2.3 智慧物流通信與網絡技術

智慧物流感知技術實現了信息的自動采集，要實現信息的互聯互通就需要通信與網絡技術。如果說感知識別技術是人體五官，那么通信與網絡技術就是人體的神經，將這些信息及時地反饋和傳遞，為做出正確的決策提供快速的通信路徑。智慧物流通信與網絡技術根據應用場景不同，主要有以下幾種類型。

2.3.1 近距離通信

隨著信息技術的發展，人們對網絡通信的要求不斷提高，傳統數字化設備的有線連接已不能滿足需求，發展無線通信技術，將人們從有線連接的束縛中解放出來，已經成為一種必然趨勢。諸多新技術得到了廣泛的應用，如紅外線數據通信IrDA、藍牙、Wi-Fi（IEEE 802.11）、無線城域網WiMax、超寬帶通信UWB、近場通信NFC、無線RFID、短距離無線技術ZigBee等。

由于近距離無線通信的應用非常多樣化，且要求各不相同，所以，多種標準和技術并存現象會長期存在。例如，需要寬帶傳輸的視頻、高速數據可以采用UWB技術；對速率要求不高的，但對功耗、成本等有較高要求的無線傳感網可以采用ZigBee、Z-Wave及與其相似的技術；對于非常近距離的標簽無線識別應用，則可采用NFC、RFID等技術。

從使用的頻率上來看，多數近距離無線通信使用的是ISM（工業、科學、醫療）頻段，在限制功率的前提下，對頻率的使用不需要特別的許可。遺憾的是，除了2.4GHz這個頻段以外，其他頻段各國的規定各不相同，因此，有些標準會給出多個頻段。UWB和NFC、RFID使用頻段的情況有所不同，前者由于近似白噪聲通信，平均功率密度很低，使用高頻率（如3.1～10.6GHz）的頻段和非常寬帶寬（4～7GHz）；后二者由于通信距離非常短，發射功率極低，所以使用的頻段限制相對較為寬泛。例如，RFID就有使用低頻（125kHz、134kHz）、高頻（13MHz）、超高頻（868～956MHz）和微波（2.4GHz）等不同頻率的產品。

1.ZigBee通信技術

ZigBee，也稱紫蜂，是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議，其底層是采用IEEE 802.15.4標準規范的媒體訪問層與物理層。ZigBee的主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網上節點、支持多種網上拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。

ZigBee的工作頻段有3個，分別是868MHz、915MHz和2.4GHz。868MHz頻段主要用于歐洲，有一個信道，傳輸速率為20Kbit/s；915MHz（902～928MHz）頻段用于美國，有10個信道，每信道傳輸速率為40Kbit/s；2.4GHz有40個信道，每個信道傳輸速率可達250Kbit/s。

ZigBee網絡的拓撲結構主要有3種類型：星形網絡結構、網狀結構和簇形結構，圖2-3中所示為混搭型網絡結構。從網絡配置上，ZigBee網絡中的節點可以分為3種類型：ZigBee協作節點、ZigBee路由節點和ZigBee終端節點。一個ZigBee網絡中只有一個ZigBee協作節點，主要負責發起建立新的網絡、設定網絡參數、發送網絡信標、管理網絡中的節點以及存儲網絡中節點信息等。ZigBee路由節點可以參與路由發現、消息轉發、允許其他節點通過它來擴展網絡的覆蓋范圍等。ZigBee終端節點通過ZigBee協調點或者ZigBee路由節點連接到網絡，但不允許其他任何節點通過它加入到網絡。

ZigBee可以廣泛應用于各種傳感器網絡和監控系統，近幾年來發展十分迅速。已經生產的芯片主要是集成無線收發器和用于協議棧的應用處理的微處理器片上系統（SoC）。芯片成本較低，目前為2～3美元/個，據稱可達到1美元/個以下。

ZigBee的一個有力競爭對手是Z-Wave，由丹麥Zensys公司開發，后來成立的Z-Wave聯盟，在2007年以后得到了Microsoft、Cisco等IT企業的支持。和ZigBee不同，Z-Wave從開發伊始就緊盯家庭自動化應用，從技術的角度來看，它沒有特別的優勢，其工作速率低于ZigBee，組網方式和網絡規模也不如ZigBee，但由于其針對性強，協議更加簡單，便于實現，成本更低，更易于普及，所以近年來，Z-Wave在家庭自動化方面得到廣泛的應用。

2.UWB超寬帶無線通信技術

和ZigBee不同，UWB（超寬帶無線通信技術）的主要應用是短距離的寬帶傳輸。UWB的概念出現得很早，過去主要用于軍事通信，2002年，美國聯邦通信委員會批準將UWB作為個域網技術開放使用，從那以后，UWB技術在民用領域得到很快的發展。根據美國FCC的要求，用于無線個域網的UWB技術應當具有以下特性。

1）使用FCC開放的3.1～106GHz頻段。

2）功率密度低于41.3dBm/MHz。

3）傳輸速率為：10m距離上110Mbit/s；4m距離上200Mbit/s；1m距離上480Mbit/s。

4）同一空間支持4個微微網同時工作。

5）占用頻帶極寬，達4～7.5GHz，而移動通信不過幾百kHz至幾十MHz。

6）傳輸速率高，可達到千兆比特每秒的速率。

7）空間容量大，可達1Mbit/s/m²，相比之下，IEEE 802.11b僅為1Kbit/s/m²；藍牙設備僅為30Kbit/s/m²。

8）穿透能力強，極寬的帶寬有助于微波信號的穿透。

9）抗干擾能力好，因為信號的頻譜類似白噪聲，對其他類型的無線通信來說，容易濾除，又由于有極寬的帶寬，也不易受其他信號的干擾。

當前UWB技術主要有兩大陣營，即DS-UWB和MB-OFDM。

DS-UWB方案使用的是脈沖無線電技術，提交給IEEE 802.15工作組的是一些掌握大量脈沖無線電專利的小公司。DS-UWB是一種無載波技術，發送的是極窄的脈沖信號，由于沒有載波，不需要調制解調，所以實現簡單，平均功率低，成本也相對較低。

MB-OFDM方案則用多波段OFDM復用實現數據的傳輸，其頻譜特性也符合對UWB的要求。提交這一方案的是一些大企業，如IBM、微軟、惠普、諾基亞、索尼等。

兩種方案各有千秋，DS-UWB商用較早，但MB-OFDM有后來者居上之勢。特別是MB-OFDM已經被USB聯盟采納，作為無線USB底層的傳輸手段，使其前景更加光明。

2.3.2 移動互聯網

移動互聯網（Mobile Internet，MI）是一種通過智能移動終端，采用移動無線通信方式獲取業務和服務的新興業務，是指互聯網的技術、平臺、商業模式和應用與移動通信技術結合并實踐的活動的總稱。移動互聯網將移動通信和互聯網二者融合為一體，包含終端、軟件和應用3個層面。終端層包括智能手機、平板計算機、電子書、MID等；軟件包括操作系統、中間件、數據庫和安全軟件等；應用層包括休閑娛樂類、工具媒體類、商務財經類等不同應用與服務。4G的廣泛應用和5G時代的開啟以及移動終端設備的快速發展為移動互聯網的發展注入巨大的能量。

所謂4G通信技術就是指第四代移動通信信息系統，是基于3G通信技術基礎上不斷優化升級、創新發展而來，融合了3G通信技術的優勢，并衍生出了一系列自身固有的特征，以WLAN技術為發展重點。4G通信技術的創新使其與3G通信技術相比具有更大的競爭優勢。首先，4G通信在圖片、視頻傳輸上能夠實現原圖、原視頻高清傳輸，其傳輸質量與計算機畫質不相上下；其次，利用4G通信技術，在軟件、文件、圖片、音視頻下載上其速度最高可達到最高每秒幾十MB，這是3G通信技術無法實現的，同時這也是4G通信技術一個顯著優勢；這種快捷的下載模式能夠為我們帶來更佳的通信體驗，也便于我們日常學習中資料的下載；同時，在網絡高速便捷的發展背景下，用戶對流量成本也提出了更高的要求，從當前4G網絡通信收費來看，價格比較合理，同時各大運營商針對不同的群體也推出了對應的流量優惠政策，能夠滿足不同消費群體的需求。

5G的發展也來自于對移動數據日益增長的需求。隨著移動互聯網的發展，越來越多的設備接入到移動網絡中，新的服務和應用層出不窮移動數據流量的暴漲將給移動網絡帶來嚴峻的挑戰。首先，如果按照當前移動通信網絡發展，現有容量難以支持千倍流量的增長，網絡能耗和比特成本難以承受；其次，流量增長必然帶來對頻譜的進一步需求，而移動通信頻譜稀缺，可用頻譜呈大跨度、碎片化分布，難以實現頻譜的高效使用；此外，要提升網絡容量，必須智能高效利用網絡資源，例如針對業務和用戶的個性進行智能優化，但現有移動網絡這方面的能力不足；最后，未來網絡必然是一個多網并存的異構移動網絡，要提升網絡容量，必須解決高效管理各個網絡、簡化互操作、增強用戶體驗的問題。為了解決上述挑戰，滿足日益增長的移動流量需求，急需發展新一代5G移動通信網絡。

5G網絡的主要優勢在于，數據傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網絡，最高可達10Gbit/s，比當前的有線互聯網還要快，比先前的4G LTE蜂窩網絡快100倍。另一個優點是較低的網絡延遲（更快的響應時間），低于1ms，而4G為30～70ms。由于數據傳輸更快，5G網絡將不僅僅為手機提供服務，而且還將成為一般性的家庭和辦公網絡，與有線網絡競爭。2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G商用牌照，我國正式進入5G商用元年。

移動互聯網的發展催生出許多新的生活或商務模式，包括移動社交、移動廣告、手機游戲、手機電視、移動電子閱讀、移動定位服務、手機搜索、手機內容共享、移動支付和移動電子商務等。

移動互聯網對移動性的支持非常符合物流中“物”的移動性的特點，對于推動物流信息化發揮著重要作用。移動互聯網在智慧物流中已經得到廣泛應用，主要包括掌上配貨、車輛和貨物跟蹤監控、呼叫中心調度以及危險品運輸、貴重物品運輸的視頻監控等。

2.3.3 無線局域網

在無線局域網（Wireless Local Area Networks，WLAN）發明之前，人們要想通過網絡進行聯絡和通信，必須先用物理線纜——銅絞線組建一個網絡通路，為了提高效率和速度，后來又產生了基于光纖的網絡。當網絡發展到一定規模后，人們又發現，這種有線網絡無論組建、拆裝還是在原有基礎上進行重新布局和改建都非常困難，且成本和代價也非常高，于是WLAN的組網方式應運而生。

WLAN是相當便利的數據傳輸系統，它利用射頻（Radio Frequency，RF）的技術，使用電磁波取代物理介質構建局域網絡，在空中進行通信連接。用戶通過WLAN可以實現“信息隨身化、便利走天下”的目標。

WLAN的實現協議有很多，其中最為著名也是應用最為廣泛的當屬無線保真技術——Wi-Fi。Wi-Fi可以簡單地理解為無線上網，幾乎所有智能手機、平板計算機和筆記本計算機都支持Wi-Fi上網，是當今使用最廣的一種無線網絡傳輸技術。WLAN實際上就是把有線網絡信號轉換成無線信號，使用無線路由器供支持其技術的相關計算機、手機、平板計算機等接收信息。

在實際應用中，WLAN的接入方式很簡單，以家庭WLAN為例，只需一個無線接入設備——路由器，一個具備無線功能的計算機或終端（手機或PAD），沒有無線功能的計算機只需外插一個無線網卡即可。有了以上設備后，使用路由器將熱點（其他已組建好且在接收范圍的無線網絡）或有線網絡接入家庭，按照網絡服務商提供的說明書進行路由配置，配置好后在家中覆蓋范圍內（WLAN穩定的覆蓋范圍大概在20m～50m）放置接收終端，打開終端的無線功能，輸入相應的用戶名和密碼即可接入WLAN。

與有線網絡相比，無線局域網具有更強的靈活性和移動性，安裝便捷，易于進行網絡規劃和調整，易于擴展，同時故障定位容易。因此無線局域網的發展十分迅速，已經在企業、醫院、商店、工廠和學校等場合得到了廣泛的應用。在智慧物流領域的應用場景主要包括倉儲管理、貨柜集散場、監控系統等。

2.3.4 全IP方式（IPv6）

目前的全球因特網所采用的協議族是TCP/IP協議族中網絡層的協議，是TCP/IP協議族的核心協議。IPv6（Internet Protocol Version 6）是IETF設計的用于替代現行版本IP協議（IPv4）的下一代IP協議。

IPv6正處在不斷發展和完善的過程中，它在不久的將來將取代目前被廣泛使用的IPv4。IPv6是下一代互聯網（NGI）中的重要協議。經過多年的發展，IPv6基本標準日益成熟，各種不同類型的支持IPv6的網絡設備相繼問世，并逐漸進入商業應用。在運營領域，國外部分電商運營商已經建立IPv6網絡，并開始提供接入服務及一些基于IPv6增值業務。我國也在2003年年底啟動了中國的下一代互聯網（CNGI）工程，以促進NGI在中國的普及與發展。

IPv6協議要在電信網絡上獲得廣泛應用，必須具有支持新型業務的能力，或者至少能使已有的IPv4業務得到改善和增強，否則，運營商就缺乏使用IPv6協議的動力。目前來看，IPv6在支持業務方面主要有以下技術優勢。

1.巨大的IP地址空間方便了多樣化業務的部署和開展

在IPv4網絡中，公有IP地址的不足導致了用戶廣泛采用私有IP地址。為了實現用戶私網中發出的IP包在公網上可路由，在用戶網絡與公網交界處需要NAT設備實現IP報頭公有地址和私有地址等信息的翻譯。當終端進行音/視頻通信時，僅僅進行IP報頭中的地址轉換是不夠的，還需要對于IP包凈負荷中的信令數據進行轉換，這些都需要復雜的NAT穿越解決方案?？傊接蠭P地址及NAT的采用限制了多媒體業務的開展，特別是當通信雙方位于不同的私網中時，即使媒體流穿越NAT設備，還需要經過中間服務器的中轉，降低了媒體流傳送的效率，也增加了系統的復雜度。而在IPv6網絡環境中，充足的IP地址量保證了任何通信終端都可以獲得公有IP地址，避免了IPv4網絡中私有IP地址帶來的NAT穿越問題，能更好地支持多樣化的多媒體業務。

2.內置IPSec協議棧提供了方便的安全保證

在IPv4網絡中，NAT設備修改IP報頭的方法和IPSec基于摘要的數據完整性保護是矛盾的，影響了IPSec的部署。由于IPSec已經成為IPv6協議的一個基本組成部分，而且IPv6網絡的終端可以普遍得到公有IP地址，因此能很方便地利用IPSec協議保護業務應用層面的數據通信。如日本NTT公司目前的M2M-X平臺就充分利用了IPv6的IPSec機制，當用戶終端之間要進行通信時，可根據運營商或用戶自己設定的策略實現數據的私密性保護、源認證和完整性保護。

3.移動IPv6提供了IP網絡層面終端的移動性

IPv6協議集成了移動IPv6，因此移動性是IPv6的重要特色之一。有了移動IPv6后，移動節點可以跨越不同的網段實現網絡層面的移動，即使移動節點漫游到一個新的網段上，其他終端仍可以利用移動終端原來IP地址找到它并與之通信。IPv4協議中也有移動IPv4協議，但IPv4基本協議和移動IPv4協議是兩個相對分離的部分。移動IPv6在設計時采取了許多改進措施，如取消了移動IPv4中采用的外地代理，這些措施方便了移動IPv6的部署。

總之，IPv6協議的引入提供了一種新的網絡平臺，它使得大量、多樣化的終端更容易接入IP網，并在安全和終端移動性方面比IPv4協議有了很大的增強。地址空間巨大、內置IPSec和移動IPv6只是IPv6在支持新業務方面的幾個特征，在這些特征之上會衍生出許多新的特性，從而進一步增強業務方面的能力。

2.3.5 車聯網

車聯網（Internet of Vehicles，IoV）的概念引申自物聯網（Internet of Things，IoT），是以車內網、車際網和車載移動互聯網為基礎，按照約定的通信協議和數據交互標準，在車-X（X：車、路、行人及互聯網等）之間進行無線通信和信息交換的網絡，是能夠實現智能化交通管理、智能動態信息服務和車輛智能化控制的一體化網絡，是物聯網技術在交通系統領域的典型應用。

從網絡結構上看，IoV系統是一個“端管云”三層體系。第一層為終端系統，主要包括汽車的智能傳感器，負責采集與獲取車輛的智能信息，感知行車狀態與環境；具有車內通信、車間通信、車網通信功能的泛在通信終端；讓汽車具備IoV尋址和網絡可信標識等能力的設備。第二層為管理系統，負責解決車與車（V2V）、車與路（V2R）、車與網（V2I）、車與人（V2H）等的互聯互通，實現車輛自組網及多種異構網絡之間的通信與漫游，在功能和性能上保障實時性、可服務性與網絡泛在性，同時它是公網與專網的統一體。第三層為云系統，表現為云架構的車輛運行信息平臺，包含了ITS、物流、客貨運、危特車輛、汽修汽配、汽車租賃、企事業車輛管理、汽車制造商、4S店、車管、保險、緊急救援等的信息，是多源海量信息的匯聚，因此需要具備虛擬化、安全認證、實時交互、海量存儲等云計算功能，其應用系統也是圍繞車輛的數據匯聚、計算、調度、監控、管理與應用的復合體系。

車聯網技術包括汽車感知技術、汽車無線通信技術、汽車導航技術、電子地圖定位技術、車載互聯網終端技術、智能控制技術、海量數據處理技術、數據整合技術、智能交通技術、視頻監控技術。

車聯網技術在物流領域具有廣闊的應用前景。例如導航技術和溫度傳感器技術結合，可以實現冷鏈聯網，對特殊物品的配送實現溫度控制和智能保障；車聯網和貨運車輛的配貨結合，可以實現貨物追蹤與在線智能配貨；車聯網駕駛管理系統，可以對車輛的行駛行為、駕駛行為、車速控制、車輛狀況、油耗狀況進行全面監控，協助司機提升駕駛技術。