第1章 ?物聯網

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1.1簡介
在過去的幾十年中，無線通信系統和設備已經出現并發展圖1.1顯示了從1G技術到今天的4G系統的無線技術和網絡的演變在20世紀80年代，無線網絡始于以語音為中心的通信系統，例如由AMPS和IS-95蜂窩系統代表的1G和2G網絡增加了對1G和2G系統的改進，以支持具有低到中等數據速率（例如，9.6 Kbps）的數據中心設備，例如EDGE 3GPPTM的形成是為了標準化和引入稱為WCDMA的3G無線網絡 1999年，推出了3G系統WCDMA和cdma2000，以支持語音，視頻和數據服務的混合 WCDMA在不同版本中由3GPP發布;從版本99開始到版本7，允許真正的移動寬帶連接支持每秒幾兆位
?版本8是3GPP稱為LTETM的4G活動的開始 3GPP制定了擴展IMT-2000規范的LTE新規范[1] LTE在2009年首次進行商業部署與前代相比，LTE引入了許多先進功能，并提供了高速，低延遲，更高頻譜效率，簡化和全IP核心網絡，基于正交頻分多址的空中接口等多項優勢（OFDM）接入，以及更高的小區容量從版本8到版本15，還在幾個版本中引入了LTE后一版本是5G活動和標準化開始的標志

模擬語音 AMPS，NMT，TACS

數字語音 GSM，IS-95

移動寬帶 WCDMA，CDMA2000-EV-DO

移動互聯網 LTE，LTE-advanced

圖1.1：無線和蜂窩網絡的出現
?LTE已經引入了機器類型通信（MTC） MTC是一種支持設備與底層數據傳輸基礎設施之間通信的技術數據通信可以在MTC設備和服務器之間發生，或者直接在兩個MTC設備之間發生 MTC體現在廣泛的應用和服務中這些應用程序可以在不同的行業中找到，例如醫療保健，制造，過程自動化，能源和公用事業 MTC設備支持不同的網絡技術，例如點對點，多跳，ad-hoc網絡或網狀無線網絡物聯網（IoT）是MTC的一個實現 MTC設備可以是低復雜度，遠程，低功率或寬帶設備所有這些設備彼此之間以及與駐留在網絡上的服務器和應用程序進行通信
?例如，用于汽車和卡車的連接設備的特征在于小數據速率，同時執行大量切換智能電表（例如燃氣或電力）是固定的，僅需要少量不會對延遲敏感的數據另外，這些MTC設備的數量可以很大;從每個家庭到幾個每平方公里幾十萬不等 MTC設備通常由電池供電，沒有任何其他外部電源這些設備的連接數量預計將超大，估計有效連接密度為每平方公里200,000，設備密度為每平方公里100萬設備

圖1.2：智能建筑和儀表中的物聯網應用
3GPP NB-IoT，稱為LTE窄帶物聯網（NB-IoT），是從版本13開始在LTE中引入的MTC的一類.LTE NB-IoT為NB-IoT設備提供不同級別的優化，例如針對NB-IoT優化的協議棧和無線接口，低功耗，低數據速率，無移動性支持，180 KHz的有限帶寬，擴展的覆蓋范圍和低硬件成本圖1.2顯示了NB-IoT在智能建筑和智能計量中的一個應用，其中NB-IoT設備收集大量數據和信息并將它們發送到遠程服務器進行處理
?3GPP推出的新LTE NB-IoT標準是成熟的LTE系統的剝離版本，以便在實現低成本，最小功耗和延長電池壽命的目標的同時保持盡可能簡單 NB-IoT設備可以是傳感器，執行器，可穿戴設備和相機，它們形成大量連接設備或連接物，例如智能建筑和加油站中的傳感器這些設備的特點是非時間關鍵數據傳輸可以從非常簡單的設備到非常復雜的設備.NB-IoT設備通過蜂窩基礎設施直接與網絡連接（例如，eNodeB或基站），如圖1.2所示
?設備的范圍可以從簡單的可穿戴設備（例如智能手表或嵌入衣服的一組傳感器）到更復雜的可穿戴設備（監測身體生命統計數據（例如，心率，血壓））它們也可以是在個人區域網（PAN）中通信的不可穿戴設備，例如一組家用電器（例如，智能恒溫器和輸入鍵），或辦公室設置中的電子設備（例如，智能打印機），或者一個智能花盆，可以遠程激活，為植物提供水

1.1.1本書概要
本書解釋并描述了用于LTE NB-IoT的3GPP核心協議棧及其在現場的運行方式本書分為以下幾章：
??第2章：介紹LTE系列標準，3GPP NB-IoT的目標和目標及其使用案例，并概述了UE和eNodeB的LTE網絡和協議棧架構
??第3章：涵蓋LTE NB-IoT的無線電資源控制（RRC）子層這是NB-IoT協議棧中最重要的子層之一說明RRC子層的狀態機提供了用于與eNodeB交換信令消息的過程本章還涉及UE空閑且未連接到eNodeB時UE的過程和行為
??第4章：涵蓋分組數據匯聚協議（PDCP）子層它包括PDCP子層架構，用于加密到eNodeB的傳入和傳出消息的過程，完整性保護和驗證過程，以及它的消息格式
??第5章：介紹無線電鏈路控制（RLC）子層它涵蓋了該子層如何為eNodeB提供有保證的信令和數據消息傳遞它還包括不同的操作模式和每種模式中使用的消息格式
??第6章：介紹媒體訪問控制（MAC）子層它解釋了隨機接入過程，爭用解決過程，MAC數據單元的復用和解復用，
?調度上行鏈路流量的MAC和MAC程序
??第7章：涵蓋物理（PHY）子層它解釋了與eNodeB的無線幀結構和業務交換，上行鏈路和下行鏈路物理信道，物理信道調制和解調，糾錯以及用于發送和接收信令和數據消息的過程
??第8章：介紹UE和網絡使用的服務質量（QoS）框架和體系結構，以實施有保證的QoS參數它解釋了端到端承載，核心網絡提供的QoS指標，以及UE與互聯網和應用之間的QoS保證
??第9章：介紹智能停車，智能城市和智能家居等NB-IoT應用的主要用例它還涵蓋了NB-IoT設備和網絡所支持的功能，以便成功部署和采用NB-IoT技術它提供了計劃由移動運營商發布的第一套技術提供的設備和網絡要求

1.1.2如何閱讀本書
本書介紹了最新發布的第15版3GPP技術規范中新的5G 3GPP LTE NB-IoT技術.3GPP技術規范和技術報告包括LTE的許多其他新功能，如傳統的蜂窩LTE，中繼節點或側鏈通信，與NB-IoT規范捆綁在一起新的NB-IoT技術很復雜，需要無線通信和協議領域的熟練專業人員在本書的這一版中，我們將介紹這項新技術，解釋它的各個方面，操作和程序，控制和數據路徑，以及如何在不同的用例和日常場景中使用它本書包含大量插圖，有助于以簡單的視角消化和理解技術
?本書首先概述了網絡協議棧術語和體系結構在以下章節中，將介紹每個子圖層每章都解釋了NB-IoT技術的不同子層每章還是對相應子層的所有功能，過程或數據單元的獨立且獨立的描述
?RRC子層包括不同的過程和消息 3GPP技術規范中的RRC過程是復雜的過程，本書重點介紹了這些過程的主流場景主流方案是不包括異常行為，計時器到期事件或異常錯誤情況的方案這是為了提供每個過程的簡單視圖并理解其基本操作 RRC消息由3GPP發布為ASN.1格式在本書中，只有相關字段和RRC消息的重要參數在表格中列出，包括它們可能的值，大小或含義
?PDCP，RLC和MAC子層也在相應的章節中介紹這些章節中的每一章都包含關于信號通知的RRC參數和這些子層的配置的表格，這些表格需要知道如何執行子層的過程和功能 PHY子層是NB-IoT中的主要子層，并且在其章節中已經詳細解釋了它

表1.1本書中使用的數學符號表示法含義

[x y]	從x到y的數字范圍
[x y [	從x到y的數字范圍，包括x，不包括y
x x y	x和y的乘積
z = x mod y	模塊操作 x乘y的除法產生整數商，q和整數余數，z，這樣 yx q + z = x
x = y*	是y的復共軛 如果y = a + jb則x = a-jb
X Y Z W	矩陣或向量

?最后，介紹了NB-IoT用例，場景，用于NB-IoT部署的功能，以及適用于NB-IoT應用程序開發的應用層協議 本書最后提供了關于NB-IoT技術的壓縮描述，從底部無線信道開始直到頂級應用程序級別
?在整本書中，使用了一些數學符號 表1.1總結了這些符號

本書的這一版本是NB-IoT技術領域的一本，是需要深入研究這項技術或尋求有關這項新技術指導的人的手冊 本書介紹了有關NB-IoT的最新和最新信息和規范 對于愿意學習和了解有關NB-IoT技術的全面信息的技術和非技術讀者而言，本書是一本有價值的資料
?在本書的未來版本中，我們將使用不同的無線接口（例如，GSM，WiFi）來覆蓋NB-IoT 我們還將介紹用于存儲，處理和分析NB-IoT數據和信息的數據分析，數據科學和基于云的系統 我們希望讀者能夠閱讀這本書并將其保存在他/她的圖書館中

總結

以上是生活随笔為你收集整理的5G LTE窄带物联网(NB-IoT) 4的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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