【正版现货】NB-IoT技术详解与行业应用/科学出版社/解运洲/物联网技术 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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内  容  简  介

NB-IoT技术的诞生承载着全球电信运营商对物联网生态体系的变革。NB-IoT技术具有广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点，定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场，可被广泛应用在不同的物联网垂直应用领域，并就此开启智能连接的新时代。

NB-IoT产业已经是全球化趋势，受到了全球物联网产业链的普遍关注。本书的目的是让读者更好地理解NB-IoT技术，掌握NB-IoT全产业链体系架构，并清晰认识NB-IoT适用的物联网垂直应用领域。

本书适合NB-IoT产业链从业人员从全局角度掌握NB-IoT技术带来的突破性革命，适合高等院校物联网工程专业作为教材使用，也适合对物联网感兴趣的读者参考阅读。

前言

什么是互联网？什么是物联网？什么又是窄带物联网？它们之间的区别又是什么？

当很多人问这些问题的时候，我觉得自己无法用简短的话语描述清楚。机械性的描述，感觉太生硬，不容易理解，还不如让对方去百度。在不断的回答和反思之后，我发现有一些表达方式比较容易被接受。由此我萌生了一个念头，让读者通过浅显易懂的阅读方式，从全局的视角来理解什么是物联网，并真正体会到NB-IoT（Narrow Band-Internet of Things，窄带物联网）技术对物联网时代带来的格局改变。

互联网是从人性的角度出发，贯穿着为人的服务。我们要分析欧美人和亚洲人的区别，但几乎不会分析北方人和南方人的区别；我们要分析70后、80后、00后等不同年龄段的区别，但几乎不分析北京人和上海人的区别。门户、社交、游戏、网购、包括智能手机等，都是从人性的角度出发，为全球各地提供统一的应用和服务。

物联网是从物体的角度出发，具备典型的垂直行业特性，同时也具备天然的排他性。每一个物联网垂直应用都具备非常鲜明的行业特性和地域特性，比如交通、医疗、安防、工业、环保、农业等，行业之间完全可以没有交互；还有，在北京试点成功的物联网应用，在别的城市未必可以复制。这就是为什么很多人说物联网经过这几年的发展，好像还没有产生巨无霸的龙头企业。

有些人说物联网是政府的项目工程。说实在话，目前政府的各个委办局离开了互联网，都不知道该如何办公了，再过几年，各委办局离开了物联网，也将不知道如何办公。在物联网发展的初期阶段，需要政府进行引导和布局行业的应用，这和智慧城市的管理一脉相承；但随着整个行业的发展，政府项目的比重在逐步降低，市场化行为和企业为了自身管理需求的物联网项目正在日益增长。

NB-IoT的全称是Narrow Band-Internet of Things，是基于蜂窝网络的窄带物联网技术，聚焦于低功耗广域网，支持物联网设备在广域网的蜂窝数据连接，可直接部署于LTE网络，可降低部署成本和实现平滑升级，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术，具有广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点。

NB-IoT的诞生并非偶然，其寄托着电信行业对物联网市场的憧憬。近10年来，由于传统的2G/3G/4G网络并不能满足物联网设备低功耗、低成本的要求，大部分物联网设备在连接时主要使用WiFi、蓝牙等免费技术，电信运营商很难从中获利。截至2016年，全球物联网终端超过40亿台，但接入运营商移动网络的终端只有2亿左右，运营商在物联网市场占比不足5%。

物联网技术不仅能够改善人们的生活，还能给行业带来巨大的变革与创新，推动经济的快速发展。随着智能交通、智慧医疗、远程抄表、智能家居、智能制造、可穿戴设备等物联网终端的大规模应用，越来越多的工作和生活都需要通过智能终端来解决。对此，高密度的连接和降低终端成本的需求也变得越来越迫切，必须要有新的技术来满足这样的诉求。

现如今，全球无线通信技术发展得如火如荼，从2G、3G到LTE技术，都围绕着手机的功能，目的是解决以人为中心的移动通信需求，数据速率越来越高、通话质量越来越好、响应速度越来越快。但随着物联网应用的扩展和技术的突破，无线通信技术的发展将趋向于两极分化。

M2M设备长期以来采用的都是和手机通信基本一致的通信制式，在没有其他选择的情况下，基于运营商的蜂窝网络是M2M直接、投入少的连接方式。然而，手机通信和M2M通信的需求毕竟有很大不同。M2M设备为了适应垂直行业应用的不同特性，对功耗要求、数据速率、网络覆盖、成本价格等都会有所不同。

例如，在车联网方面，汽车终将是一个大型的移动通信终端，需要兼具安全、娱乐等多种功能，对数据传输速率、带宽要求都比较高。与传统手机相比，车联网的一个重要诉求就是实时性，尤其是未来的无人驾驶时代，实时通信的响应速度将是决定性的因素。而对于远程抄表、智能停车、风力发电、铁塔监控等需求，对数据的实时性及传输速率带宽等方面的要求则非常低。

在物联网的各种垂直行业应用中，低功耗广域网的占比非常大，高达60%以上。窄带物联网有望结束过去物联网垂直行业应用碎片化的现象。进入4G时代以后，M2M与智能手机的通信协议逐渐分离，针对不同的应用场景，出现了不同的无线通信方式。业界正在探索适用于低功耗广域网的物联网无线通信技术，包括NB-IoT、eMTC、LTE-Cat1、LoRa等技术。

对于M2M模块厂家，首先面临的难题就是和各种LTE的频段及CAT的竞争。LTE虽然是全球统一的国际标准，具备非常多的优势，也一直在实施版本演进以用来适应时代的变化。但是，LTE的频段设计纷繁复杂，产品开发难度太大，终端成本的降价幅度并不理想。

目前，如果使用WiFi或蓝牙技术支撑低功耗广域网的行业应用，大多只适用于室内环境，并且必须使用中继器进行传输，功耗是大的瓶颈。对于大数据量传输的终端，如高清摄像头，通常采用光纤通信。对于很多小数据量传输的终端，可以接入2G、3G、4G网络，但难以满足低功耗、低成本的诉求。

以智能家居为例，应用场景可区分为两种，一种是为消费者提供服务，另一种是为企业提供服务。WiFi技术更适合于为消费者提供服务，广域网更适合于为企业提供服务。这是因为企业的诉求是大范围的网络覆盖及连续的大数据搜集，而WiFi路由器通常不受企业控制，依赖消费者是否打开或关闭。

NB-IoT技术具有广覆盖、低功耗、低成本、大联接等特点，基于运营商的授权频谱，可广泛应用于不同的物联网垂直行业应用领域。NB-IoT技术由LTE网络架构演进，使用现有的授权频谱，对信息的安全性和可靠性都进行了较大的提升，并且减少了许多不必要的干扰问题。

从另外一个角度看，值得关注的是运营商网络的生命周期。在M2M初期，没人会想到GPRS有一天会消失，而到现在，每一代蜂窝网络的生命周期都越来越短。NB-IoT的一个重要驱动力来源于2G、3G的退网，过去运营商的2G、3G网络主要服务于语音，现如今语音业务转向采用VoLTE技术，运营商倾向于重耕这些宝贵的频谱资源，挖掘具备更大价值的数据通信和物联网应用。

预计到2020年，M2M市场将会出现500亿的设备终端，除去蓝牙、WiFi等无线连接，基于蜂窝网的物联网终端数量将达到200亿。如果M2M设备全部占用与手机网络相同的资源，跟着手机从2G、3G、4G向5G进行演变，那么庞大的物联网终端数量势必会压垮现有的蜂窝网络。就算不断地加大网络建设投入，也应对不了如此快速的M2M市场增量。

3GPP在2015年9月确立NB-IoT为窄带蜂窝物联网的一标准，于2016年6月实施3GPP Rel-13

的冻结，速度之快令业内刮目相看。NB-IoT技术优势主要体现在如下几个方面。

?  广覆盖：NB-IoT技术与GPRS或LTE相比，大链路预算提升了20dB，相当于提升了100倍，即使在地下车库、地下室、地下管道等普通无线网络信号难以到达的地方也容易覆盖到。

?  低功耗：NB-IoT技术可以让设备一直在线，但是通过减少不必要的信令、更长的寻呼周期及终端进入PSM状态等机制来达到省电的目的，有些场景的电池供电可以高达10年之久。

?  低成本：低速率、低功耗、低带宽可以带来终端的低复杂度，便于终端轻松实现低成本。同时，NB-IoT基于蜂窝网络，可直接部署于现有的LTE网络，运营商部署成本也比较低。

?  大连接：NB-IoT基站的单扇区可支持超过5万个用户终端与核心网的连接，比现有2G、3G、4G移动网络有50～100倍的用户容量提升。

?  授权频谱：NB-IoT可直接部署于LTE网络，也可以利用2G、3G的频谱重耕来部署，无论是数据安全和建网成本，还是在产业链和网络覆盖，相对于非授权频谱都具有很强的优越性。

?  安全性：继承4G网络安全的能力，支持双向鉴权和空口严格的加密机制，确保UE在发送接收数据时的空口安全性。

事实上，NB-IoT产业已经是全球化趋势，受到了全球物联网产业链的普遍关注，如下图所示。

NB-IOT产业链

物联网产业链的从业者众多，但相对单纯。离客户较远的包括电信运营商、通信设备商、芯片商、通信模组商、配套服务商等。他们和终客户距离较远，利润率相对较低，但通过规模效应比较容易形成巨无霸产业。离客户较近的是各种各样的物联网垂直应用服务商，广泛活跃在远程抄表、智慧城市、

资产管理、智慧物流、电梯物联网、智能交通、消防物联网、环保物联网、地下空间、智能建筑、工业物联网、农业物联网、可穿戴设备等领域。他们对终客户贴身服务，利润率相对较高，但受物联网典型的排他性因素影响，较难形成巨无霸企业。

中国市场是全球物联网从业者的大市场，将会是第个实现大规模覆盖的国家。中国拥有一批物联网垂直应用的领军企业，上下游产业链合作趋势强烈。

本书争取利用浅显易懂的方式进行科学的阐述，让读者不至于感到枯燥无味，从事标准制定的人员可以了解物联网行业需求什么，从事应用开发的人员可以了解NB-IoT技术的优势和发展脉络，从事平台开发的人员可以清楚需要提炼的共性模块，管理人员可以清楚行业格局的大势所趋，学生可以深入掌握贴近市场的需求。本书的结构如下。

第1篇：物联网概述，用浅显易懂的方式来介绍什么是物联网，什么是低功耗广域网。

第2篇：NB-IoT概述及其关键技术，用于了解NB-IoT的发展历程和关键技术特点。

第3篇：NB-IoT标准体系，用于掌握NB-IoT物理层、层2、层3的国际标准体系架构。

第4篇：NB-IoT网络部署和产品设计，用于掌握NB-IoT的网络体系架构、产品设计等。

第5篇：NB-IoT产品测试，用于掌握NB-IoT网络测试、终端测试、认证测试等内容。

第6篇：NB-IoT版本演进，用于了解NB-IoT Rel-13标准体系及后续的版本演进目标。

第7篇：NB-IoT应用领域，用于掌握适合NB-IoT技术应用的物联网垂直应用领域特点。

本书由中国NB-IOT产业联盟组织编写。该联盟旨在促进产业链健康、快速、可持续发展，打造端到端的全产业链生态环境，扩大移动运营商网络在物联网领域创新和应用，鼓励运营商和设备商合作建立NB-IoT开放实验室，为创新及应用提供开发和测试环境，加速技术创新和市场化。

在本书的编著过程中，著者非常荣幸地采访了物联网领域的很多专家，包括3GPP NB-IoT标准提案人、教授、学者、企业家、工程师，以及热衷参与中国NB-IoT产业联盟活动的众多积极分子。在此，感谢各位同仁对本书的大力支持。

NB-IoT物理层是非常关键的章节，孙菲菲、刘铮、孙英等在本部分给予了大力支持和帮助。NB-IoT网络接口协议方面周晓星做了大量工作。

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