基于NB-IOT的物联网系统

论文总字数：26626字

摘 要

物联网技术发展至今已经有超过十年的历史，但是各行各业采用的都是具有针对性的非标准化解决方案。这些非标准化方案都存在着各种各样的缺点，比如安全性不佳，可维护性差，可靠性较低等。在这种情况下，各种物联网标准快速确立，比如LoRa、Sigfox以及NB-IoT等。其中NB-IoT标准基于LTE改进，并且由我国参与研发，并在2016年获得3GPP的通过。

此次毕业设计的核心内容在于掌握集成度较高的NB-IoT通信模块的使用及组网技术，即处理NB-IoT模块与运营商服务器（传输层）和运营商服务器与PC端客户端（应用层）之间的通信与信息交互技术。因此，本文主要针对传输层和应用层进行开发设计，然后通过PC 端的软件处理NB-IoT上传至服务器的数据，并与其他NB-IoT模块实现组网。

在此次毕业设计所实现的NB-IoT系统中，使用PC端程序模拟的温度采集模块将采集到的温度数据传输经过 NB-IoT无线射频收发芯片BC95调制后，发送给运营商服务器。服务器数据经过PC端转发之后，另一个NB-IoT模块接收到来自运营商服务器的温度数据，并通过USB-TTL模块将温度信息上传到PC端中，PC端的串口软件在接收到数据后将其显示在屏幕上。经过实际测试，该系统能实现基本的NO-IoT模块间收发通信和组网操作。

关键词：NB-IoT，组网，BC95

Abstract

The development of the Internet of Things technology has been more than a decade of history, but all walks of life adopt targeted non-standard solutions. These non-standardization solutions all have various drawbacks, such as poor security, poor maintainability, and low reliability. In this situation, various Internet of Things standards are quickly established, such as LoRa, Sigfox, and NB-IoT. Among them, the NB-IoT standard is based on the LTE improvement, and is participated in research and development by China, and obtained the 3GPP approval in 2016.

The core content of this graduation project is to grasp the use of NB-IoT communication module with high integration and networking technology, that is to deal with NB-IoT module and operator server (transport layer) and operator server and PC client (Application layer) communication and information exchange technology. Therefore, this article focuses on the development of the transport layer and application layer design, and then through the PC-side software processing NB-IoT upload data to the server, and with other NB-IoT module networking.

In the NB-IoT system implemented in this graduation project, the temperature acquisition module simulated by the PC-side program transmits the collected temperature data through the NB-IoT radio frequency transceiver chip BC95 and sends it to the operator's server. After the server data is forwarded by the PC, another NB-IoT module receives the temperature data from the operator's server and uploads the temperature information to the PC through the USB-TTL module. The PC's serial port software will receive the data after receiving the data. It is displayed on the screen. After actual testing, the system can achieve basic NO-IoT module transceiver communication and networking operations.

KEY WORDS: NB-IoT, Networking, BC95

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 NB-IoT的研究现状 2

第二章 NB-IoT技术 4

2.1 NB-IoT技术概述 4

2.1.1 NB-IoT的含义 4

2.1.2 NB-IoT的技术优势 4

2.2 NB-IoT的物理层 5

2.2.1 NB-IoT的物理层概述 5

2.2.2 NB-IoT的部署方案 5

2.3 NB-IoT性能简析 6

2.3.1 NB-IoT的下行峰值速率 6

2.3.2 NB-IoT的容量 8

第三章 基于LTE改进的NB-IoT 9

3.1 NB-IoT的协议概述 9

3.2 NB-IoT网络架构 9

3.2.1 NB-IoT总体网络架构 9

3.2.2 NB-IoT网络结构细化 9

3.3 NB-IoT的覆盖技术改进 10

3.3.1 窄带化技术 10

3.3.2 重复编码技术 11

3.3.3 DL GAP传输方式 11

3.4 NB-IoT的低功耗技术改进 11

3.4.1 数据传输方式 11

3.4.2 DRX休眠机制和PSM机制 12

3.4.3 移动性管理和接入过程 12

3.5 NB-IoT高容量技术改进 13

3.6 NB-IoT低成本技术改进 13

第四章 系统架构及各模块芯片选择 14

4.1 系统设计 14

4.1.1 系统设计要求 14

4.1.2 系统整体架构 14

4.2 各模块芯片选择 15

4.2.1 NB-IoT芯片的选择 15

4.2.2 模块间信息交互芯片选择 15

第五章 模块电路设计 16

5.1 BC95芯片外围应用及电源电路设计 16

5.2 PCB设计与布线 18

第六章 系统各模块软件实现 20

6.1 NB模块接口及操作 20

6.2 NB-IoT模块AT指令流程 20

6.2.1 NB-IoT模块开机流程 20

6.2.2 NB-IoT模块收发流程 21

6.3 NB芯片收发软件实现 22

6.3.1 客户端流程 22

6.3.2 服务端流程 24

6.4 收发结果 25

第七章 项目总结 27

致谢 28

参考文献 29

绪论

研究背景及意义

蜂窝移动通信网络发展至今已经有四十年的历史，而近年来，移动通信业务也从人与人的连接拓展到人与物的连接以及物与物的连接，“万物互联”的时代即将到来。各行各业由于物联网技术的加入焕发新春，而多种多样的新型服务产业生态也在蓬勃发展。物联网技术为家居、交通、物流、医疗、餐饮、农业等重要产业带来了翻天覆地的变化。

物联网（Internet of things）技术，顾名思义就是物与物相连的互联网技术，是近年来在社会各个方面的网络技术应用中最受关注和重视的一个新概念。物联网利用互联网和传统电信网络等信息承载体，将智能移动终端、智能控制终端以及终端之间的信息交互与控制看作一个整体。如此一来，世界中的一切物体都可以被感知和控制。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：26626字