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物联网中应用的网络技术
112085240006 李靖
物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来的，它与目前主流的移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能，特别是当三网融合后，有线电视网也能承担数据传输的功能。
在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题。同时，物联网网络层将承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服务质量要求，所以现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩展，利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。
由于广域通信网络在早期物联网发展中的缺位，早期的物联网应用往往在部署范围、应用领域等诸多方面有所局限，终端之间以及终端与后台软件之间都难以开展协同。随着物联网发展，建立端到端的全局网络将成为必须。
由于物联网网络层是建立在Internet和移动通信网等现有网络基础上，除具有目前已经比较成熟的如远距离有线、无线通信技术和网络技术外，为实现“物物相连”的需求，物联网网络层将综合使用IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技术，实现有线与无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。同时，网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括物联网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的技术。
本文将对物联网依托的Internet、移动通信网和无线传感器网络3种主要网络形态以及涉及的IPv6、Wi-Fi等关键技术进行介绍。
1．Internet
Internet，中文译为因特网，广义的因特网叫互联网，是以相互交流信息资源为目的，基于一些共同的协议，并通过许多路由器和公共互联网连接而成，它是一个信息资源和资源共享的集合。Internet采用了目前最流行的客户机/服务器工作模式，凡是使用TCP/IP协议，并能与Internet中任意主机进行通信的计算机，无论是何种类型、采用何种操作系统，均可看成是Internet的一部分，可见Internet覆盖范围之广。物联网也被认为是Internet的进一步延伸。
Internet将作为物联网主要的传输网络之一，然而为了让Internet适应物联网大数据量和多终端的要求，业界正在发展一系列新技术。其中，由于Internet中用IP地址对节点进行标识，而目前的IPv4受制于资源空间耗竭，已经无法提供更多的IP地址，所以IPv6以其近乎无限的地址空间将在物联网中发挥重大作用。引入IPv6技术，使网络不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将使物联网无所不在、无处不在地深入社会每个角落。
2．移动通信网 要了解移动通信网，首先要知道什么是移动通信？移动通信就是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。通过有线或无线介质将这些物体连接起来进行话音等服务的网络就是移动通信网。移动通信网由无线接入网、核心网和骨干网三部分组成。无线接入网主要为移动终端提供接入网络服务，核心网和骨干网主要为各种业务提供交换和传输服务。从通信技术层面看，移动通信网的基本技术可分为传输技术和交换技术两大类。
在物联网中，终端需要以有线或无线方式连接起来，发送或者接收各类数据；同时，考虑到终端连接方便性、信息基础设施的可用性（不是所有地方都有方便的固定接入能力）以及某些应用场景本身需要监控的目标就是在移动状态下。因此，移动通信网络以其覆盖广、建设成本低、部署方便、终端具备移动性等特点将成为物联网重要的接入手段和传输载体，为人与人之间通信、人与网络之间的通信、物与物之间的通信提供服务。
在移动通信网中，当前比较热门的接入技术有3G、Wi-Fi和WiMAX。
3G是指第三代支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，3G网络则综合了蜂窝、无绳、集群、移动数据、卫星等各种移动通信系统的功能，与固定电信网的业务兼容，能同时提供话音和数据业务。3G的目标是实现所有地区（城区与野外）的无缝覆盖，从而使用户在任何地方均可以使用系统所提供的各种服务。3G包括3种主要国际标准，cdma2000，WCDMA，TD-SCDMA，其中TD-SCDMA是第一个由中国提出的，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。
Wi-Fi全称Wireless Fidelity（无线保真技术），传输距离有几百米，可实现各种便携设备（手机、笔记本电脑、PDA等）在局部区域内的高速无线连接或接入局域网。Wi-Fi是由接入点AP（Access Point）和无线网卡组成的无线网络。主流的Wi-Fi技术无线标准有IEEE802.11b及IEEE802.11g两种，分别可以提供11Mbit/s和54Mbit/s两种传输速率。
WiMAX全称World Interoperability for Microwave Access（全球微波接入互操作性），是一种城域网（MAN）无线接入技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种空中接口标准，其信号传输半径可以达到50km，基本上能覆盖到城郊。正是由于这种远距离传输特性，WiMAX不仅能解决无线接入问题，还能作为有线网络接入（有线电视、DSL）的无线扩展，方便地实现边远地区的网络连接。
3．无线传感器网络
无线传感器网络（WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。
无线传感器网络技术贯穿物联网的3个层面，是结合了计算机、通信、传感器3项技术的一门新兴技术，具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的优势，且对物联网其他产业具有显著带动作用。
如果说Internet构成了逻辑上的虚拟数字世界，改变了人与人之间的沟通方式，那么无线传感器网络就是将逻辑上的数字世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，相比传统网络其特点是：
（1）节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集； （2）由于环境影响和存在能量耗尽问题，节点更容易出现故障； （3）环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化； （4）通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的；
（5）传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。
因此，传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用，这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。
应用重点 传输速率 中断功耗 网络规模 带宽 传输距离 优点 主要用途 移动网络 语音/数据 16Mbps+ 较高 无限制 14.4K以上 无限制 覆盖范围大，质量保障 WIMAX (802.16) 无线城域/广域网 高 大 可达1G 几十公里 WIFI (802.11) BLUTOOTH (802.15.1) WEB/EMAIL/MEDIA 电缆替代品 1Mbps+ 较高 较小 11M以上 及百米到几公里 250Kbps+ 较高 点对点 2.1M <10米 价格低，方便 汽车电话通信、远程车辆状况诊断、车辆安全系统、多媒体下载 覆盖范围大，带速度，灵活 宽，投资成本低 电力监控、油田监测、环境监测、气象监测、水利监测、热网监测、电表监测、机房监控、车辆诱导、供水监控 Internet 大数据量信息 多终端共享 ZigBee 控制 250kbps 低 点对点、点对多点 10—75米 协议复杂性低、资源要求少、数据传输可靠 工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统 红外 SIR 115.2Kbps FIR 4Mbps 低 点对点 1.0M <=1米 能耗低、成本小、体积小、不需要频率申请 速度快、数据量大、 介入简单 系统之间的桥梁