基于TD_SCDMA与物联网融合的研究

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技术趋势

基于TD-SCDMA与物联网融合的研究

王 滨 李方正 李志国 中国移动通信集团安徽有限公司淮北分公司

【摘 要】文章首先阐述物联网的概念及发展现状，从技术角度分析其技术体系、所需无线传输技术；然后剖析物联网与TD融合现状及存在问题，得出中国移动面临的挑战、融合中的不足；最后给出中国移动物联网发展建议。【关键词】物联网 TD-SCDMA 技术体系 融合

1 引言

近年，中国移动以一系列措施推动TD-SCDMA发展，TD产业链得以初步壮大，发展态势可喜。物联网作为下一代信息技术，需要3G高带宽和高频谱利用率的支持，就此而言，TD-SCDMA与物联网具备融合的前提。目前TD-SCDMA还未进入规模化商业发展阶段，物联网与TD标准的融合将赋予中国移动更浓重的民族产业推动者色彩。而物联网与TD融合，也可通过国家高科技项目资源为TD争取到政策扶持，在战略上具有高度前瞻性。

2 国内物联网发展现状及趋势

物联网的定义：通过射频识别[1]（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定协议，连接物品与互联网，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。

物联网非常重要的技术是RFID电子标签技术。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的、比Internet更为庞大的物联网。可以说，RFID的广泛应用是形成全球物联网的基础。2004年起，国家金卡工程每年都推出新的RFID应用试点工

收稿日期：2011-08-09

程，涉及电子票证与身份识别、动物与食品追踪、药品

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责任编辑：林 菊　linju@

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安全监管、煤矿安全管理、电子通关与路桥收费、智能交通与车辆管理、数字化景区与旅游等，科技部“863”计划第二批专项课题就包括超高频RFID空中接口安全机制及其应用、超高频读写器芯片的研发与产业化、超高频读写功能的移动通信终端开发与产业化。

铁道部RFID应用已基本涵盖全部运输业务，截至2008年底，全国铁路1.7万台机车和70.8万辆货车都安装了电子标签，并开发了综合应用系统，实现了对铁路列车、机车、货车的实时追踪。

卫生部RFID主要应用领域有卫生监督管理、医保卡、检验检疫等，已完成了“948”国家牛肉质量追溯系统建设，正在合作开发、建设冷链物流（冷鲜水产品及出口菌菇）示范项目，并在食品药品安全监管。

多路径识别、城市交通一卡通等智能交通领域也有所突破，如厦门路桥管理公司在不停车收费系统中应用RFID技术，发行RFID电子标签共20万张。广东联合电子收费公司自2004年起建立不停车收费系统，发行16万张RFID电子标签。

2009年8月7日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对国内目前研究物联网的核心单位——中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心予以高度关注，提出把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法。

综上，RFID国内产业链和应用范围不断拓展，并呈现以下趋势：

（1）集电子产业、软件业、通信运营业、信息服务业和面向行业的应用与系统集成中心等于一体的完整产业链，逐步形成。

（2）应用试点向行业规模化应用拓展，跨行业和地区的综合性应用逐步启动。

（3）应用功能以目前的身份识别、电子票证为主逐渐向物品识别过渡。如向资产管理、食品药品安全监管、电子文档、图书馆，仓储物流等物品识别拓展，应用频率以低、高频为主逐渐向超高频和微波过渡，即从低高频的门禁、二代身份证应用逐步向高速公路不停车收费、交通车辆管理等超高频微波应用拓展。

（4）RFID与新技术的融合将会衍生更多商业模式。如手机移动支付将会是RFID未来最大市场。利用

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RFID进行人与物的实时定位也将成为未来主流应用。

（5）RFID以及传感技术的发展使社会公共管理呈现出管理智能化、物流可视化、信息透明化的发展趋势。

3 物联网技术体系

随着全球经济一体化、信息网络化进程加快，为满足对单个产品的标识和高效识别，美国麻省理工学院的自动识别实验室在美国统一代码委员会（UCC）支持下提出：利用RFID、无线数据通信技术，构造一个覆盖世界万物的系统，在物体标识上提出了产品电子代码（EPC）的概念。EPC标签从本质上说是一个电子标签，通过射频识别系统的电子标签读写器可以实现对标签内存信息的读取。这个内存信息通常就是产品电子码，用户只要输入产品名称、生产商、供货商等信息，就可以实时获悉产品在供应链中的状况。

3.1 物联网的结构

物联网结构[2]可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成，两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后，通过Internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统中间件，然后通过ONS解析获取产品对象名称，继而通过EPC信息服务的接口获得产品信息。整个信息系统的运行都会借助Internet网络系统，利用在Internet基础上发展出的通信协议和描述语言。因此物联网可以说是架构在Internet基础上的各种物理产品信息服务的总和。

图1 物联网的构架

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图1是物联网构架，下层是感知层，进行物体技术标识和感知，在此，物体不仅有感知，在局部空间里，彼此还有互动。再往上走是一个接入，包括Wi-Fi、WiMAX、蜂窝网络等，在接入互联网的过程，也要进行信息处理、融合。

下面简述EPC系统的组成：（1）EPC编码标准

是EPC系统的重要组成部分，对实体及实体相关信息进行代码化，通过统一的、规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。

（2）EPC标签

是装载产品电子代码的射频标签，通常被安装在被识别对象上，存储被识别对象相关信息。标签存储器中的信息可由读写器进行非接触读/写。

（3）解读器

是利用射频技术读取标签信息、或将信息写入标签的设备。读写器读出的标签信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。

（4）Savant（神经网络软件）

Savant[4]是一个物联网系统“中间件”，用来处理从一个或多个解读器发出的标签流或传感器数据，然后将处理过的数据发往特定请求方。

（5）对象名解析服务（Object Naming Service，ONS）

标签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至相应商品。这个任务由对象名称解析服务（Object Naming Service，ONS）担当，它是一个自动网络服务系统，类似于域名解析服务（DNS），DNS是将一台计算机定位到万维网上的某一具体地点的服务。

（6）实体标记语言[5]（Physical Markup Language，PML）

实体标记语言（PML）通过一种通用的、标准的方法来描述我们所在的物理世界。PML的目标是为物理实体的远程监控和环境监控提供一种简单、通用的描述语言，可广泛应用于存货跟踪、自动处理事务、供应链管理、机器控制和物对物通讯等方面。

[3]

EPC系统是一个灵活的、开放的、可持续发展的体系，可在不替换原有体系的情况下进行系统升级。

3.2 物联网所需无线传输技术

（1）蓝牙技术（bluetooth）

一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用近距无线接口，使各种设备能在没有电线或电缆连接的情况下，实现近距离通信或操作，其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。 　　

（2）Wi-Fi（Wireless Fidelity）

也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.11b，与蓝牙同属短距离无线通信技术。速率最高可达11Mb/s，数据安全性方面比蓝牙技术稍差，但电波覆盖范围略胜一筹，可达100m左右。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速度接入Web。但如果有多个用户通过同一个点接入，带宽会被分享，连接速度一般只有几百kb。信号不受墙壁阻隔，但建筑物内有效传输距离小于户外。

（3）ZigBee技术

主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。使用2.4GHz波段，采用跳频技术，比蓝牙技术更简单、速率更慢、功率及费用也更低。基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高可靠性。另外，可与254个节点联网，比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。被冀望于在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展应用。　

（4）3G技术

相较而言，通过无线方式实现的物联网成本更低，因此，拥有先进无线技术的物联网是更加智慧的。物联网时代，3G将促进物联网有效发挥无缝通信的巨大威力。三大电信运营商目前都拥有面向行业的物联网服务：中国移动的优势在于个人群体；而由于拥有固定网络和移动网络的均衡资源，中国联通在行业应用方面更

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具主导优势。此外，尽管在2G时代，中国电信拥有占据绝对优势的企业和行业客户市场，但通过无线网提供的物联网应用成本更低。中国联通“沃”商务提供的物联网相关业务，能够满足客户对数据采集和测量、生产监控、指挥调度等方面的业务需求，也可以用于Machine to Man/Man to Machine（人机交互业务）。

目前，中国移动借助TD-SCDMA网络优势，利用TD高带宽优势，可以进行视频监控和远程监控传输业务。在公交车站，通过对行进车辆的GPS定位协同，显示即将到达的公交车到站时间，显示现场视频，并提供天气预报、时间、城市当天主要公众信息等便民信息。此外，还有面向环境监测、快速报警、移动执法等行业应用。

4.2 中国移动已取得的进展

（1）农业标准化生产检测系统

温度、湿度、二氧化碳含量、土壤湿度、土壤温度等实时农业信息采集，利用M2M平台和GPRS/TD网络传输，利用短信息、Web、Wap等手段，让从事农业生产的客户随时掌握必需信息。

（2）动物标识溯源系统

面对国内频发的食品质量和安全问题，中国移动与农业部从2006年就合作开发了动物标识溯源系统，该系统通过标识编码、标识佩戴、信息录入与传输、数据汇总、分析查询，实现一体化监控。用户规模终端8万台，其中支持WMMP的有2219台。

（3）电梯卫士

是中国移动面向电梯安全部门、电梯使用单位、

4 物联网与TD融合现状及存在问题

无论是从社会责任还是企业责任出发，中国移动都应大力推进物联网的建设与发展，而物联网的发展也应能给TD带来重大发展机遇。

电梯厂商和电梯维修单位推出的电梯安全信息化管理产品，通过安装在电梯外围的传感器采集电梯冲顶、蹲底、停电，通过无线传输模块将信息传输到电梯卫士平台，具定期维保、提醒功能，能督促物业方按时、定期联系维保人员进行保养和维护。

另外还有“车务通”、“关爱通”等人性化服务，用户也拥有一定规模。

4.1 物联网对TD的推动作用

目前的发展思路是：完善现有网络，积极推动无线传感网络与TD网络的融合，大力发挥TD网络承载优势的物联网业务，提升TD核心竞争力，给物联网发展以强有力支撑：

（1）拓展业务应用空间。物联网催生大量应用，为TD带来广阔应用前景和发展空间。

（2）避开技术成熟虚弱点。物联网发展初期数据流量不大，资源占用较少，比较适合TD发展初期的应用。

（3）终端差距不大。基于TD的物联网终端和基于WCDMA和CDMA2000的物联网终端在同一起跑线上，竞争对手的优势不明显。

（4）自主知识产权的优势。TD是具有中国自主知识产权的3G技术，将得到政府的扶植和重点行业企业的扶植。

（5）频率和码号资源丰富。TD丰富的频率资源和物联网专用号码资源，能有效满足物联网广泛的应用需求。

责任编辑：林 菊　linju@

4.3 面临的挑战与不足

（1）外部挑战

市场很大，单个产品的市场很小。各行各业及不同的家庭都存在与物联网有关的需求，然而各户对产品数量的需求较少，因此发展物联网必须要做到快速响应需求，应用储备丰富。

物联网业务涉及社会各环节，每个行业、每个客户都有独特之处，必须深入理解行业特征，做精做细，才能真正满足客户需求。

（2）内部挑战

产业方面，物联网市场目前还没有形成规模和产业化，中国移动在物联网领域和对各种行业的应用经验不足，还存着价值链中利益平衡的问题。

产品方面，由于行业壁垒，中国移动无法开发所有产品，缺乏标杆性产品和可复杂产品模块，缺乏开放性

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的、可持续性的商务模块，造成产品不够丰富。

社会方面，缺乏政策法规充分支持，政策环境有待健全，公众对物联网认知和接受度低，需求零散，不成规模，以及公众对竞争敏感信息泄露的担心。

技术方面，物联网产业缺乏统一技术标准，缺乏有经验的技术支撑队伍，技术瓶颈难以突破。

从物联网开发业务到用户时间太长，未封装的情况下，每个应用开发都要和很多网元打交道。开发者在非应用开发资源投入过大，成本极高，造成物联网应用投资较大，上线周期长，应用部署困难，产品不够丰富。

北方工业大学,2009.

[3]赵莹. 基于物联网架构的EPC无线通讯协议研究[D]. 山东:山东大学,2005.

[4]潘林. 基于网格技术的Savant中间件的设计和实现[D]. 北京:北方工业大学,2007.

[5]肖慧彬. 物联网中企业信息交互中间件技术开发研究[D]. 北京:北方工业大学,2009.

[6]李世鹤. TD-SCDMA第三代移动通信与标准[M]. 北京:人民邮电出版社,2003. ★

【作者简介】

5 中国移动发展物联网建议

产业方面，应尽力争取政府支持，在准入、价格、应用试点行业示范项目等方面营造宽松产业环境，提供必要的政策和资金支持，为产业发展提供保障。

产品方面，可以采用多种方式引入现有行业价值链中的服务集成商，借助其行业应用知识，开发各种应用产品，打破行业壁垒，丰富产品应用。

社会方面，建议政府对个人隐私、人身伤害责任界定等问题制定配套法规，保障健康的行业生态环境。

技术方面，中国移动要制定物联网产业、终端、平台和通信协议标准，实施技术标准和业务标准。

物联网改变了人们的生活和工作方式，电信市场受到前所未有的冲击，中国移动在发展移动通信业务的同时，积极发展新型业务，是必然选择。如何利用资源，充分发挥自身优势和优惠政策，适当借助战略伙伴的力量，是中国移动进军物联网市场面临的功课。让我们拭

目以待物联网与TD融合，以俟来日深入研究和探讨。

王 滨：本科毕业于安徽大学电子工程系，南京邮电大学硕士。任职于安徽移动淮北分公司，从事移动通信网络运营管理工作。

李方正：毕业于淮北师范大学。任职于安徽移动淮北分公司运行维护部，主要从事网络规划建设与维护工作。

李志国：毕业于安徽大学电子科学与技术学院，硕士研究生。任职于中国移动通信集团安徽公司淮北分公司，从事无线通信、移动互联网

技术研究。

参考文献

[1]田美花. 基于RFID技术的生产执行系统关键技术研究[D]. 青岛:中国海洋大学,2007.

[2]马宇健. 基于电子标签的签名系统设计与实现[D]. 北京:

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