【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

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解运洲 著
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店铺: 科学出版社职教中心旗舰店
出版社: 科学出版社
ISBN:9787030527028
商品编码:12591860056
开本:16
出版时间:2017-05-01
字数:436000

具体描述

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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。孙菲菲撰写了NB-IoT R14版本增强和5G版本演进,孙英和熊健翔提供了NB-IoT R13版本标准体系,陈正磊提供了芯片方面的内容,甘文涛提供了电池方面的内容,芮亚楠提供了FOTA方面的内容,李世喆对部分标准进行了翻译,李文耀提供了标准规范和网络方面的内容,李亚春、张志敏提供了终端产品方面的内容,孙延明、杨开迷提供了通信模块方面的内容,王佐龙提供了运营商商业模式的内容,沈洲、王震军、郑学锋提供了网络方面的内容,于力、吴慧敏、熊健翔提供了测试环节的内容,周伟提供了物联网安全方面的内容,于海、岳童、周亦成对书稿进行了校验。全书统一由解运洲进行编写。

本书积极寻求创新方式,力求为读者呈现一本有价值的专业书籍,为NB-IoT技术在物联网领域的开疆拓土提供思想的翅膀!

物观穹宇,联括万物,在创新的道路上,我们从未停止过脚步。

我们以仁为恩,砥砺前行,我们愿意与您携手,一同见证NB-IoT技术在物联网领域大放异彩!

解运洲

2016年10月

 

 

  

目    录

 

 

 


第1篇  物联网概述与认识

第1章  物联网概述··· 003

1.1  正确认识物联网··· 003

1.2  物联网体系的划分方式··· 006

1.3  物联网的入口概念··· 009

1.4  物联网连接管理平台··· 010

1.5  物联网业务使能平台··· 011

1.6  低功耗广域网技术··· 013

小结··· 018

第2篇  NB-IoT概述及其关键技术

第2章  NB-IoT概述··· 021

2.1  蜂窝物联网概述··· 021

2.2  3GPP的组织结构··· 022

2.3  NB-IoT的诞生历程··· 024

2.4  NB-IoT的标准博弈··· 025

2.5  NB-IoT的业务模型··· 025

2.6  NB-IoT的商业模式··· 026

2.7  NB-IoT的发展路径··· 028

小结··· 029

第3章  NB-IoT关键技术··· 030

3.1  NB-IoT网络部署模式··· 031

3.1.1  独立部署··· 032

3.1.2  保护带部署··· 032

3.1.3  带内部署··· 033

3.1.4  NB-IoT频谱部署模式比较··· 034

3.2  NB-IoT的广覆盖··· 035

3.3  NB-IoT的低功耗··· 036

3.3.1  PSM模式··· 037

3.3.2  eDRX模式··· 038

3.4  NB-IoT的低成本··· 039

3.4.1  NB-IoT芯片的低成本··· 040

3.4.2  NB-IoT模块的低成本··· 042

3.5  NB-IoT的大连接··· 043

3.6  多址接入方式··· 044

3.7  工作频段··· 044

3.8  帧结构··· 045

3.9  调制解调方式··· 046

3.10  多载波操作··· 047

小结··· 048

第3篇  NB-IoT标准体系

第4章  NB-IoT网络体系架构··· 051

4.1  NB-IoT系统网络架构··· 051

4.2  E-UTRAN和EPC之间的功能划分··· 054

4.3  无线接口协议栈··· 055

4.3.1  CP控制面模式··· 057

4.3.2  UP用户面模式··· 058

4.3.3  控制面和用户面的并存··· 059

4.4  物理层功能··· 059

4.4.1  下行传输信道类型··· 060

4.4.2  上行传输信道类型··· 060

4.4.3  传输信道和物理层之间的映射··· 060

4.5  数据链路层··· 061

4.5.1  MAC子层··· 062

4.5.2  RLC子层··· 064

4.5.3  PDCP子层··· 064

4.5.4  HARQ过程··· 065

4.6  RRC子层··· 066

小结··· 068

第5章  NB-IoT物理层··· 069

5.1  下行链路传输机制··· 069

5.2  同步信号··· 070

5.3  NPBCH·· 073

5.4  NPDCCH·· 075

5.5  NPDSCH·· 078

5.6  NRS下行参考信号··· 080

5.7  下行传输间隔··· 082

5.8  上行链路传输机制··· 083

5.9  NPUSCH·· 085

5.10  NPRACH·· 088

5.11  DMRS上行参考信号··· 089

5.12  上行传输间隔··· 090

5.13  调度和速率控制··· 091

5.13.1  基本调度操作··· 091

5.13.2  下行链路调度··· 092

5.13.3  上行链路调度··· 092

5.14  同步过程··· 093

5.15  功率控制··· 094

小结··· 094

第6章  NB-IoT网络接口协议··· 096

6.1  S1控制面接口··· 096

6.2  X2控制面接口··· 100

6.2.1  获取UE上下文成功的过程··· 100

6.2.2  获取UE上下文失败的过程··· 101

6.3  RRC子层协议··· 102

6.4  终端能力信息传递··· 105

6.5  加密/解密和完整性保护··· 106

6.6  短信服务··· 107

6.7  系统消息··· 107

小结··· 109

第7章  NB-IoT关键流程··· 110

7.1  附着··· 110

7.2  去附着··· 115

7.2.1  UE发起的去附着过程··· 115

7.2.2  MME发起的去附着过程··· 117

7.2.3  HSS发起的去附着过程··· 118

7.3  跟踪区更新过程··· 119

7.4  数据传输过程··· 122

7.4.1  CP模式下MO传输过程··· 124

7.4.2  CP模式下MT传输过程··· 126

7.5  Non-IP数据传输过程··· 128

7.5.1  NIDD配置··· 129

7.5.2  T6连接建立··· 130

7.5.3  T6连接释放··· 130

7.5.4  MO NIDD数据投递··· 131

7.5.5  MT NIDD数据投递··· 132

7.6  小区重选··· 133

7.7  寻呼过程··· 134

7.8  随机接入过程··· 135

小结··· 138

第4篇  NB-IoT网络部署和平台架构

第8章  NB-IoT网络部署和产品设计··· 141

8.1  NB-IoT网络体系架构··· 141

8.2  NB-IoT基站··· 142

8.3  NB-IoT基站部署··· 145

8.4  NB-IoT核心网··· 145

8.5  NB-IoT平台··· 146

8.6  发射机指标··· 147

8.7  接收机指标··· 153

8.8  物联网安全体系··· 156

8.8.1  物联网安全概述··· 156

8.8.2  物联网安全的现状··· 157

8.8.3  物联网安全体系建设··· 158

8.8.4  物联网安全高级原则··· 159

8.9  SIM卡··· 160

8.10  SIM卡实名认证··· 161

8.11  空中升级··· 162

8.12  长寿命电池··· 164

8.13  CoAP协议··· 167

8.13.1  CoAP协议简介··· 167

8.13.2  CoAP协议报文格式··· 168

8.13.3  服务器端繁忙时的处理请求流程··· 169

小结··· 170

第5篇  NB-IoT产品测试环节

第9章  NB-IoT产品测试··· 173

9.1  NB-IoT产品测试概述··· 173

9.2  NB-IoT基站测试··· 175

9.2.1  大连接测试系统··· 176

9.2.2  覆盖增强测试系统··· 176

9.3  NB-IoT UE设备测试··· 177

9.3.1  业务和功能测试··· 178

9.3.2  互联互通测试··· 179

9.3.3  附着与去附着··· 181

9.3.4  寻呼过程··· 183

9.3.5  资源调度方式··· 183

9.3.6  IP数据和Non-IP数据··· 184

9.3.7  安全模式··· 185

9.4  无线资源管理测试··· 187

9.5  功耗测试··· 190

9.5.1  测试设备··· 190

9.5.2  待机功耗测试··· 191

9.5.3  休眠功耗测试··· 192

9.5.4  电池和充电器测试··· 193

9.6  OTA测试··· 194

9.7  生产测试··· 195

9.8  NB-IoT终端认证测试··· 195

9.9  通信一致性测试··· 198

9.10  环境适应性测试··· 198

9.11  EMC测试··· 199

小结··· 199

第6篇  NB-IoT版本演进

第10章  NB-IoT标准体系与规范··· 203

10.1  NB-IoT Rel-13版本标准体系··· 203

10.2  NB-IoT Rel-14版本增强··· 206

10.2.1  NB-IoT定位增强··· 206

10.2.2  NB-IoT多载波增强··· 208

10.2.3  NB-IoT多播传输增强··· 208

10.2.4  NB-IoT移动性增强··· 209

10.2.5  更低的时延及功耗··· 209

10.2.6  蜂窝物联网增强··· 210

10.3  NB-IoT Rel-15版本增强··· 211

10.4  5G版本演进···· 211

小结··· 212

第7篇  NB-IoT应用领域

第11章  智慧城市··· 215

11.1  智慧城市概述··· 215

11.1.1  智慧城市的概念··· 216

11.1.2  智慧城市的特征··· 217

11.1.3  智慧城市公共服务的运行体系··· 217

11.1.4  智慧城市公共服务的新模式··· 218

11.2  智能路灯··· 219

11.2.1  城市路灯的管理现状··· 220

11.2.2  智能路灯系统··· 221

11.2.3  智能路灯的物联网体系架构··· 222

11.2.4  智能路灯的优势分析··· 222

11.3  智能窨井盖··· 223

11.3.1  智能窨井盖的管理现状··· 224

11.3.2  智能窨井盖实时监测系统··· 224

11.3.3  智能窨井盖的监控终端··· 224

11.3.4  智能窨井盖的物联网体系架构··· 225

11.4  智能垃圾桶··· 226

11.5  广告牌监管··· 227

11.6  智慧城市的创新诉求··· 228

第12章  智能交通··· 229

12.1  智能交通概述··· 229

12.2  交通数据采集技术··· 232

12.3  智能停车··· 235

12.4  综合交通信息服务平台··· 237

12.5  交通诱导系统··· 238

12.6  公交乘客信息服务系统··· 240

12.7  共享单车··· 242

12.7.1  共享单车概述··· 242

12.7.2  共享单车的工作模式··· 243

12.7.3  共享单车利用NB-IoT实现创新··· 245

第13章  智能表计··· 246

13.1  智能表计概述··· 246

13.2  远程抄表服务体系··· 247

13.3  智能水表··· 249

13.4  智能电表··· 251

13.5  智能燃气表··· 253

13.6  智能热量表··· 253

13.7  远程抄表利用NB-IoT实现创新··· 254

第14章  智慧水务··· 256

14.1  智慧水务概述··· 256

14.2  水务行业现状分析··· 257

14.3  智慧水务的需求分析··· 258

14.4  智慧河流实时监测系统··· 258

14.5  立交积水实时监测系统··· 260

14.6  二次供水实时监测系统··· 260

14.7  智能消防栓··· 261

14.8  智慧水务利用NB-IoT实现创新··· 262

第15章  可穿戴智能设备··· 263

15.1  可穿戴智能设备概述··· 263

15.2  可穿戴智能设备类型··· 265

15.3  可穿戴智能设备的需求分析··· 266

15.4  可穿戴设备利用NB-IoT实现创新··· 267

第16章  智能制造··· 268

16.1  智能制造概述··· 268

16.2  工业物联网··· 269

16.3  管道管廊物联网··· 271

16.4  油田物联网··· 272

16.5  风力发电物联网··· 273

16.6  光伏发电物联网··· 275

16.7  智能变电站··· 276

16.8  智能环境监测··· 277

第17章  智能建筑··· 280

17.1  电梯物联网··· 280

17.1.1  电梯物联网概述··· 280

17.1.2  电梯物联网的特点··· 281

17.1.3  电梯物联网产业链··· 282

17.2  能耗分项计量··· 284

第18章  智慧物流··· 288

18.1  智慧物流的需求分析··· 288

18.2  冷链物流··· 289

18.2.1  疫苗冷链··· 291

18.2.2  奶制品冷链··· 291

18.2.3  农产品冷链··· 292

18.3  智能集装箱锁··· 294

18.4  贵重物品跟踪··· 295

18.5  智慧物流利用NB-IoT实现创新··· 296

第19章  智慧商圈··· 297

19.1  智能机··· 297

19.1.1  智能机概述··· 297

19.1.2  机的安全问题··· 298

19.1.3  机利用NB-IoT实现创新··· 299

19.2  自动售货机··· 299

19.3  智能快递柜··· 300

第20章  智能安防··· 302

20.1  智能安防概述··· 302

20.2  智能摄像头··· 303

20.3  智能报警器··· 303

20.4  智能门锁··· 304

20.5  电动自行车防盗··· 305

20.6  人防工程物联网··· 306

第21章  智能家居··· 308

21.1  智能家居概述··· 308

21.2  智能家居的“死胡同”··· 308

21.3  爆款和生态链··· 309

21.4  智能家居的糟糕体验··· 310

21.5  智能家居的安全问题··· 310

21.6  智能家居利用NB-IoT实现创新··· 311

第22章  农业物联网··· 312

22.1  农业物联网概述··· 312

22.2  现代精准农业··· 313

22.3  温室大棚种植··· 313

22.4  智能节水灌溉··· 314

22.5  智慧农场··· 314

22.6  和农业相关的传感器··· 315

22.7  农业物联网利用NB-IoT实现

创新··· 316

 

附录1  术语与解释··· 317

附录2  部分参考标准···································· 324

后记··· 326


                         

《智联万物:物联网技术探索与实践》 内容简介: 在数字化浪潮席卷全球的今天,物联网(Internet of Things, IoT)已不再是遥远的概念,而是深刻改变我们生活、工作乃至社会运行模式的核心驱动力。从智能家居的便捷舒适,到智慧城市的精细管理,再到工业互联网的效率革新,物联网的应用场景日益丰富,其技术深度和广度也在不断拓展。《智联万物:物联网技术探索与实践》旨在为广大读者提供一个全面、深入且富有实践指导的物联网技术学习平台。本书不局限于某一特定技术分支,而是着眼于物联网整体生态的构建,从基础概念、关键技术到实际应用,层层剥茧,力求让读者对物联网有一个系统而透彻的理解。 第一部分:物联网的基石——概念、架构与发展 本书开篇将带领读者走进物联网的宏观世界。我们将从物联网的定义出发,阐释其核心理念:将物理世界中的一切物体连接到互联网,赋予它们感知、交互和智能的能力。在此基础上,我们将详细解析物联网的典型架构,包括感知层(Sensors and Actuators)、网络层(Connectivity)和应用层(Applications),并深入探讨各层的功能、组成要素以及它们之间如何协同工作。同时,我们也会追溯物联网的发展历程,分析其技术演进的脉络,并展望未来发展趋势,如边缘计算、AI与IoT的融合、数字孪生等,帮助读者把握物联网发展的宏观方向。 第二部分:驱动万物互联的关键技术 物联网的实现离不开众多底层技术的支撑。《智联万物》将集中篇幅,对驱动万物互联的关键技术进行深入剖析。 通信技术: 这是物联网的生命线。我们将详细介绍当前主流的物联网通信技术,包括: 短距离无线通信: Wi-Fi、蓝牙(Classic Bluetooth, Bluetooth Low Energy)、Zigbee、NFC等。我们将分析它们的优缺点、适用场景和技术特点,例如,Wi-Fi的带宽优势、蓝牙的低功耗特性、Zigbee的自组网能力等,帮助读者选择最合适的连接方案。 长距离低功耗广域网(LPWAN): LoRaWAN、Sigfox、NB-IoT(窄带物联网)、LTE-M等。我们将重点关注LPWAN在低功耗、远距离通信方面的突出表现,尤其会对比NB-IoT和LTE-M的技术特性、覆盖范围、速率、功耗以及它们在不同行业应用中的差异化优势,为读者提供深入的理解。 蜂窝网络通信: 2G/3G/4G/5G在物联网中的应用,特别关注5G技术为物联网带来的高带宽、低时延和海量连接能力,以及其在车联网、工业自动化等领域的巨大潜力。 传感器与执行器技术: 作为物联网的“感官”和“触手”,传感器的种类繁多,功能各异。我们将介绍各类常用传感器,如温度传感器、湿度传感器、光照传感器、压力传感器、气体传感器、加速度传感器、GPS模块等,讲解它们的工作原理、技术参数以及在不同场景下的选择考量。同时,也会涉及执行器,它们是物联网实现物理动作的关键。 嵌入式系统与微控制器: 物联网设备的“大脑”。我们将介绍嵌入式系统的基本概念、微控制器(MCU)的选型原则、架构以及常用的开发平台和工具链,例如Arduino、Raspberry Pi等,帮助读者理解如何为物联网设备编写和部署底层程序。 数据存储与管理: 物联网设备产生海量数据,如何有效存储和管理这些数据至关重要。我们将探讨云存储、边缘存储、数据库技术(SQL/NoSQL)以及数据清洗、预处理等关键环节。 安全技术: 物联网安全是不可忽视的挑战。本书将从设备安全、通信安全、数据安全和平台安全等多个维度,深入探讨物联网安全面临的威胁,并介绍相应的防护措施,包括加密技术、身份认证、访问控制、安全协议以及安全审计等。 第三部分:赋能智慧生活的物联网平台与服务 仅仅拥有互联的设备是不够的,更重要的是如何通过平台将分散的设备连接起来,进行统一管理、数据分析和应用开发。《智联万物》将重点介绍物联网平台的核心功能和关键技术。 物联网云平台: 我们将介绍主流的物联网云平台,如AWS IoT、Microsoft Azure IoT、Google Cloud IoT、阿里云物联网平台等,分析它们的通用能力,包括设备连接管理、设备数据上报与下发、设备影子、消息队列、规则引擎、设备孪生等。 数据分析与可视化: 海量数据需要通过分析才能产生价值。我们将介绍物联网数据分析的基本流程,包括数据采集、清洗、建模、挖掘和可视化。常用的数据分析工具和技术,如大数据处理框架(Hadoop, Spark)、数据可视化工具(Tableau, Power BI, Grafana)等也将得到介绍。 边缘计算: 随着物联网设备数量的激增和对实时性的要求提高,边缘计算应运而生。本书将深入探讨边缘计算的概念、优势、架构以及在物联网中的应用场景,例如,本地数据预处理、实时决策、隐私保护等。 应用开发与集成: 如何利用物联网平台开发实际应用?我们将介绍物联网应用开发的流程,包括API接口的使用、SDK的集成、以及常见的应用场景,如远程监控、故障预测、智能告警等。 第四部分:物联网的广阔天地——行业应用与案例分析 理论与实践相结合,才能真正理解物联网的价值。《智联万物》将精选多个重点行业,结合实际案例,深入剖析物联网的应用模式和落地挑战。 智能家居: 从智能照明、智能安防到智能家电,物联网如何提升家居生活的便捷性、舒适性和安全性。 智慧城市: 智慧交通、智慧能源、智慧环保、智慧安防等,物联网如何助力城市精细化管理,提升居民生活品质。 工业物联网(IIoT): 智能制造、设备预测性维护、供应链管理、生产过程优化等,物联网如何驱动工业4.0的实现。 智慧农业: 精准灌溉、环境监测、病虫害预警、农产品溯源等,物联网如何助力农业现代化。 智慧医疗: 远程医疗、可穿戴健康设备、医疗设备管理、患者监护等,物联网如何提升医疗服务效率和质量。 智慧零售: 智能库存管理、客流分析、个性化推荐、无人零售等,物联网如何重塑商业模式。 第五部分:物联网的未来展望与挑战 在对物联网技术和应用进行全面梳理之后,本书将回归到对未来的思考。我们将探讨物联网在人工智能、5G、区块链等前沿技术融合下的新机遇,以及在数据隐私、伦理规范、标准化建设等方面所面临的挑战。本书旨在为读者提供一个前瞻性的视角,鼓励大家积极参与到物联网的创新和发展中来。 目标读者: 本书适合对物联网技术感兴趣的在校学生、工程师、技术研究人员、产品经理以及对物联网应用前景有期待的各界人士。无论您是初学者,还是希望深入理解特定技术细节的专业人士,《智联万物:物联网技术探索与实践》都将为您提供宝贵的知识财富和实践指引。 总而言之,《智联万物:物联网技术探索与实践》是一本集理论深度、技术广度、应用实例和前沿展望于一体的物联网百科全书。它将带您穿越技术迷雾,领略物联网改变世界的无限可能。

用户评价

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我是一名在读的通信工程专业的博士生,我的研究方向与物联网通信技术密切相关。NB-IoT作为第四代蜂窝移动通信技术在物联网领域的延伸,其技术演进和未来发展趋势一直是我关注的焦点。市面上关于NB-IoT的书籍琳琅满目,但质量参差不齐。我选择这本书,更多是出于对科学出版社的信任,以及对作者解运洲学术背景的好奇。我希望这本书不仅仅是简单地介绍NB-IoT的技术特性,更重要的是能够深入探讨其背后的核心算法、协议栈设计,以及在网络层面的优化策略。例如,关于NB-IoT的信令流程、资源调度机制、功率控制算法等方面,我希望能有更详尽的阐述。此外,我也很期待书中能够提及NB-IoT与LoRa、Sigfox等其他LPWAN技术的比较分析,以及NB-IoT在5G演进中的定位和发展方向。如果书中能够引用一些最新的研究成果或学术论文,并且提供一些未来技术发展趋势的预测,那对我目前的学术研究将会有很大的帮助。

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这本书我刚拿到手,还没来得及深入阅读,但仅从目录和前言来看,我就觉得它在物联网领域绝对是一股清流。我一直对NB-IoT这项技术很感兴趣,因为它在低功耗、广覆盖方面的优势,特别适合那些需要长期部署、低数据速率的物联网应用,比如智能抄表、环境监测、智慧农业等等。市面上关于物联网的书不少,但很多都停留在概念层面,或者技术讲解过于浅显。这本书的出版方是科学出版社,这个出版社在科技类图书方面有很高的声誉,让我对内容的专业性和深度充满期待。作者解运洲的名字虽然我之前没有特别关注,但能被科学出版社选中出版这样一本技术专著,想必他在NB-IoT领域有着扎实的理论基础和丰富的实践经验。我特别希望这本书能够从NB-IoT的底层原理讲起,详细剖析其在物理层、MAC层、网络层等方面的关键技术,并且能够结合实际的行业案例,清晰地展示NB-IoT是如何解决实际问题的,以及在不同行业应用中可能遇到的挑战和解决方案。如果能有附带的实践代码或者仿真实验的指导,那就更完美了,那样我就可以跟着书本一起动手,加深对技术的理解。

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我是一名软件工程师,目前正在负责公司的一个智慧城市项目,其中涉及到大量的传感器数据采集和传输。在选择通信技术方案时,我们遇到了不少困惑,尤其是对于那些对功耗和成本要求极高的场景。NB-IoT无疑是一个很有潜力的选择,但对其技术细节和实际部署的理解还不够深入。这次看到《NB-IoT技术详解与行业应用》这本书,让我眼前一亮。科学出版社的出品,通常意味着内容的严谨性和权威性,解运洲这位作者的名字,虽然对我来说是新的,但我相信他能为我们带来最前沿、最实用的NB-IoT技术知识。我非常看重书中关于“行业应用”的部分,因为理论知识固然重要,但更关键的是如何将技术落地。我希望这本书能提供一些关于NB-IoT在智慧抄表、智能安防、智慧停车等领域的成功案例分析,不仅要讲技术如何实现,更要谈谈在这些应用中,NB-IoT在网络规划、设备选型、功耗优化、数据安全等方面需要注意的关键点。如果书中能够包含一些关于NB-IoT模组选型、运营商网络接入、以及终端设备开发方面的指导性内容,那将极大地帮助我们这些实践者。

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我是一名物联网解决方案的架构师,我需要为不同行业的客户设计整体的物联网解决方案。在方案设计过程中,通信技术的选择是至关重要的一环。NB-IoT以其独特的优势,在很多场景下都能够成为备选项。然而,一个成功的物联网方案,不仅仅是技术本身的先进性,更重要的是技术的融合和应用的适配。因此,我非常希望《NB-IoT技术详解与行业应用》这本书能够提供一些关于NB-IoT与其他物联网技术(如LoRa、Zigbee、Wi-Fi等)的集成方案,以及NB-IoT与云计算、大数据分析平台之间的连接和数据流通方式。我期待书中能够通过一些实际的解决方案案例,来展示NB-IoT是如何与其他技术协同工作,构建出完整、高效、安全的物联网应用。例如,在智慧城市领域,NB-IoT如何与大数据分析平台结合,实现城市交通流量的实时监测和优化?在工业物联网领域,NB-IoT如何与PLC、MES系统集成,实现设备的远程监控和故障预警?这些都是我非常关注的问题。

评分

我是一名物联网硬件开发工程师,我主要负责开发各种基于无线通信技术的传感器节点。在选择通信模块时,NB-IoT模块是我一直重点关注的对象,因为它的低功耗和覆盖范围能够很好地满足很多嵌入式系统的需求。之前也零星地了解过一些NB-IoT的资料,但总觉得不够系统和深入。看到《NB-IoT技术详解与行业应用》这本书,尤其是“科学出版社”的背书,我感觉这很可能是一本能够填补我知识空白的佳作。我特别期待书中能够有详细的NB-IoT模组的硬件设计和软件接口说明,比如AT指令集的使用、各寄存器的含义、以及如何通过SDK进行二次开发。另外,关于NB-IoT的功耗优化策略,我希望能有更具体的实践指导,比如如何通过调整发送间隔、休眠模式等来最大化延长设备续航。如果书中还能提供一些实际的开发案例,例如如何连接一个温湿度传感器并上传数据到云平台,那对我日常的工作将会有非常直接的帮助。

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书写的很棒,很有帮助,受益匪浅。

评分

大品牌,不错,质量过硬,公司一直用。

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物流慢,书也有破损

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正在学习中。快递不太靠谱,书本寄的变形了。

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慢到没脾气…7-4中午下单,7-13才收到…囧

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物流慢,书也有破损

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写得很好,深入浅出,是学习NB-LOT技术的一本好书。

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公司给新员工学习用,很好的书

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公司给新员工学习用,很好的书

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