摘要：随着我国网络基础设施建设完善，采用LTE无线通信技术支持更广泛网络业务成为了可能，其中应用在物联网是未来发展趋势。文章基于物联网城市生命线管理业务，介绍LTE无线网络架设，EPC核心网网络、IP地址规划、路由规划等设计，提出LTE无线通信技术在其的应用，中间件总体架构、数据处理层数据压缩算法。希望本文的研究能够为读者提供有益参考。
关键词：LTE；物联网；无线网
前言
随着互联网的普及和技术发展，使得网络对人们生活的渗透程度不断深化，信息技术与人们生活的联结更加紧密，其中物联网的发展，促进了一个城市的市政管理、交通、医疗、能源等领域的信息化发展，改变了传统城市生活方式。物联网作为我国未来重要的互联网发展战略方向，是基于社会发展的强烈需求，以及推动人类社会进入“智慧时代”的关键。
1基于TD-LTE技术的无线网络架设
网络架设采用扁平化、IP化的结构，各网络节点之间通过IP进行传输，利用由eNodeB构成的E-UTRAN建立控制面和用户面，以此形成对无线资源管理的功能。核心网主要在整个网络中负责UE控制和承载，利用MME处理UE、CN控制信令，从而保证UE的IP地址分配、NAS信令得到妥善管理[1]。
1.1 EPC核心网网络
EPC网络采用3GPP R8版架构，在此结构下网元包括MME、S-GW、P-GW、PCRF、HSS、DNS、NTP SERVER等单元，如图1所示。
图1 EPC网络结构
采用这种网络机构的主要优势在于，它的日常管理和运行，能够支持全IP，有效兼容IPv4和IPv6两种地址分配协议，对于庞大的数据传输量能够利用IP头进行压缩，同时网络处于Idle状态时能够根据需要快速迁移为Active状态。并且相比起传统无线网架设结构，能够满足数据传输的安全性、可靠性，对于网络条件不足的情况，可以自动对路由和本地输出进行优化。
对于EPC网络组网，根据室内外的覆盖情况，采用一步到位的建设方式，即通过部署一组核心网设备，网元采用POOL或1+1实时热备，在相应位置设置2个机房，通过这样的安排可以保证地理容灾和网络安全性。
1.2 IP地址规划
EPC核心网的假设，采用全IP的管理模式，因此对于IP地址规划就显得尤为重要。针对网络管理地址，将防火墙、基站、网络密码机等设计接入管理网络的网络节点，统统由它分配互联地址段。对于业务系统地址，根据物联网的各业务中心，分配与网络覆盖范围内的各PC、上网终端，以及供系统内部服务的专用服务器。
为了减少IP地址浪费以及管理效率低的问题，采用共享域地址分配与管理机制，针对不同部门、系统的业务和信息共享服务器，从而实现管理网络功统一分配和共享域地址。物联网系统向市级共享域提供服务，满足市、区两级网络用户对网络的访问，针对特定业务可以共享IP地址段[2]。
1.3 路由规划
按照物联网业务开展需要，路由分为三个组成部分：骨干网路由、接入网路由、传感网路由。
首先是骨干网路由，采用OSPFv2协议作为连接内部网络的IGP，在此网络下所有设备的链路都需要通过启动OSPF路由，以此置于单一的OSPF骨干域，构建点对点网络。为了确保MPLS VPN架构能够正常运行，采用MP-BGP协议承载VPN路由，以此实现AS域内自治系统的结构。对于接入网路由，主要是将物联网基站及其设备部署在管理网络接入层下，通过光纤链路连接，以此启动静态路由，将汇聚路由器设置在基站一侧，汇聚设备指向基站下联业务地址段。传感网路由，其无线网络拓扑结构基于自组织路由协议，利用物理ID作为标识，同时支持IPv6的地址标识。
2 LTE无线通信技术在物联网业务的应用
2.1 中间件总体架构
利用中间件，物联网业务开展能够以分布式系统的方式，对操作系统、应用程序进行管理，通过感知层汇聚的数据进行分析和计算，通过一定的压缩和处理后，建立全系统访问地址和监控感应层运转状态，以事件处理触发逻辑和事件阈值设定，解决数据转换、安全性问题。中间件主要有三个层次，分别为上层应用接口层、数据处理层、数据采集层。
首先是上层应用接口层，主要是为应用系统提供统一接口支持，在这一层能够实现事件管理、业务规则配置、物联网应用屏蔽等。数据处理层，主要对传回物联网的数据进行处理，然后根据网络访问者的需要将数据转换成相应的格式，为了进一步提高数据的响应速度，还提供缓存服务。配合数据压缩算法，更进一步对庞大的原始数据进行压缩和精简，降低缓存服务的负担，去除业务开展的冗余操作。数据采集层，主要与通讯适配管理组件、异构设备适配组件、异构数据解析组件、底层设备管理组件进行连接，然后采集这些适配底层设备的异构数据，根据数据类型的不同，提供驱动功能识别。采集各组件的原始数据，将其反馈给数据处理层，而底层设备管理组件主要为其他采集设备提供状态查询、控制管理功能。
2.2 数据处理层数据压缩算法
由于物联网业务产生的数据量远大于常规网络数据，因此需要对数据处理层反馈的数据进行压缩保存、处理和传输，以此去除冗余操作，提高相关业务开展的效率和质量。针对城市不同地点和多种类的数据类型，利用数据压缩算法尽可能地将数据干扰项、无益项去除。
基于数据统计的需要，采用哈夫曼编码的无损压缩方法，它的应用根据变长编码理论，通过分配每个信源符号，然后对分配概率的符号进行判断，通过选择最少分配的码符号表示源数据，最终实现压缩效果。这种编码形式类似于树形结构，信源符号的码字分别为：0、10、110、1110、11110、11111。
为了保证整数比特的码字分配，在哈夫曼编码的基础上采用算数编码，主要用以解决符号重新编码的方式，通过将较长码字分配给输入流，以此对概率数直线区间分隔，它是以算术运算的形式形成码字。两种编码形式在数据压缩方面不会造成信息失真，但数据处理时间较长。
常见的有损数据压缩方法有SDT算法，它的应用原理是通过时间和空间构成二维坐标，根据时间点作为二维坐标的一个点，通过查看时间点的值，构成压缩偏移覆盖区，筛选掉无益于业务的数据后，实现较小的数据缓存。
结论
综合上述，为了保证物联网业务正常开展，基于LTE无线网络通信技术，EPC网络采用3GPP R8版架构，合理的IP地址、路由规划策略，保证数据采集、处理能够高效展开，避免网络资源浪费。中间件结构提供数据缓存、处理和采集的功能，在运行过程通过一定的数据压缩，确保互联网业务庞大的数据传输量、安全性、可靠性要求得到满足。
参考文献
[1]吴小琳.LTE无线通信技术与物联网技术的结合与应用[J].信息与电脑(理论版),2018(10):137-138.
[2]谷俊江.物联网技术和LTE无线通信技术的结合思考[J].信息通信,2018(05):233-234.
论文作者:刘凯婷
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：网络论文; 业务论文; 路由论文; 地址论文; 数据论文; 数据处理论文; 分配论文; 《基层建设》2019年第2期论文;