窄带物联网——NB-IoT原理、架构及应用 pdf下载

支持下一代人机泛在智联时代的低功耗窄带物联网及其支撑的智慧城市近年得到了突飞猛进的发展，面向低功耗窄带的物联网应用窗口已经开启，本书从低功耗窄带物联网应用的角度出发，首先阐述了窄带物联网的基本概念、关键技术、体系架构、标准化体系、流程和数据传输，然后着重介绍了基于低功耗窄带物联网的典型应用，特别是在体域网中的应用，力争从科学前沿的高度，对低功耗窄带物联网未来应用和发展前景有一个全面科学的把握，培养面向未来的低功耗窄带物联网思维模式，提高利用低功耗窄带物联网解决实际问题的能力。本书全面涵盖低功耗窄带物联网的关键技术、架构原理、技术标准等知识体系：

l 协议栈处理流程；

l MIMO技术；

l 自适应技术；

l 多载波聚合传输技术；

l 物理层技术；

l 无线体域网（WBAN）典型应用场景；

l 智能抄表、智能停车等其他典型应用；

l 未来发展展望。

支持下一代人机泛在智联的低功耗窄带物联网近些年得到了突飞猛进的发展,面向低功耗窄带的物联网应用窗口已经开启。本书从低功耗窄带物联网应用的角度出发,首先阐述窄带物联网的基本概念、关键技术、体系架构、标准化体系、流程和数据传输,然后着重介绍基于低功耗窄带物联网的典型应用,特别是在体域网中的应用,力争从科学前沿的高度,对低功耗窄带物联网未来应用和发展前景有一个全面科学的把握,提高利用低功耗窄带物联网解决实际问题的能力。本书可作为高等院校“低功耗窄带物联网”课程的教材参考资料,也可供从事低功耗窄带物联网系统学习与应用的工程技术人员自学与参考。

高泽华 北京邮电大学博士，副教授，研究生导师，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）访问学者。北京邮电大学物联网与元宇宙创新实验室主任，创新与创业平台创始人，国际TRIZ创新专家，中国电子学会高级会员、中国通信学会会员、北京通信信息协会会员。主讲电磁场与电磁波、微波与天线技术、现代通信技术、创新与创业等课程。主要研究物联网、元宇宙、纳米机器人通信、TRIZ创新方法、交叉学科跨界融合科研等。主持承担了国家自然科学基金、国家863计划、国家重点研发计划等多项项目，发表学术论文百余篇，主编及参编《物联网——体系结构、协议标准与无线通信》《物联网技术与创意》《电磁场与电磁波》《微波技术基础》等图书19部，申请发明专利19项。获北京发明创新大赛金奖和通信信息类专项奖，2019AIIA杯人工智能大赛全国总冠军。提出一项具有颠覆性的坐标系：支持计算机时代非连续分离数字世界的区坐标系Zone Coordinates。

第1章窄带物联网概述

1．1窄带物联网的起源与发展

1．2窄带物联网的概念

1．3窄带物联网的标准特性

1．3．1灵活部署、窄带、低速率、低成本、高容量

1．3．2覆盖增强、低时延敏感

1．3．3不支持连接态的移动性管理

1．3．4低功耗

1．4窄带物联网的现状分析

1．5窄带物联网的发展意义

第2章窄带物联网的关键技术

2．1多输入多输出技术

2．1．1MIMO技术分类

2．1．2MIMO技术应用

2．1．3MIMO在窄带物联网中的应用

2．2自适应技术

2．3多载波聚合传输技术

2．4窄带物联网上行物理层技术

2．5窄带物联网下行物理层技术

第3章窄带物联网的架构

3．1窄带物联网的架构概述

3．2窄带物联网的感知层

3．3窄带物联网的网络层

3．4窄带物联网的应用层

第4章窄带物联网中的流程

4．1窄带物联网移动性管理流程

4．2RRC连接管理流程

4．2．1窄带物联网协议栈

4．2．2RRC状态转换

4．2．3RRC消息列表

4．2．4RRC连接建立流程

4．2．5RRC连接暂停流程

4．2．6RRC连接恢复流程

4．3窄带物联网系统信息流程

4．3．1系统信息分类

4．3．2MIBNB信息调度

4．3．3SIB1NB信息调度

4．3．4SIBxNB信息调度

4．3．5SIBxNB信息更新

4．4窄带物联网随机接入流程

4．4．1随机接入等级

4．4．2随机接入时序

4．4．3随机接入步骤

4．5窄带物联网附着流程

4．6窄带物联网多载波配置

4．6．1窄带物联网载波类型

4．6．2锚定载波配置

第5章窄带物联网数据传输

5．1SMS数据传输流程

5．2EPS控制面数据传输

5．3EPS用户面数据传输

第6章基于终端物联网实现无线体域网应用

6．1概述

6．2无线体域网介绍

6．3无线体域网标准和协议

6．3．1IEEE 802．15．4

6．3．2IEEE 802．15．6

6．3．3标准总结

6．4无线体域网未来新业务

6．4．1脑机接口

6．4．2通感互联网

6．4．3纳米机器人

6．4．4数字器官

6．5无线体域网面向未来发展的挑战

6．6解决无线体域网能耗问题的四个技术趋势

6．6．1无线体域网零功耗技术——生物分子通信

6．6．2无线体域网自供电技术——生物发电技术

6．6．3无线体域网自休眠节点——窄带物联网技术

6．6．4无线体域网自组织网络——一体化协同技术

6．7范例： 基于可穿戴设备判断帕金森疾病的一体化融合系统

6．7．1步态周期

6．7．2数据采集的实验运动范式

6．7．3运动状态识别的数据分析

6．7．4运动孪生装置及实验进展

第7章窄带物联网的典型应用

7．1智慧井盖

7．1．1概述

7．1．2智慧井盖系统

7．2智慧建筑

7．2．1智慧建筑概述

7．2．2细分技术

7．2．3智慧建筑发展前景

7．3智慧路灯

7．4智慧停车

7．5智慧用电

7．6智慧农业

7．6．1智慧农业概述

7．6．2智慧农业细分技术介绍

7．6．3搭建智慧农业系统

7．6．4智慧农业发展前景

随着可穿戴设备、车联网、智能手表等新兴市场的开启，工业4．0、智慧城市、智慧农业等理念进入现实，万物互联的时代正加速到来，物联网(IoT)未来的发展空间巨大。未来海量的连接大部分与物联网有关，物联网的核心是将物连到网络上，是一个综合技术系统，通过融合区块链、人工智能、数字孪生、可穿戴设备、增强现实(AR)等技术实现元宇宙。物联网是元宇宙的底层支撑技术，为元宇宙提供数据采集及反馈控制设施，同时通过机器人、自动驾驶、无人机、3D打印等技术让元宇宙与现实世界紧密结合。

低功耗广覆盖的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NBIoT)也称低功耗广域网(Low Power Wide Area Network，LPWAN)，是在全球范围内广泛应用的物联网领域新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，是未来物联网一个重要的发展方向，它具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。

窄带物联网技术是一种由3GPP标准定义的基于蜂窝网络的低功耗广域网解决方案，窄带物联网协议栈基于LTE设计，根据物联网需求，去掉不必要的功能，减少了协议栈处理流程的开销。窄带物联网使用授权频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。

本书详细介绍了多输入多输出（MIMO）技术、自适应技术、多载波聚合传输技术、物理层技术等窄带物联网的关键技术，以及窄带物联网的体系架构(感知层、网络层、应用层)，窄带物联网中的流程、窄带物联网数据传输等。

窄带物联网技术支持海量连接，有深度覆盖能力，功耗低，非常适合传感、计量、监控等物联网应用，适用于智能抄表、资产跟踪、智慧井盖、智慧建筑、智慧路灯、智慧用电、智能停车、车辆跟踪、物流监控、智慧农林牧渔业及智能穿戴、智慧家庭、智慧社区等领域，特别是支持下一代人机泛在智联时代的无线体域网(Wireless Body Area Network，WBAN)。无线体域网作为特殊的物联网，承担着个人数据与核心网络交互的重要任务，它以人体为中心，由人体体表和体内的传感器节点、基站和远程服务器等共同组成无线网络。

本书具有如下特点。

(1) 入门要求低： 本书介绍了窄带物联网最基本的知识，读者只需要有一定的通信及网络知识即可。

(2) 完整性： 本书内容完整，涉及面广，内容涵盖关键技术、体系架构、关键流程、数据传输及窄带物联网应用等，使读者可以全面、深刻地领会窄带物联网技术。

(3) 概括性： 本书每章的标题及第一段都是对该章内容的高度概括，对其内容解释尽可能做到准确、翔实。

(4) 实用性： 本书紧密结合应用，对具体的窄带物联网应用场景特别是体域网做了较详细的介绍。

本书由高泽华、郑智民、蒋维编著。高泽华主要负责编写第1~5章和第7章，郑智民主要负责编写第5~6章，蒋维主要负责编写第1章和第3章。全书由高泽华统稿。同时，在本书编写过程中，赵惜茹、程超月、许建军、胡凯达、刘正望、戴波涛、朱常青、胡轶韬、钱习琴等协助完成了全书资料收集和整理，并完成部分内容的编写，对他们的辛勤劳动表示感谢。

另外，本书在编写过程中，得到北京邮电大学、中国移动集团研究院领导及同事的支持和帮助，他们对本书内容的取舍、主次安排均提出了很好的意见，在此表示衷心的感谢。在书稿撰写整理过程中，清华大学出版社盛东亮和崔彤老师为书稿的内容提出了大量有益建议，在此表示特别的感谢。

由于编者水平有限，加之编写时间仓促，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。

编者2023年7月于北京邮电大学