基于TD-LTE的移动物联网研究与分析

【摘要】 TD-LTE网络的快速部署和应用，是物联网发展的有力推手，本文分析了TD-LTE网络的技术优势和传送网架构，对物联网的网络结构、物联网业务发展趋势及发展瓶颈进行了介绍和分析。由于TD-LTE网络能够满足物联网业务承载需求，提出了基于TD-LTE技术的移动物联网应用方案。

【关键字】 TD-LTE 物联网 业务需求 应用方案

一、引言

2013年12月中国移动TD-LTE网络的正式商用，标志着中国的移动互联网正式进入4G时代。TD-LTE网络的高速带宽为承载多种物联网业务的发展提供了可能。本文对中国移动TD-LTE网络结构、物联网技术进行了介绍，并论证了LTE网络与物联网技术融合的技术可行性。

二、TD-LTE移动通信网络

LTE是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式用于成对频谱和非成对频谱。中国移动采用TDD技术构建通信网络。

2.1 技术优势

（1）与2G、3G网络相比，以TD-LTE技术为基础的4G网络，下行速率100 Mbps，上行速率50 Mbps，通信速度有了很大的提升。

（2）采用OFDM技术，提高了调制效率和频谱利用率。

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），正交频分复用技术，将高速串行数据信号转换为大量的并行低速子数据流，每路数据流经独立调制后在不同的子载波上分别传输，各子载波的频谱重叠但相互正交，频谱利用率较高。

（3）MIMO技术，提高系统传输速率的最主要手段。

MIMO（Multiple-Input Multiple―Output），多输入多输出，该系统在发送端和接收端均采用多天线和多通道模式，利用无线信道的非相关特性实现信号在空间的多路并行传输，从而提高通信质量和通信速率。

（4）PTN承载TD-LTE优势明显。

①PTN具有多种业务类型统一承载力，其采用packet作为交换核心，能够满足数据业务突发、不定包长等特点，对承载IP化数据业务优势明显。

②PTN在城域核心层启用简化的L3功能转发X2接口连接，避免在PTN网络间增加路由器设备，简化了网络架构，消除了网络中的瓶颈节点，尽可能地避免了单个网元出错对全网的影响，方便统一网管全网管理。

③PTN具有较强的QoS功能，能够对TD-LTE业务进行等级区分和优先级管理，利于更高效更合理传输不同等级用户的业务。

2.2承载TD-LTE的传输网

LTE网络在网络架构方面与2G、3G网络有很大的不同，2G、3G网络，一台BSC/RNC下挂多个基站BTS/NodeB，各个基站的BTS/NodeB之间是没有接口的，基站间的互访问是有BSC/RNC直接控制。4G网络，无线网每个基站之间都有传输需求。因此引入了S1和X2流量。

对于S1流量：经接入层PTN统一送到核心层PTN，由核心层PTN根据目的IP地址（MME/SGW）查找L3VPN的路由表，封装LSP和L3VPN的标签， 经由核心层设备间的转发到达归属的MME/SGW。

对于X2流量：经接入层PTN统一送到核心层PTN，由核心层PTN根据目的IP地址（相邻的基站）查找L3VPN的路由表，以决定流量是经由核心层环送往非本地归属的基站；或向下转发，经由本地的L2VPN封装送外相邻的基站。

三、基于TD-LTE的物联网网络架构

物联网是一个物物相连的网络，它能够将我们的生活拟人化。物联网使用GPS、射频识别、传感器等设备进行信息提取、鉴别和传递，然后通过某种通信方式连接至互联网，最后使信息能够与互联网信息互换，实现智能化的跟踪、识别、监管等功能。

构建以TD-LTE网络为基础的物联网，需要解决以下几个方面。

（1）为满足物联网应用对口地址日益增长的需求，物联网感知层传感器终端应具有支持TD-LTE制式的网络模块，同时支持IPv6。IPv6理论上支持的终端数量将达到2的128次方，同时终端设备可拥有1个以上的IP地址，增强了网络的安全性，数据传输速度也大大提高。

根据物联网节点资源受限和低功耗的特点对IPv6协议进行裁剪和优化，在无线传感网络的应用得到了IETF组织的积极推广，相关的核心标准已基本制定完成。

（2）物联网网络层应包含TD-LTE承载网的接入层、汇聚层、核心层，具备数据承载和数据控制功能，建立属于物联网的专属网元，能够提供如会话管理、路由选择和数据转发、QoS控制、存储信息等业务，同时，为物联网终端与应用平台、管理平台之间提供通道。

物联网网络可采用与TD-LTE核心层网络控制与承载分离的网络模式，在核心层建立物联网节点专用的MME、SGW、PGW网元。

① MME通过向HSS发送“四元组”鉴权请求，完成对于低移动性的物联网节点接入的控制，包括安全和许可控制；通过向DNS请求APN解析获得SGW、PGW网元的地址信息，从而完成对SGW、PGW网元的选择。

② SGW完成通信的建立、数据路由建立和转发、寻呼触发、计费及QoS控制等功能，为终端和应用层、管理层的通信提供数据通道。

③ PGW完成丰富的业务处理，包括IP地址分配、 DPI、内容计费、业务策略控制、防火墙和NAT（Network Address Translation）等功能。

（3）由中国移动为规范物联网终端与M2M平台间的数据通信、实现M2M平台对物联网终端的统一管理而制订的WMMP协议，在应用方面还处在起步阶段，支持该协议的接入终端和网络设备较少。

完整的基于LTE的物联网网络结构如图1所示。

四、小结

物联网 作为我国战略新兴产业的重要组成部分，正在进入深化应用的新阶段，物联网与传统产业、其他信息技术不断融合渗透，促进了传统产业的转型升级，服务社会民生方面发挥的作用越来越重要。本文提出了基于TD-LTE网络的物联网网络架构，TD-LTE网络的大规模建设和应用必将推动物联网的快速发展，移动互联网高速的网络带宽和传感网络局部细小的部署集合起来，可完成多种数据业务的透传服务。

参 考 文 献

[1] 李勇辉，马瑞涛， 符刚. 基于LTE的物联网发展研究[J]. 互联网天地，2013（9）.

[2] 张孝林，张瀚博. LTE技术与物联网技术融合分析[J]. 移动通信，2012（7）.

[3] 李昊，胡兴. LTE无线通信技术与物联网技术的结合与发展 [J]. 邮电设计技术，2012（1）.