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基于智能工厂的M2M通信:架构、技术、标准与应用

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資料通信網路可能是現代社會中技術的最普遍形式。最初開發用於人與人之間的通信,現在資料通信正越來越多地用於連接不需要人類監督或互動的智慧電子設備。這種資料通信,恰當地命名為“機器端對端(M2M)”或“機器型通信”,已在許多領域應用,包括但不限於智慧電力和智慧電網、電子醫療、交通管理、安全和安保以及城市自動化。大多數情況下這些設備被互聯成為龐大的網路,這個龐大的網路通常就是指“物聯網”。物聯網使得我們可以對日常生活的許多方面(包括辦公室和家庭)進行智慧監控、報告和控制。因此,M2M通信技術將影響和改變目前的能源生產、傳輸和配送系統、交通系統以及人類每天使用的其他的系統和物品。


  M2M通信的規模巨大,預計通過M2M驅動的設備數量到2020年將達到200~500億台,幾乎超過迄今為止在通信技術領域完成的任何項目。因此,需要研究這一令人激動的新領域發展的各個方面,並進一步從理論和實踐上加強對M2M通信系統的理解。[摘錄自前言]


內容簡介來源:

第1章網路—物理世界的M2M通信——案例分析和研究挑戰


1.1簡介


1.2幾個相關術語:IoT、WSNs、M2M和CPS


1.2.1IoT、WSNs、M2M和CPS簡介


1.2.2IoT、WSNs、M2M和CPS之間的相關性


1.3M2M通信:案例研究


1.3.1M2M應用塊


1.3.2M2M用於歷史文物保存


1.3.3M2M用於製造系統


1.3.4M2M用於家用網路


1.3.4.1家用網路


1.3.4.2健康監測系統


1.3.4.3智能電網


1.4M2M通信的問題和挑戰


1.4.1節能MAC協議


1.4.2具有多射頻介面終端的MAC協定


1.4.3跨層設計


1.4.4M2M網路的安全機制


1.5M2M通信演化:從M2M到CPS


1.5.1M2M和CPS的比較


1.5.2使用WSN定位的多個無人駕駛車輛


1.5.3CTS輔助車輛左轉


1.5.4CPS設計的問題和挑戰


參考文獻


第2章M2M通信的架構和標準


2.13GPP MTC架構


2.2ETSI的M2M架構


2.2.1系統架構和域


2.2.2ETSI SC框架和參考點


2.2.3資源


2.2.43GPP和ETSI


2.3EXALTED系統架構


2.3.1ND中的組件


2.3.2DD中的組件


參考文獻


第3章M2M流量和模型


3.1簡介


3.2M2M流量建模


3.2.13GPP、ETSI和IEEE的M2M流量建模活動


3.2.1.1IEEE 802.16p的M2M活動


3.2.1.2ETSI的M2M活動


3.2.1.33GPP提出的M2M流量模型


3.2.2M2M業務建模框架


3.3M2M流量對當代網路(HSDPA)的影響


3.4總結


參考文獻


第4章大規模M2M網路的實際分佈編碼


4.1簡介


4.2相關工作


4.2.1基於單使用者的協同編碼


4.2.2基於多使用者的協同編碼


4.2.3建議的編碼方案


4.3信號模型


4.4靈活的GMSJC


4.4.1GMSJC的過程


4.4.2GMSJC碼字的結構


4.4.3DN上GMSJC的解碼


4.5性能分析


4.5.1基於距離頻譜的誤碼概率性能分析


4.5.2基於PEP的空間分集性能分析


4.5.3能效性能分析


4.6性能評估


4.6.1類比系統和參考方案


4.6.2模擬結果


4.6.3能效分析


4.7結論


致謝


參考文獻


第5章M2M通信中IEEE 802.15.4網路的效率評估


5.1簡介


5.2通道接入方案


5.3模型假設


5.3.1場景1


5.3.2場景2


5.4系統模型


5.4.1幀丟失概率


5.4.2幀碰撞概率


5.5數值結果與性能分析


5.6結論


參考文獻


第6章無線M2M通信網路的可靠性


6.1簡介


6.2智慧電網中通信對DR的影響


6.2.1DR控制策略


6.2.2通信錯誤的影響


6.3無線通訊網路的模型和分析


6.3.1系統模型


6.3.1.1可靠性指標


6.3.1.2網路拓撲結構和路由


6.3.1.3MAC協議


6.3.1.4無線通道模型


6.3.2鏈路可靠性分析


6.3.2.1中斷概率


6.3.2.2鏈路可靠性


6.3.2.3鏈路中斷概率的近似


6.3.3網路級可靠性分析


6.3.3.1單跳網路中的可靠性


6.3.3.2多跳網路中的可靠性


6.4模型驗證與應用


6.4.1模型驗證


6.4.2模型應用:最大覆蓋範圍


6.5總結


參考文獻


第7章高能效M2M網路


7.1簡介


7.2高能效的大規模存取控制和資源配置


7.2.1高能效大規模存取控制


7.2.2大規模訪問管理中的最優功率和資源配置


7.3M2M網路中的節能中繼


7.4M2M網路中的節能報告


7.4.1高能效集中報告


7.4.2高能效分佈報告


7.5M2M網路中的節能路由


7.5.1節能路由


7.5.2節能和QoS保證路由


7.5.3節能路由和通道調度


7.5.4節能和重發感知路由


7.6M2M網路中的高效率休眠調度


7.7M2M設備域中的能量收集


7.7.1能量收集類型


7.7.2能量收集的挑戰和當前解決方案


7.7.3基於射頻的能量收集應用


7.8M2M網路中的能源效率和安全


7.9綠色通信語境下的M2M網路能源效率


7.10小結和討論


7.11詞彙表


參考文獻


第8章智慧電網中的M2M通信


8.1簡介


8.2智慧電網基礎


8.2.1發電


8.2.2輸電和配電


8.2.3消費


8.3智慧電網中M2M通信的挑戰


8.3.1可擴展性


8.3.2能源效率


8.3.3安全性


8.3.4可靠性


8.3.5標準化


8.3.6服務差異化


8.3.7頻譜使用


8.3.8移動性


8.3.9資料處理和計算


8.4用於M2M通信的無線通訊技術


8.4.1蜂窩M2M通信


8.4.2IEEE 802.16/WIMAX


8.4.3IEEE 802.11/WiFi


8.4.4IEEE 802.15.4/ZigBee


8.4.5無線HART


8.4.6ISA100.11a


8.4.7Zwave


8.4.8Wavenis


8.4.9IEEE 802.15.4a/超寬頻(UWB)


8.4.10IEEE 802.22/CR


8.5智慧電網中M2M通信的使用案例


8.5.1智慧電網中的認知M2M


8.5.2智慧電網中的Web服務


8.5.3智慧電網中的家庭能源管理系統


8.6總結和懸而未決的問題


參考文獻


第9章智慧電網中M2M通信的入侵探測系統


9.1簡介


9.2智慧電網NAN中的 M2M通信


9.2.1NAN技術


9.2.2NAN組件


9.2.3可擴展性


9.2.4路由


9.2.5NAN 中M2M通信的安全和隱私


9.2.6蟲洞攻擊


9.2.7入侵探測系統


9.3NANIDS


9.3.1網路架構和IDS設計


9.3.2探測機制


9.3.3最短路徑長度估計


9.3.4模擬場景


9.4模擬實驗的結果


9.5結論和未來的工作


參考文獻


第10章通過志願者計算和移動群智感知的M2M交互範例


10.1簡介


10.2針對雲上MCS的M2M通信


10.2.1M2M參考架構


10.2.2M2M通信及針對MCS應用的志願者貢獻模型


10.3案例分析:MCS社交應用


10.4結論


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