物联网关键技术与标准-应对M2M业务挑战的4G网络增强技术

内容简介

本书中次介绍了这种新型通信技术具体的技术规范和通信组织制定的通信标准，同时针对M2M通信技术的引入在目前现有的cdma2000/LTE蜂窝通信网络中的所需要进行的技术改进以实现两者的融合。此外，本书给出了这些创新技术在实际网络中的验证结果，只有很高的指导意义。

目录

第1章 移动通信技术概述 1
1.1 移动通信发展的内在规律 1
1.1.1 基本矛盾是移动通信技术发展的内在动力 1
1.1.2 信号质量是移动通信业务发展和流量增长的关键 1
1.1.3 解决移动通信发展基本矛盾的途径 2
1.2 移动网络演进历史 3
1.3 3G系统 5
1.3.1 WCDMA系统 5
1.3.2 CDMA2000系统 16
1.3.3 TD-SCDMA系统 29
1.4 LTE系统 31
1.4.1 LTE需求和演进目标 31
1.4.2 LTE帧结构与基本物理资源 32
1.4.3 LTE网络架构 34
1.4.4 LTE标准进展及其不同版本主要功能 37
1.4.5 LTE的关键技术 39
1.5 LTE-Advanced系统 46
1.5.1 LTE-Advanced的标准化进展 46
1.5.2 LTE-Advanced关键技术 46
1.6 小结 54
参考文献 55
第2章 M2M技术发展现状与前景 56
2.1 M2M定义与分类 57
2.2 M2M业务需求与市场前景 57
2.3 M2M业务发展现状 59
2.3.1 各地区M2M业务发展概况 59
2.3.2 运营商M2M业务发展现状 60
2.4 M2M市场展望 64
2.4.1 M2M市场前景预测 64
2.4.2 M2M产业将进入快速发展期 65
2.5 M2M标准化进展 68
2.5.1 M2M标准化的原因 68
2.5.2 标准化概述 69
2.6 小结 85
参考文献 86
第3章 M2M典型应用场景与解决方案 87
3.1 概述 87
3.2 解决方案介绍 88
3.2.1 医疗监护 88
3.2.2 自动抄表 93
3.2.3 智能家居 97
3.2.4 智慧城市 102
3.2.5 车联网 105
3.3 小结 112
参考文献 113
第4章 M2M业务特征与流量模型 115
4.1 M2M业务特性 115
4.1.1 通用业务特性 116
4.1.2 特定业务特性 118
4.2 M2M业务模型 123
4.2.1 业务模型 123
4.2.2 H2H业务模型 125
4.2.3 M2M业务建模 136
4.3 小结 155
参考文献 156
第5章 LTE网络针对M2M 通信的优化方向与需求 157
5.1 概述 157
5.2 M2M用户签约和计费管理 158
5.3 终端标识与寻址机制优化 159
5.4 核心网络拥塞与过载控制机制优化 160
5.5 无线网络拥塞控制机制优化 161
5.6 M2M特定业务优化 163
5.6.1 时间受控特性优化 163
5.6.2 M2M监控特性优化 163
5.6.3 M2M终端设备低移动性特性优化 164
5.6.4 M2M服务器触发特性优化 164
5.6.5 小数据传输机制优化 164
5.6.6 基于群组的优化机制 166
5.7 M2M终端设备优化和管理技术 167
5.8 小结 168
参考文献 168
第6章 支持M2M的通信网络架构增强 169
6.1 概述 169
6.2 ETSI M2M网络架构模型 170
6.2.1 网络架构简介 170
6.2.2 业务能力介绍 171
6.3 3GPP M2M网络架构增强 173
6.3.1 M2M业务流传输模型 173
6.3.2 LTE网络架构增强 175
6.3.3 LTE增强功能实体和接口 176
6.4 CCSA M2M网络架构模型 177
6.4.1 网络总体框架 177
6.4.2 感知延伸层 178
6.4.3 网络/业务层 180
6.4.4 应用层 181
6.5 M2M无线接入网关 181
6.5.1 M2M无线接入网关概述 181
6.5.2 M2M无线接入网关分类 182
6.5.3 M2M网关功能要求 183
6.6 M2M应用支撑管理平台 187
6.6.1 支撑平台的需求分析 187
6.6.2 平台参考架构和功能 188
6.7 小结 191
参考文献 192
第7章 面向M2M的LTE蜂窝 网络接入拥塞控制技术 193
7.1 LTE系统随机接入机制 193
7.11 机接入的目的 193
7.12 机接入的要求 194
7.1.3 LTE随机接入过程 194
7.1.4 LTE系统随机接入关键技术 197
3．随机接入的前导码 199
7.2 LTE网络对M2M设备接入拥塞

摘要与插图

前 言
自然辩证法理论告诉人们：“社会的发展与进步是其基本矛盾相互作用的结果，矛盾双方相互对立，相互促进，达到辩证统一”。移动通信技术发展遵循同样的规律，而“业务产品与用户的快速发展与网络承载能力限制之间的矛盾”是移动通信技术发展的基本矛盾，正是这对基本矛盾为移动通信技术由第一代向第四代的快速推进提供了内在动力，而且矛盾越激化，移动通信技术发展更新的速度就会越快。以LTE/LTE-Advanced为代表的4G移动通信技术已经在范围逐步商用，更低的传输时延和更高的传输速率为日趋丰富的服务应用提供了更好的技术基础和保证。在人与人之间的通信技术和应用已经取得巨大进展的今天，人们把目光转移到发展相对滞后的人与物和物与物之间的通信，希望大范围地拓展现有通信技术的应用范围，并以此来大幅度地推动社会的进步和发展，而4G时代的到来将为物联网产业进一步发展带来契机。
近年来物联网应用已经渗透到人类生产和生活的各个方面，通过与移动网络相结合，物联网几乎覆盖所有网络涉足的空间。但是，在物联网产业的发展过程中，依然存在诸多值得关注和解决的问题。一方面，现阶段不同公司采用多种私有协议提供物联网应用解决方案，高昂的设备开发和部署成本必然成为物联网产业规模化发展的桎梏；另一方面，传统移动通信网络是面向人与人（H2H）通信业务设计的，而物与物（M2M）通信在传输、QoS、移动性和终端分布密度等多个方面都与H2H通信不同。现有移动网络在接入网、核心网和承载网等环节均未将M2M与H2H通信进行区分，而是采用混同承载模式。随着M2M业务规模持续扩大，M2M业务将会与H2H业务相互影响，并对标志和传输等通信网络资源造成巨大压力。现有规模庞大的2G/3G网络投资初步递减，全面进行网络体制改造和增强的难度较大，而以LTE/LTE-Advanced为代表的4G移动通信方兴未艾，并正处于高速成长期。采取针对性的优化和增强措施，将可以极大地提升物联网系统的效率、成本和适用性，有利于运营商的网络运营和有效管控，对物联网产业的发展具有积极意义。
本书着眼于4G移动通信与物联网的融合技术，以3GPP/CCSA对物联网关键技术的标准制定和推进为主线，结合物联网的主要应用场景和增强需求，详细介绍了物联网应用在网络架构、业务管理支撑平台、承载网络和终端等多个方面增强技术的实现需求和基本原理。本书内容较为全面且深入浅出，适用于通信运营商、规划设计院和物联网解决方案提供商等单位的相关技术人员参考阅读，同时也可以作为对口大专院校和科研机构研究生及教师的参考用书。
全书共包括9章，第1章为移动通信技术概述，该部分内容从移动通信技术发展的基本规律出发，重点对3G/4G移动通信的网络架构、关键技术和标准进展等方面进行简要介绍；第2章为M2M技术发展现状与前景，该部分内容通过综合分析M2M技术和标准的发展现状及应用前景，为读者理解支持M2M业务的移动网络增强技术的必要性方面奠定基础；第3章为M2M典型应用场景与解决方案，该部分内容结合3GPP、ETSI和CCSA等国内外标准化组织在对M2M应用分析的基础上，分别介绍了医疗监护、自动抄表、智能家居、智慧城市和车联网等典型场景的应用，重点对其定义与发展现状、应用场景和系统参考架构等方面内容进行介绍；第4章为M2M业务特征与流量模型，该部分内容抽象提取了M2M业务的通用业务和特定业务特性，分别分析H2H和M2M业务特征模型和业务流量模型的建模方法，并针对典型M2M业务提出模型建议，从而为后续支持M2M业务的LTE网络优化技术仿真评估，奠定了良好基础；第5章为LTE网络针对M2M通信的优化方向与需求，该部分内容基于M2M业务场景和特性，从4G核心网和无线接入网层面分