当前课程知识点:物联网工程导论 > 第三章 计算机网络及通信技术 > 3.4 物联网无线通信技术(二) > 视频单元
同学们好
我是云南大学信息学院的常俊老师
今天
我们将继续学习物联网无线通信技术
从过往的物联网工程实践观察
短距离无线通信
给物联终端的连接
提供了优秀的技术手段
但大规模组网
将会给用户
带来维护成本
和管理的问题
因此
近年来
广域网技术
在物联网的应用中迅速发展
今天我们来学习
广域网无线通信技术
什么是广域网无线通信
广域网无线通信
也称为远距离无线通信
并没有一个严格的定义
一般意义上
只要通信收发双方
通过无线电波传输信息
单跳传输距离限制在几百米以上的范围内
就可以称为广域网无线通信
主要包括
蜂窝移动通信
和低功耗广域网
LPWAN
两种技术
其中
蜂窝移动通信的运营商
使用授权频段
可提供部分物联网应用的支撑
但其对窄带应用存在成本
和功耗的问题
自2005年开始
3GPP
逐渐开始研究蜂窝网
承载机器类通信服务的可行性
和改进措施
并在R13中
定义了三种全新的窄带
空口
包括
兼容GSM的EC-GSM-IOT
兼容LTE的eMTC
和NB-IOT技术
低功耗广域网
LPWAN
则突出低功耗特点
形成了
使用授权频段的NB-IOT技术
和使用非授权频段的LoRa技术
等主流技术
首先
蜂窝移动通信技术
蜂窝移动通信
自上世纪80年开启商用以来
每隔十年就更新一代
发展迅猛
5G
正向我们走来
蜂窝移动通信
采用最新的集成电路
信号处理
和网络技术
是这个时代
不惧困难
不断创新
不断突破的又一真实写照
完备的物联网系统
由前端
信息生成
中间传输网络
以及后端的应用平台构成
蜂窝移动通信网络
凭借
覆盖范围广
服务质量
保证将成为物联网终端全面
随时
随地
传输信息的有效平台
我们通过这张图
来看看蜂窝移动通信的变迁
与技术进步
第一代移动通信(1G)
称为模拟时代
产生于1980年代
应用场景为模拟和语音
典型系统
是美国的AMPS
第二代移动通信(2G)
称为数字时代
产生于1990年代
应用场景为数字
语音和短信
传输速率
为115kbps
到384kbps
典型系统是欧洲的GSM
第三代移动通信(3G)
称为
互联网时代
产生于2000年
应用场景为多媒体互联网
传输速率为384kbps
到100Mbps
典型系统
是欧洲的WCDMA
和中国的TD-SCDMA
我们国家
在3G开始跟上了
技术发展的步伐
拥有了自主知识产权的
TD-SCDMA技术
第四代移动通信(4G)
称为移动互联网时代
产生于2010年代
应用场景为数据业务占主的
传输速率为100Mbps
到1Gbps
典型系统是中国
TD-LTE
我们国家
在此时
实现了与国际并肩走
技术和系统日趋成熟
第五代移动通信(5G)
称为物联网时代
产生于2020年代
应用场景为数据洪流和物联网
传输速率为10Gbps+
典型系统是中国的5G
我们国家实现了技术超越
引领5G的发展
5G时代通信技术的另一次变革
如果说
2-3G的转变实现了
业务由通信向个人应用的跨越
那么4G向5G的转变
将成为
通信历史上最重要的变革
实现了由个人应用
向行业应用的转变
通信业界
将5G的应用划分为三个场景
增强型移动宽带eMBB
海量物联网
mMTC
高可靠低时延
uRLLC
其中
eMBB
相当于
3G和4G网络速率的变化
用于为用户提升
更好的应用体验
而
mMTC
和uRLLC
则是针对行业推出的全新场景
推动5G
由移动互联网时代
向万物互联时代转变
接下来
我们学习
推动物联网
焕发新生的低功耗广域网技术
首当其冲的
就是NB-IOT技术
一
概述
NB-IOT
即
窄带物联网
基于已有蜂窝网络
只占用约180KHz频段
可直接部署于
GSM/LTE等网络
即
部署成本低
易升级
NB-IoT充分利用已有蜂窝网络
可由电信运营商主导
NB-IoT标准
由3GPP主导
目标
是定义一种
非后向兼容
有极大变动的蜂窝物联网
无线接入新技术
以解决室内覆盖增强
支持巨量低速率设备接入
低时延敏感
超低成本
低功耗
和网络架构优化等问题
适合低功耗
长待机
深覆盖
大容量
低速率
静态非连续移动
实时传输
时延敏感的业务类型
二
部署
方式一
利用GSM载波的部署
将原来提供GSM服务的部分载波
移给NB-IoT使用
方式二
与既有网络独立部署
各自使用独立频谱
无相互干扰
但需要一段自己的频谱
方式三
与现有的LTE系统共存
利用LTE频谱
边缘信号强度较弱的部分
来部署NB-IoT
优点是
不需要自身频谱
缺点是
可能与LTE系统发生干扰
三
网络结构方案
NB-IOT组网
由NB-IOT终端
NB-IOT基站
NB-IOT核心网
IOT平台
和IOT应用组成
是市政公用
等窄带业务的理想方案
应用广泛
另一个低功耗广域网技术
就是非授权的LoRa
一
概述
LoRa
是Semtech公司
推出的在1GHz以下
433
868
915MHz的
长距离低功耗数据传输技术
通信距离最长可以达15公里
接收灵敏度达到了负148dbm
比以往技术呢有更大的改善
确保了网络连接的可靠性
其工作电流10mA
休眠电流200nA
低功耗特性明显
LoRa使用线性调频扩频调制
保持了
与FSK调制相同的低功耗特性
又明显
增加通信距离
提高网络效率
并消除干扰
集中器
网关
能并行接收处理多节点数据
有效扩展了系统容量
二
网络结构方案
LoRa网络
主要由终端
网关
或者基站
服务器
和云服务四部分组成
应用数据可双向传输
其中
网关可以承担
每天数百万次的节点间通信
如
每次数据包长度10字节
网关发射功率100mW
在城市密集环境
可覆盖2公里左右
而在郊区的
覆盖范围可超过10公里
LoRa的测距
是基于信号的空中传输时间
而非传输的RSSI
定位
则基于多个网关
对一个节点的空中传输时间差的测量
10公里范围的定位精度可达5m
小结
一
短距离无线通信技术
我们重点介绍了ZigBee
蓝牙
和WiFi等主流技术
由于应用场景多样
终端设备差异较大
导致了短距离无线通信技术
类型较多
需要根据实际需求
合理选择
二
蜂窝移动通信技术
介绍了蜂窝移动通信技术的演进
5G
主要是以承载物联网应用的
重点关注
并学习3GPP的相关标准
三
低功耗广域网技术
介绍了NB-IOT
和LoRa的技术特点
详细探讨了网络结构方案
好的
今天的课就上到这里
同学们再见
-1.1 什么是物联网?
--视频单元
--图文单元
--物联网概述(一)作业
--讨论单元
-1.2 物联网的三层结构
--视频单元
--图文单元
--物联网概述(二)作业
--讨论单元
-第一章作业
-2.1 自动识别技术之RFID
--视频单元
--图文单元
-2.2 感知技术之传感器
--视频单元
--图文单元
-第二章作业
-讨论单元
-3.1 计算机网络技术
--视频单元
--图文单元
--计算机网络课后作业
--讨论单元
-3.2 物联网无线通信基础
--视频单元
--图文单元
--物联网无线通信基础课后作业
--讨论单元
-3.3 物联网无线通信技术(一)
--视频单元
--图文单元
--物联网无线通信技术(一)作业
--讨论单元
-3.4 物联网无线通信技术(二)
--视频单元
--图文单元
--物联网网络通信技术(二)作业
--讨论单元
-4.1 开源硬件之Arduino(一)
--视频单元
--图文单元
--开源硬件之Arduino(一)课后作业
--讨论单元
-4.2 开源硬件之Arduino(二)
--视频单元
--图文单元
--开源硬件之Arduino(二)课后作业
--讨论单元
-4.3 智能硬件与嵌入式系统(一)
--视频单元
--图文单元
--智能硬件与嵌入式系统(一)课后作业
--讨论单元
-4.4 智能硬件与嵌入式系统(二)
--视频单元
--图文单元
--智能硬件与嵌入式系统(二)课后作业
--讨论单元
-5.1 基于云计算平台的数据融合和信息处理
--视频单元
--图文单元
-5.2 基于大数据技术的数据挖掘和知识发现
--视频单元
--图文单元
-第五章课后作业
-讨论单元
-6.1 移动应用开发技术
--视频单元
--图文单元
-6.2 Web应用开发技术
--视频单元
--图文单元
-第六章课后作业
-讨论单元
-视频单元
-图文单元
-第七章课后作业
-讨论单元
-8.1 物联网应用实例
--视频单元
--图文单元
--物联网应用实例课后作业
--讨论单元
-8.2 物联网导论竞赛
--视频单元
--图文单元
--物联网导论科技制作竞赛课后作业
--讨论单元
-视频单元
-图文单元
-第九章课后作业
-讨论单元