《现代通信网络技术丛书 蜂窝物联网 从大规模商业部署到5G关键应用 原书第2版》（瑞典）奥洛夫·利贝格，莫滕·桑德伯格，（美）王怡彬，（瑞典）约翰·伯格曼，约阿希姆·萨克斯作；齐志强，王春萌，党彦平，陈昭华译|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《现代通信网络技术丛书 蜂窝物联网 从大规模商业部署到5G关键应用 原书第2版》

【作　者】（瑞典）奥洛夫·利贝格，莫滕·桑德伯格，（美）王怡彬，（瑞典）约翰·伯格曼，约阿希姆·萨克斯作；齐志强，王春萌，党彦平，陈昭华译

【丛书名】现代通信网络技术丛书

【页 数】 458

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021.04

【ISBN号】978-7-111-67723-9

【分 类】物联网-研究

【参考文献】 （瑞典）奥洛夫·利贝格，莫滕·桑德伯格，（美）王怡彬，（瑞典）约翰·伯格曼，约阿希姆·萨克斯作；齐志强，王春萌，党彦平，陈昭华译. 现代通信网络技术丛书 蜂窝物联网 从大规模商业部署到5G关键应用 原书第2版. 北京：机械工业出版社, 2021.04.

图书封面：

图书目录：

《现代通信网络技术丛书 蜂窝物联网 从大规模商业部署到5G关键应用 原书第2版》内容提要：

本书展示了3GPP标准组织和MFA联盟为开发蜂窝物联网系统所做的工作，同时展示了作者超越技术标准的洞察力，是无线领域中工程师和决策者的必备选择。 本书内容包括： ·连接数十亿超低复杂度设备的大规模机器类通信（mMTC）用例。连接控制系统并提供超可靠低时延通信（URLLC）系统的关键机器类通信（cMTC）用例。 ·基于2G、4G和5G的授权和非授权频段技术，以及如何设计这些技术来定义蜂窝物联网。 ·EC-GSM-IoT、LTE-M、NB-IoT、LTEURLLC和NRURLLC，以及这些蜂窝物联网技术如何支持mMTC和cMTC用例。 ·为物联网提供无线连接性的总体竞争环境，其中包括在非授权频段上颇具前景的技术。 ·5G性能需求和如何通过蜂窝物联网技术来满足这些需求，以及不同技术性能的比较。 在技术之外，读者将会学到： ·与mMTC和cMTC用例相关的需求和性能目标。 ·部署选项和每种新技术的预期性能。 ·非授权频段运营规定及其如何影响系统设计和性能。 本版更新： ·3GPPRelease15中引入的最新LTE-M和NB-IoT特性。 ·3GPPRelease15中规定的基于URLLC的LTE和NR的关键通信。 ·3GPPRelease15中规定的用于支持无人机通信的LTE增强特性。 ·MFA中规定的用于非授权频段的LTE-M和NB-IoT。 ·包括工业物联网和无人机通信在内的未来展望。

《现代通信网络技术丛书 蜂窝物联网 从大规模商业部署到5G关键应用 原书第2版》内容试读

第1章

物联

网

摘要

本章对全书的整体内容进行了介绍，其中包含对MTC和cMTC用例的介绍，这两类

用例涵盖了大量的应用案例。在涉及这些应用案例的讨论中，本章主要考虑了与MTC和

cMTC相关的服务需求，例如可达性和可靠性。另外，基于3GPP定义的EC-GSM-IoT、NB

IoT、LTE-M和URLLC等技术，本章还介绍了蜂窝物联网的概念。本章最后则对3GPP相关技术进行了展望，并对在非授权频谱中提供物联网连接性的一系列解决方案进行了讨论。

1.1

简介

作为整个社会（工业、消费者及公共部门）技术性转型的一部分，物联网已经成为硬件进程管理中数字化转型的关键推动力，在提供了卓越洞察力的同时也允许有更多高效的管理进程。物联网技术使得人类可以将电子设备嵌人真实世界的物体中并创造出智能对象，通过感知或者动作与真实世界进行交互，并构建一个包含智能对象、应用程序以及服务器的网络。

图1.1描述了一个物联网系统。图的左侧是硬件设备，例如机器、照明设备和电表等。图的右侧则是与真实世界进行交互的应用程序。其中应用程序有很多种。例如硬件设备为监控城市街道车流的传感器，而应用程序则可以在交通控制中心监控整个城市的车流状况。如果硬件设备包含可由执行器激活的交通信号灯，则应用程序可基于观测到的车流状况来控制单个交通信号灯的红绿变化周期。这里展示一个数字化转型的简单例子：一个由具有固定配置的信号灯组成的交通基础设施转变为一个智能交通系统，从而可以基于收集到的系统状态信息来做出智能决策并执行。这些应用程序运行在数字域上，其中包含基于模型（例如街道地图）而创建的真实系统（例如城市中的街道)，该系统的状态会根据交通传感器捕获的信息进行更新。交通基础设施（交通信号灯）的管理和配置在交通控制中心进行，随后决策将通过调整信号灯变色周期的方式反馈到真实世界。

2

第1章

对直实世界

真实世界对象

数字化转型

对象的数字

操作

动作

硬件设备

物联网设备

感知

网络

物联网平台

应用程序

动作

硬件设备

物联网设备

感知

物联网系统

图1.1提供连接性和服务的物联网系统以及真实世界的数字表示

物联网系统正是上述服务得以实现的推动者。物联网设备与硬件设备相连，并通过传感器和执行器与真实世界进行交互。物联网系统则将这些设备与应用程序相连，使得应用程序能够通过执行器来控制与物联网设备相连的硬件设备。物联网平台可以提供常用功能，例如设备识别和寻址、安全功能以及物联网设备管理。作为本书的关注点，物联网的连接性则为许多不同种类的服务提供了一个通用的平台，如图1.2所示。

动作

物联网服务1

硬件设备

物联网设备

感知

应用程序

动作

硬件设备

物联网设备

感知

网络

物联网平台

动作

物联网服务2

硬件设备

物联网设备

感知

应用程序

动作

硬件设备

物联网设备

感知

图1.2物联网系统作为平台启用多种服务

1.2物联网通信技术

在过去的20年中，大量通信技术的涌现对物联网技术的发展产生了深远影响，尤其

物联网3

是将设备与应用程序连接起来的机器对机器(Machine-To-Machine,M2M)通信解决方

案。大多数M2M通信解决方案的创建都是以目标为导向，其设计目的是满足某个特定的

应用程序和通信需求，例如为照明远程控制、婴儿监控以及各种电器提供连接。对于这些系统，整个通信栈的设计均基于单一目的。广义而言，即便在一个环境中存在大量处于连

接状态的设备和对象，该系统仍基于M2M技术孤岛，通常不存在端到端IP连接且没有专

属网络协议。图1.3左半部分描述的正是此类系统，这与图1.3右半部分展示的物联网愿

景并不相同。在该愿景中，电子设备和智能对象基于通用和可互操作的IP连接框架相互

连接，在最大限度上推动了物联网发展。

图1.3从M2M孤岛演进到物联网

1.2.1蜂窝物联网

近年来，3GPP对其蜂窝技术不断演进，旨在服务于各种各样的物联网用例。第二

三、四代蜂窝通信系统已经为物联网提供了早期连接能力，但是3GPP自从Release 13以

来就意在提供蜂窝物联网连接能力。蜂窝网络的3GPP规范正在尝试处理新兴蜂窝物联

网用例的需求，只为确保技术标准的演进能够满足未来市场需求。很明显物联网用例的

范围不能被局限于一系列蜂窝物联网需求。在5G蜂窝系统的标准化进程中，三个需求类

型被定义为亟须解决（见图l.4)。其中的两个需求聚焦于机器类通信(Machine-Type

Communication,MTC),实质上是为了解决物联网问题。

MTC被定义为处理大量简单设备之间的通信问题，其数据传输量小且不频繁。假定

MTC设备能够大规模部署，因此对于连接大量设备的可扩展性必不可少，而且不管设备

在何处，系统必须支持通过网络来与其取得联络。部署的普遍性与限制部署及运营成本的需求联合起来，要求超低复杂度的物联网设备必须支持多年运行且无须更换电池。mMTC用例包括计量和监测的公共事业设备、编队管理、汽车行业的远程信息处理和传感器共享，或者制造业的仓储管理、资产追踪和物流管理。3GPP指定EC-GSM-IoT、NB-IoT和LTE-M

技术用于支持MTC。这些解决方案将在附录A、附录B第3~6章进行详细介绍。

6

第1章

蓝牙、Wi-Fi以及其他相关技术，如低能耗蓝牙、ZigBee和Wi-Fi Halow,通常都工

作在ISM频段，以提供至少与蜂窝技术相关的短距离通信。蓝牙是一种无线个人局域网

(Wireless Personal Area Network,WPAN)技术，而Wi-Fi则可以在无线局域网(Wireless

Local Area Network,WLAN)中提供移动性支持。近年来，出现了一系列新兴的低功率广域网(Low-Power Wide-.Area Network,LPWAN)技术，其设计目的是满足与ISM频段相关的规定与需求。但不同于无线个人局域网和无线局域网的是，这些技术提供的是远距离

连接性支持，因而可以为WPAN和WLAN系统无法保证有效覆盖的无线设备提供服务。

附录C对最重要的非授权频谱规章进行了回顾，并介绍一些流行且有前景的非授权频

谱技术。附录D则描述MFA指定的基于3GPP的物联网系统。MFA是一个标准化组织，

负责研发在非授权频谱和共享频谱上工作的无线技术。MFA以3GPP技术为基准，并增加

了在非授权频谱上工作所需的改动。

1.3本书概述

全书内容共分为14章。第2章介绍3GPP和MFA标准化组织，以及3GPP为支持物

联网而在2G、3G以及4G方面所做的早期工作，最后则对3GPP在5G技术方面的最新工

作进行介绍。

附录A、附录B和第3~6章完全专注于3GPP为支持mMTC所做的工作。其中附录A和第3、5章描述EC-GSM-IoT、LTE-M和NB-IoT的物理层设计以及高层和低层过程。附录B和第4、6章则详细评估这三种技术的性能。对于LTE-M和NB-IoT,性能评估结果表明，系统在所有方面均满足了3GPP和国际电信联盟无线电通信组（International

Telecommunication Union Radiocommunication sector,ITU-R)定义的5G对于mMTC服务的需求。

第7~10章对LTE和NR URLLC的设计细节和性能进行介绍，其中性能评估部分在

可靠性和时延方面对评估结果和5G认可的cMTC性能需求进行比较。结果表明，LTE和NR在可靠性和时延方面均满足ITU-R规定的与cMTC相关的5G需求。在设计方面，NR

比LTE更为灵活，并且能提供更好的性能。

第11章讨论3 GPP Release15为支持无人机通信而引入的LTE性能增强部分，并描

述LTE如何有效支持无人机系统所需的可靠指令控制通信。

附录C和附录D将注意力从与3GPP相关的授权频谱转移到非授权频谱。附录C描

述广为流行的短距和长距无线技术，这些技术可以在非授权频谱上提供物联网连接服务。附录D展示MFA为在非授权频谱上应用LTE-M和NB-IoT技术所做的工作。本书中，我们将这些技术称为LTE-M-U和NB-IoT-U,其中U表示非授权。

第12章对之前章节和附录中的技术描述和性能评估进行总结，并对如何选择满足mMTC和cMTC需求的物联网系统进行深入分析。该指导意见正是基于本书中各系统的

···试读结束···