物联网传输层频谱需求分析

　　无线电频谱是支撑物联网存在与发展的基础性资源。在物联网相关标准大发展中，传输层频谱资源的短缺成了资源互联网发展的重要阻碍。通过对物联网传输层的设计以及对传输层频谱的研究，可以解决物联网传输效率低的问题，为物联网的快速普及和发展做出贡献。就目前国际物联网的标准而言，现在还没有一个完整且权威的物联网数据流量模型。但有一点是可以肯定的，物联网的数据流量模型与互联网的数据流量模型不会相同，而与移动通信的数据流量模型也不会相同。

　　构成物联网需要有海量的数据信息支撑，然而，这并不是说在物联网的数据传输过程中所需的流量和所传输的数据量会很大，相反，在每次传输数据时，可能几十个字节就需要进行一次传输。这是物联网与其他网络传输的最大不同，物联网数据传输更注重实时性，需要全天候传输，才能对物品进行准确的控制。

　　以物联网的视频传输为例，现阶段，国外比较流行的物联网传输就是视频传输。与物联网的其他传输相比，视频传输模型发展得更加成熟，比如远程医疗、输电线路远程监控等都是比较典型的物联网视频传输案例。在视频传输过程中，对物联网传输层的要求较高，因为在这一应用环不节中，物理网对频谱的应用是最多的。物联网数据传输需要解决一个重要问题：在传统的网络结构中，开发商出于商业目的，总是希望在一个网络中汇集更多的客户，但是在物联网传输中，如果一个热点区域汇集了大量的用户，就会引起忘了堵塞，使人们获取的物品资源具有差异性。与目前已有的无线通信相比，这些问题会导致物联网对频谱的需求和规划更加复杂，也让它对频谱的需求和研究拥有更加严格的要求。

　　国际《IMT-2000和IMT-Advanced的未来发展估计的频谱带宽需求》指出，2020年，物联网对频谐的需求将得到更大的提升。在先进型市场中，总频率需求将达到1720 MHz，也就是GATG1和GATG2的需求分别达到880 MHz和840 MHz；在后进型市场中，总频率需求达到1280 MHz，GATG1和GATG2的需求分别达到800 MHz和480 MHz。另外，在先进型市场中，运营商对物联网频谱总频率的需求为1980 MHz，GATG1和GATG2的需求分别达到960 MHz和1020 MHz；在后进型市场中，运营商对总频率的需求为1560 MHz，GATG1和GATG2的需求分别达到840 MHz和720 MHz。

　　在不同的发展阶段，物联网在传输数据时对频谱的要求也不同。关于对频谱的要求，物联网大致可分为三个阶段，分别是机器互联阶段、局域感知阶段以及广域感知阶段。在这三个阶段中，物联网对频谱的需求存在较大差别，频谱的相关应用也有所不同。下面做具体论述：

　　（1）机器互联阶段

　　该阶段又被称为M2M业务阶段。在该阶段中，物联网的主体通信对象是机器设备，比如汽车、机械手、医疗设备、家电、工厂设备等。这些通信终端的节点比较离散，需要借助传统无线网络的共同作用，才能形成可用的无线物联网络。这种混同承载网络的成本较低，只需要在传统无线通信网络的基础上稍加改动，不需要大量更改网络参数就可实现。物联网是为了完成物与物的沟通，而移动网络是实现人与人的沟通，要使移动网络也能实现物与物的沟通，就需要人们对终端的配置和管理更加深入、严格，才能使网络更加通畅。这一阶段，物联网的频谱矛盾并不明显，因为其主要依托于传统3G和4G网络的频谱资源。

　　（2）局域感知阶段

　　在这个阶段，物联网所连接的物品不再只局限于机器设备之间，而是拥有了更加广阔的范围。随着传感网的逐步引入，物品既可以是机器设备，又可以是公共基础设施建筑，还可以是信号塔、电网等电力设施。这个阶段将在区域布置感知网络，在传感网的帮助下，无线通信网络将进一步延伸，形成更大的区域网络。传感网与无线通信网的融合，将为物联网的广义物物相连打下基础。这一阶段的承载网被叫做“区域承载网络”，作为物联网发展的中期阶段，此阶段扩展迅速，所以承载网对移动通信网的要求会大幅度提升，对移动网络资源将构成巨大的压力。面对这些矛盾和问题，就必须对网络系统进行改造，并通过改造使物与物的通信和人与人的通信相互区别、相互隔离，从而采取不同的措施区别对待，大大缓解网络的压力。在混合组网过程中，需要对分组数据服务节点和鉴权认证等进行分组域升级，以满足支持增强功能后的设备。这种升级对网络的影响较大，但一旦改造成功，将整体上提升物联网的网络功能。随着物联网通信业务的不断增加，物联网的频谱资源缺口不断增大，此时，物联网的运营商一方面要大力挖掘已有频谱资源，另一方面也要研发创造新的频谱资源。这样一来，物联网的频谱需求压力才能从根本上得到缓解。

　　（3）广域感知阶段

　　在这个阶段，人们会利用众多的传感器布置公共节点，并让这些节点组成广域网络，实现对物品的广域管理。这一阶段又被称为“独立承载阶段”，是物联网业务规模化发展的阶段。广域感知阶段可能会出现物物通信与人人通信相互干扰的问题，同时，在该阶段，物联网对通讯质量的要求也更高。面对复杂的通信情况，需要用到逻辑隔离的物联网承载网络业务，比如，人们可以在已有网络的基础上建立一个独立的接入网，这样便可以有效地规划其他互联子网，在该种组网方式中，业务数据路由通过PDSN、AAA提供。其中，物联网业务中的签约数据由AAA-M存储，而PDSN-M负责下载签约数据。为实现业务控制，需要将分组控制模块（PFC）接入手机终端，数据业务将被分组控制模块接入PDSN，而分组控制模块与物联网终端连接，会将各种数据一一传输到各自对应的核心网设备中。

　　物联网的发展和应用在很大程度上要依赖于频谱资源，但是，相比于其他方面，人们对物联网频谱的研究相对落后，物联网频谱的落后将成为阻碍物联网发展的技术难题。为此，各个国家需要建立健全物联网频谱资源研究机构，争取早日突破频谱资源技术瓶颈，通过挖掘更加丰富的物联网频谱资源，保障国家和地区物联网的发展。