩频序列的性质将直接影响扩频通信系统的性能［1］。传统直扩系统中所采用的伪随机序列普遍存在着数量有限、复杂度低、保密性不高的缺点，使得系统性能存在一定缺陷。随着信号检测技术的发展，直接序列扩频通信系统面临着严重的威胁。混沌序列具有很多优良的性质，将混沌序列作为扩频码使用在理论上可极大地提高无人机数据链路的抗截获、抗干扰和安全保密能力，是未来无人机抗截获、抗干扰数据链发展最有前途的方向之一。
1混沌扩频通信概述
混沌理论被认为是20世纪物理学三大成就之一，混沌理论指出具有混沌特性的信号是不可预测的，这种不可预测性就是其保密性、安全性、抗截获性的理论基础［2］。按目前国内的研究水平，将混沌通信划分为混沌扩频、混沌键控、混沌参数调制、混沌掩盖四大类。前三类属于混沌数字通信，最后一类属于混沌模拟通信。在这四大类混沌通信体制中，混沌扩频占有重要的地位，目前已经提出了有关混沌扩频的初步理论和实现方法，将混沌扩频应用到无人机数据链的研究尚处于起步阶段。混沌扩频的核心是通过混沌序列对传输的数据进行扩频调制。混沌序列非随机却类似随机，具有复杂性和不可预测性，非常适用于保密通信，同时与常规的伪随机序列如m序列、Gold序列等相比，混沌序列还有很多优良的性质。其特性对比如表1所示。基于混沌扩频的无人机数据链的基本原理与传统的无人机扩频数据链类似，只是将伪码换成混沌序列。其原理是将待传输的数据用混沌序列进行扩频调制，调制之后频谱被扩展，接收端则采用相同混沌序列进行解扩，以恢复数据，同时实现多普勒测速和测距。其方框图如图1所示。
2关键技术
无人机数据链是整个无人机系统的神经中枢，是连接无人机和地面控制站的生命线，需要极高的安全性［3］。混沌扩频可以有效提高无人机数据链的抗干扰能力和抗截获能力。将混沌扩频通信体制应用到无人机数据链中，需要攻破混沌序列构造方案、优选方法和同步技术等难题。
2．1混沌序列构造方案
混沌序列作为遥控遥测信息的载体，其性能将直接影响到无人机数据链的安全性和可靠性。混沌序列是由混沌映射方程经过数值量化后生成，常见的混沌映射有Logisitc混沌映射、Chebyshev混沌映射、Tent映射等，但上述混沌映射均为一维单级映射，结构简单，生成的混沌序列复杂度不够高，通过相空间重构和反向迭代等方法破译的可能性较大。因此，需要寻找能够构造更加复杂混沌序列的方案［4］。
1)组合混沌映射。组合混沌映射是指将不同混沌映射模型通过加法运算或乘法运算组合构造出新型混沌映射模型的一种方案，组合混沌映射可以有效提高混沌系统的复杂度，大幅增加候选混沌序列的数量，扩展混沌系统密钥空间。
2)高维混沌映射。高维混沌映射相比于一维混沌映射拥有更加优良的动力学特性，其吸引子结构呈现出更高的复杂度，且不具备任何规律，可以有效降低通过相空间重构法破译扩频序列的可能性，更适用于混沌保密通信。
3)自编码序列和混沌序列相复合。自编码直扩是一种跳码方案，其优点是可以实现扩频码伴随传输的数据时刻变化，将自编码序列和混沌序列相复合可以有效提高直扩通信系统的抗截获能力，更有利于实现无人机数据链在未来军事环境中信息对抗的需求［5］。复合扩频码产生原理如图2所示。
2．2混沌序列优选方法
为了进一步提高无人机数据链的抗干扰、抗截获性能，需要对得到的混沌扩频序列进行优选。优选过程考虑到混沌序列的平衡性、自相关特性和互相关特性等因素。混沌序列的平衡性主要影响载波抑制度，不平衡的序列会增大直扩系统的载漏，降低无人机数据链的抗截获能力;混沌序列的自相关性能主要影响无人机数据链的抗多径干扰能力，互相关性能影响无人机数据链的抗多址干扰能力［6］。对混沌扩频序列进行优选，首先选取序列初始值，经过混沌映射迭代得到混沌序列，依次利用上述的平衡性、自相关性、互相关性准则，逐级筛选，若优选产生的混沌序列达到一定的数量要求，就可判断完成了优选过程;否则，需要改变迭代的初值，重复优选流程，直至序列数能够满足要求为止。上述混沌扩频序列优选过程的流程图如图3所示。
2．3混沌扩频序列同步技术
无人机数据链路能否可靠有效地工作，很大程度上依赖于直扩系统的同步能力。同步的重点是要求地面站数据终端和无人机机载数据终端接收到的信号在频率和相位上保持一致，这样才能正确地解调出遥控遥测信息。传统同步技术捕获速度慢、精度差，难以满足长周期混沌扩频序列在无人机数据链中的应用需求，下面介绍几种新型快速捕获算法。
1)辅助引导捕获。对长周期混沌扩频调制信号的捕获可以采用短码引导的方式，由于接收信号中不但携带需要捕获的长周期混沌码，还可能携带短周期混沌码，考虑到短周期码周期较短，容易捕获的特性，同时利用长周期混沌码与短周期混沌码的相位一致性，从而实现混沌扩频序列的快速同步。
2)循环相关捕获。为了进一步提高处理速度，提出了基于FFT的循环相关捕获技术。其基本思想是利用信号在时频域上的变换关系，计算接收信号与本地信号在频域上的乘积，再将结果进行FFT反变换，得到相关值后进行捕获判决［7］。这种方法不同于产同滑动相关法的逐次移位，只需要进行两次FFT，一次逐点相乘和一次IFFT即可实现，大大减少了运算量，提高了同步速度。运算量对比如图4所示。
3)XFAST(扩展复制重叠)捕获算法。XFAST捕获算法主要依靠混沌扩频序列优良的相关特性，其基本原理是将一个很长的混沌码分为M个子段，并将各子段对应的位置进行算数叠加［8］。原来未叠加的码片和从其它区段叠加过来的码片互相关性很小，产生很小的背景噪声，通过XFAST捕获算法可以将运算量减小M倍，其算法功能如图5所示。
3未来研究方向
混沌扩频通信在无人机数据链中的应用还处于起步阶段，在理论上和工程上都还有很多难题亟待解决，未来将重点解决以下3个问题:
1)无限长混沌序列的生成和同步。目前研究的混沌扩频序列一般要经过截短处理，经过截短处理后的混沌序列会损失部分混沌特性，导致性能下降。从某种意义上讲，只有无限长的混沌序列才能充分体现混沌信号的优良特性，才是真正的非周期性序列，才能更好地发挥出混沌信号优良的抗截获性能。但是，无限长混沌码的序列生成和同步等问题还有待于做进一步研究。
2)无人机混合扩谱体制研究。直扩体制和跳频体制有各自的优缺点，将两者合并得到的混合扩谱体制可以充分结合两者的优势。混沌序列不仅可以应用在直扩系统中，同样可以控制跳频系统的跳码图案，将混沌序列应用到混合扩谱体制中可以进一步提高无人机数据链抗干扰、抗截获能力。
3)无人机“多站多机”技术。鉴于频段使用的日渐复杂，传统的“单站单机”模式已经无法满足未来信息化战争的需求，由多个地面站控制多架无人机的“多站多机”模式具有更强的生命力，可以对一片区域内的所有装备进行组网，实现战场网络化，同时整个体系的抗干扰、抗侦察能力也会大幅提升。混沌序列由于其优良的特性，可以提供大量互不相关的混沌序列做扩频码，可以极大地提高无人机数据链系的多址性能，将混沌通信技术和“多站多机”技术结合将成为未来研究的热点问题。
4结束语
为了适应未来信息化电子对抗作战的需要，无人机数据链必须具备很强的抗干扰、抗截获能力，将混沌扩频通信体制引入无人机数据链中具有很大的优越性，研究混沌扩频通信的关键技术，对提高无人机数据链的安全性、保密性具有重要的意义。
参考文献：
［1］王俊，周树道，程龙，等．无人机数据链关键技术与发展趋势．飞航导弹，2011(3)
［2］刘嘉兴，何世彪．混沌测控的概念、特性与实现．飞行器测控学报，2011(1)
［3］杨海东，于宏坤，赵鹏．无人机数据链的未来发展和组网通信关键技术．2014年(第5届)中国无人机大会论文集，2014
［4］李双鑫，王驰，李广喆，等．一种新型的二级分段Lo-gistic混沌映射及其性能分析．东北师大学报(自然科学版)，2014(4)
［5］张晓蓉，吴成茂，李文学．基于混沌与自编码相融合的扩频码构造方法．计算机科学，2015，4(3)
［6］陈晓萍，胡建平，刘嘉兴．应用于测控系统的混沌码产生与同步技术．电讯技术，2013(11)
物联通信技术范文6
关键词：能耗管控系统 数据中心 物联网
中图分类号：TP308 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-088-02
随着互联网的宽带化、移动化和物联网的兴起，互联网以更大规模向更高水平高速发展，互联网数据中心迎来了建设期。当前我国各类数据中心总量约50多万个，可容纳服务器共约500万台。2011年，我国数据中心总耗电量达700亿千瓦时，占全社会用电量的1.5%。数据中心的高能耗，不仅给企业带来了沉重的负担，也造成了社会能源的巨大浪费。为了推动数据中心的节能减排，工业和信息化部在《工业节能“十二五”规划》提出，“到2015年，数据中心PUE值需下降8%”的目标。PUE（Power Usage Effectiveness，电源使用效率）值是国际上通用的数据中心电力使用效率的衡量指标，指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比。PUE值越接近于1，表示一个数据中心的绿色化程度越高。全球数据中心的平均PUE是2.0，发达国家数据中心的PUE约为1.8，日本部分数据中心的PUE可达1.5，Google的数据中心PUE可达1.2以下。在我国，80%以上的数据中心PUE均大于2.0，有的甚至高达3.0以上。
1 数据中心的能耗组成和存在问题
近10年来，数据中心运营的开支增长速度是其他开支增长速度的3倍；高密度服务器3年的能耗开支等于它们的购置费用。供电和散热开支已经成为数据中心可扩展的主要限制。数据中心的能耗组成如图1所示。
图1 数据中心的能耗组成
数据中心能耗主要集中在两个方面：一个是IT设备；另一个是机房基础设施。从技术层面上看，解决高耗能现状，目前有两个工作方向：一个是降低IT设备尤其是服务器的能耗，结合云计算和虚拟运算技术，集中管理、分配数据中心的运算负荷，通过在硬件层面关闭无负荷服务器，从而降低IT设备损耗实现节能。另一个是降低机房设施的能耗，降低机房设施的能耗是一个系统工程，而且数据中心的需求不断在变化、功率密度继续增长、未来容量和密度的不确定性、可用性的要求越来越高、IT技术迅速地变化适应性和要求越来越高、预算又不断增加以及功率发生动态变化等各种因素增加了节能降耗的复杂性。
目前国内数据中心节能降耗的主要困难和问题在于：（1）缺乏技术手段获取全面和准确的PUE数据、发现PUE提升空间，为制定和实施节能方案提供决策支持；同时数据中心的PUE指标体系和标准也尚未建立。（2）作为数据中心能耗“大户”的制冷系统，其温度传感和控制还停留在“房间级”，无法实现精确感知和控制。（3）数据中心对能耗的管控还不系统，各种相关工作相互独立，导致节能效果不理想。
2 基于物联网的数据中心能耗管控系统技术方案
数据中心中，IT设备、供配电设备和制冷系统是机房能源开销的三大主要部分。IT设备由于业务的负载不同，能耗会有较大的波动，通过搜集全面准确PUE数据为应用层管理系统节能决策提供充分的参考基础数据，如结合CPU、内存等数据，可以时段性的物理关闭（开启）某些闲置的服务器等，达到节能效果。实时现场的PUE数据又可以作为供配电系统调度控制的基础决策数据，通过适当的调整各级电源供给策略，可以提高配电效率，达到节能效果。通过传感设备收集实时全面的设备运行温度数据，精确计算并预测冷荷负载，结合智能机柜的风门控制，可以提高制冷冷风效率，达到节能效果。
图2 系统技术方案
基于物联网的数据中心能耗管控系统，通过部署在机柜级的传感器和感知设备及网络采集准确详细的电能和环境（温度等）参数，传送到服务器端计算PUE值，生成直观的数据中心热点视图，为数据中心节能决策提供目标方向和论证依据；同时，实施机柜级的实时节能控制。另外，采用标准和通用的协议保持系统的开放性，使得其他智能设备和系统也可以方便纳入统一的系统中。系统技术方案如图2所示。
物联网智能IDC机柜，对电能和环境数据（温度、湿度、烟雾等）进行机柜级感知，智能监控单元SU一方面收集感知数据通过以太网网络交换机连接管控中心服务器，另一方面对机柜相关部件（如风门）进行实时控制，达到节能的目的。对感知数据的传输，采用带外数据传输方式，避免管控功能影响数据中心设备的正常工作；同时，采用有线和无线结合的方式，避免密集传感导致的传输不可靠、能耗增加等问题；采用zigbee低功耗传感网降低带外传输引入的能耗并减少布线开销；各机柜之间采用zigbee自组网传输感知数据，方便新的传感设备加入网络中。对收集的数据进行全面的PUE计算和分析，获得机柜级、区域级和机房级PUE数据，同时考虑PUE数据的时间和空间特性，并实现热点可视化，热点可视化如图3所示；根据数据分析结果，提供故障预警；提供实时和远程监控平台，为数据中心管理人员提供节能决策支持，同时为基于云计算的数据中心节能技术提供PUE基础数据和时空热点信息。
图3 数据中心热点可视化示意图
3 基于物联网的数据中心能耗管控系统架构
基于物联网的数据中心能耗管控系统主要由感知层、网络层和应用服务层组成，其架构如图4所示。
图4 系统架构图
感知层由智能监控单元、各种传感器、数据采集器、智能仪表和智能子设备等组成。感知层中的智能子设备和传感器包括：（1）用于电能能耗和其它电力参数监测的传感器和数据采集器有电流互感器、霍尔电流传感器、模拟量采集器（温度、电压、电流等）和智能电表。（2）用于节能控制的传感器、智能控制单元和智能子设备有温度传感器、智能新风系统和新风空调，以及设备中用于设备监控的监控单元（控制器）。（3）用于机房设备环境状态监测的开关量数据信号采集器（烟雾传感器、水位传感器、红外移动探测器）。
网络层由Internet网络、移动通信GPRS/CDMA/3G网络、局域网（Intranet、DCN）、以太网络设备、RS485总线和ZigBee无线网络与通讯介质等组成。网络层是数据信息交换的桥梁，负责对感知层（现场设备）上传的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，下传管控中心对现场设备的各种控制命令。
应用层由管控中心[管控中心系统软件（服务器和数据库）]、工作站、Web服务器、Web客户端（PC机和手机等移动终端）等组成。
系统功能主要包括：（1）数据中心低压配电网络节点或设备（负载）的电能消耗等电力参数实时监测；（2）对收集的数据进行全面的PUE计算和分析，获得机柜级、区域级和机房级PUE数据，同时考虑PUE数据的时间和空间特性，实现热点可视化。（3）根据数据分析结果，提供故障预警；提供实时和远程监控平台，为数据中心管理人员提供节能决策支持，同时为基于云计算的数据中心节能技术提供PUE基础数据和时空热点信息。（4）机房/设备节能控制：根据IT设备的运行环境要求、气候环境变化和设备负载变化，对设备进行节能控制；（5）电能消耗数据统计分析：根据管理需求，对能耗数据进行统计计算和趋势分析、输出报表、给出预警信号等；（6）数据中心中配电系统和空调系统状态监测告警，在低压配电网络节点监测通信设备是否过载或短路，配电系统是否出现电源故障（断电、缺相、开关跳闸等），通过感知层的温度传感器监测空调系统是否出现故障（停止运行）。
4 结语
基于物联网的数据中心能耗管控系统从能耗监测、PUE分析评估和节能控制三个方面为互联网数据中心的节能减排提供创新型的技术和管理手段，对于能耗监测、节能控制和计算机辅助能效管理具有重要的技术促进作用，在互联网数据中心的节能减排和智能化管理应用中前景广阔。
参考文献：
[1] 高一川，郑贵林.基于ZigBee网络的能源管控系统设计与实现[J].自动化与仪表，2012（03）.
