NB-IoT和eMTC远程无线物联网通信开发应用_怯肇乾.pdf
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1、 年第期 和 远程无线物联网通信开发应用怯肇乾,徐鹏,孙建言(大连科技学院,大连 )摘要:在 中,和 技术一推出便在远程无线物联网通信中获得了广泛应用,其应用设计的关键是选择好性价比高的 芯片或模块编程实现 等协议。开发产品时,含有 的终端设备接入软件系统,可以通过 等中间云服务平台,也可以基于 等协议直接进行灵活构造解析,完成采集数据的上报和控制数据的有序下发。区分不同应用场景采取不同的数据收发和低功耗策略,可以发挥 的优良性能。关键词:;中图分类号:文献标识码:,(,):,:;引言在低功耗广域网()中,窄带物联网 ()和增强机器类通信 ()这两种技术以功耗低、通信性能优、抗干扰能力强等优势
2、获得了广泛应用。本文围绕 和 的嵌入式应用系统及其智慧物联网软件系统通信传输的开发设计相关知识展开综合阐述。和 物联网通信概述 和 依托现有蜂窝塔站通信网络,由支持 蜂窝通信技术的第代合作伙伴计划 拓展而成,蜂窝塔站通信网络通常指广泛应用的第代移动通信标准 的长期演进 ,故又称为 和 ,通 称 和 ,简称 和 。技术带宽为 ,通信速率在几十 ,最高可达 ,延迟时间为 ,为半双工通信,发射功率等级在 ,网络覆盖广、连接多、速率低、成本小、功耗低、抗干扰能力强,特别适合传输频繁、数据量小的传感器级物联网数据采集和远程控制,尤其适合电池供电的手持便携移动设备,在远程抄表、动态监测、智能停车、智慧农业
3、等方面获得了广泛应用。或 技术带宽为 ,通信速率为几百 ,最高可达 ,延迟时间为 ,为全双工或者半双工通信,发射功率等级在 。一般都支持移动或全球导航卫星系统 定位,且具有 语音功能。网络覆盖广密、连接能力强、功耗低、成本低、系统复杂程度低,特别适合现场音视频监视和设备软件远程更新,是危险现场监视、动态运行监视和远程视频设备维护的理想选择。在 和 下,远程移动无线物联网通信技术包括 、和 三种。又称敬请登录网站在线投稿()年第期 或 ,应用中有单模、双模和多模之分,单模指仅有其中一种技术,双模技术多指“与 ”或“与 ”,多模即含有全部种技术。和 物联网通信协议 基本规范表述性状态转换 是 服务
4、的一种架构设计风格和思想,它使用 、等广泛流行的标准和协议,能够轻量级、跨平台、跨语言。它不是标准,只是提供了一组设计原则和约束条件。基于这个风格设计的软件更简洁,更有层次,更易于实现缓存等机制。符合 原则的架构方式即可称为 。架构的主要原则包括:网络上的所有事物都被抽象为资源,每个资源都有一个唯一的资源标识符,同一个资源具有多种表现形式(、等),对资源的各种操作不会改变资源标识符,所有的操作都是无状态的。协议图是 网络协议框架模型,传输层上的传输控制协议 和用户数据报文协议 是 (包括物联网)数据通信的基础。图 网络框架模型图 的层次位置和典型网络示意图 和 网络通信各有特色。协议面向连接,
5、通信可靠,传输过程需要握手验证,数据传输时间长。不与对方建立连接,直接把数据包发送给对方,无需过程握手验证,传输效率高。物联网传感器级嵌入式数据采集与控制系统,实时性要求高时,通常需要的是传输层的 协议及其上应用层的受限制的应用协议 和轻量级机器到机器协议 应用,可靠性要求高时,通常需要传输层的 协议及其上应用层的 协议应用。网页、便携移动设备应用 和小程序的浏览分析与操控处理需要基于 的超文本传输协议 和安全超文本传输协议 。基于 的协议 协议 协议是在 上的代替 上的 ,它通过定义二进制各位段功能来描述包内容,协议包更小,更紧凑(最小协议包只有字节),很适合资源限制的嵌入式系统。协议借鉴了
6、 协议机制并简化了协议包格式,简洁地实现了物联网设备之间的通信,它支持 规范,即支持 方式访问,像 请求一样,支持 、,还支持订阅发布。图是典型的 抽象层框图和订阅发布走向示意图,其 中 含 有 可 选 的 数 据 包 传 输 层 安 全 性 协 议 ()。具有以下特点:基于消息模型,个消息类型(),通过请求与响应机制来完成消息传输;与 双方都可独立向对方发送请求,双方都可当 或 角色;支持可靠传输,数据重传,块传输,确保数据可靠到达;支持 多播,即可同时向多个设备发送请求;非长连接通信,适于低功耗物联网场景。图 抽象层框图和订阅发布走向示意图 协议轻量级机器到机器 是开放移动联盟 定义的物联
7、网协议,主要用在资源受限的嵌入式设备上,位于 协议层之上。图是 的层次位置和典型网络示意图。每个 对象对应客户端的某个特定功 能 实 体,协 议 定 义 逻 辑 操 作,如 、或 。服务器与客户端具有以下网络关系:一个客户端(终端设备)至少可以接 年第期 入一个服务商的服务器,也可以接入多个服务商的服务器,当有多个服务器需要进行选择操作时,依据 引导获取相关信息。而服务商可以与网络商属于同一家,也可以是不同商家。基于 的协议 协议即时通信协议 消息队列遥测传输 ,是物联网的重要组成部分,它支持所有平台,几乎可以把所有联网物和外部连接起来。主要提供了订阅和发布两种消息模式,更加简约、轻量,易于使
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