基于NB-IoT的地下管廊环境监测系统设计

城市地下管廊内布设了大量的管线,如燃气管道、网络通讯线路、电力线路等,由于地下环境复杂多变,存在着气体泄漏、爆炸、火灾等安全风险。针对这些问题,提出一种基于窄带物联网技术(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)的地下管廊环境监测系统。该系统采用先进的传感器技术、NB-IoT技术、软件技术,系统主要分为数据采集模块、物联网云平台、远程监测系统三部分。数据采集模块以STM32作为主控单元连接各个传感器,采集温度、湿度、水位、可燃气体等数据,经过处理后利用NB-IoT网络上传到物联网云平台,远程监测系统调用物联网云平台的数据接口进行远程显示与预警。实验结果表明,系统在降低系统总体功耗的同时,能够实时、稳定地进行地下管廊环境监测,提前预防可能存在的风险。

基于NB-IoT技术的天然气管道泄漏监测系统

为了对天然气管道运行情况进行实时监测,在发生泄漏时能够及时做出反应,设计了基于NBIoT技术的天然气管道泄漏监测系统。系统利用压力变送器、DHT11温湿度传感器和GPS/北斗定位系统分别对管道的内部压力、设备周围的温湿度和经纬度位置进行采集,将采集的数据通过STM32控制NBIoT物联网模块上传至OneNET物联网云平台,最终通过云平台对天然气管道进行实时监测。实验表明:该系统能够对天然气管道的数据进行实时上传,能够通过云平台进行天然气管道状态的实时监测。

一种基于NB-IoT的智能井盖监测系统设计

针对城市井盖保有量大、安全事故频发、人工巡检困难、管理组织混乱等问题,提出一种基于窄带物联网(NB-IoT)技术的窨井盖自动监测系统。该系统以STM32作为主控模块,包含倾角、水位等传感器,实现对井盖状态以及井内重点数据的采集,配合云端服务器和客户端完成井盖数据远程可视化显示。结果表明,所提系统可以实现故障井盖自动报警、精确定位,降低人工巡检的难度,让城市井盖管理更加智能化,让故障检修更加便捷化,提高城市管理的智能化水平。

基于NB-IoT技术的环境监测系统优化设计

为进一步提升工业生产过程的安全系数,提出一种基于窄带物联网NB-IoT的环境监测系统。其中,以NB-IoT技术作为系统的主要通信,以传感器为主要的环境数据采集工具,以改进的BP神经网络作为预测方法进行环境风险预测。实验结果表明,与传统的BP神经网络相比,经过粒子群算法PSO优化的BP神经网络具有更高的预测精度,且稳定性较好,将其应用于环境风险的预测时误差始终保持在1%的误差范围内。设计的基于NB-IoT的环境监测系统能够进行准确的数据采集和风险预测,能够进一步保障生产安全,可行性较高。

基于串级模糊PID控制的NB-IoT智能保温箱

针对农产品冷链物流中存在的运力不足和无法混装小批量冷链农产品等问题,提出一种基于NB-IoT技术的智能保温箱解决方案。该方案基于半导体制冷片、PT100温度传感器和NB-IoT技术构建了系统的硬件部分,实现了远程温控和冷链物流追溯,同时利用串级模糊PID算法实现了全程精确控温。此外,基于Simulink搭建了智能保温箱温度控制系统模型,通过仿真对比验证了智能保温箱的温度控制效果。结果显示,与PID算法和模糊PID算法相比,保温箱应用的串级模糊PID算法具有更快的调节速度和更小的超调量,并在受到干扰时表现出更好的稳定性,为农产品冷链物流领域提供了高效可靠的温度控制方案。

基于NB-IoT的智慧健康监测系统设计

人口老龄化导致慢性非传染性的患病率会越来越高,智慧健康养老成为国家应对老龄化的战略目标。针对我国目前的人口结构现状,提出一种基于窄带物联网技术(NB-IoT)的智慧健康监测系统。该系统结合NB-IoT技术、传感器技和软件技术,系统主要包括可穿戴数据采集终端、云服务平台、远程监测平台等3部分。数据采集终端以STM32作为主控制器,实现对用户生理信息的采集,通过NB-IoT网络传输到云平台上,通过远程监测平台实现健康的远程监测,对健康问题进行预警。实验结果表明:系统可以实时采集老年人的生理信息(血压、血氧、心率)、运动轨迹以及定位信息,对老年人进行实时全方位健康监控,提前预防并降低慢性疾病发病率、减小死亡率、延长寿命。

基于NB-IoT的无线抄表系统设计与实现

为了便于管理人员及时准确地采集到用户电能消耗数据,提高工作效率,基于嵌入式与NB-IoT物联网技术,设计出一种无线抄表系统,能够实时采集和监测用户用电情况。该系统以低功耗的STM32系列微控制器作为主控芯片,利用RS485接口的Modbus-RTU通信协议采集电能信息;运用RFID无线射频识别技术进行Mifare卡识别,读取用户信息。基于BC35-G通信模块结合UART串口及AT指令,建立起主控芯片与华为云平台的联系,利用4G网络传输的MQTT通信协议将采集到的数据上传至华为云平台,提高了数据传输的实时性和可靠性,为实现及时准确地采集用户电能消耗数据,提供了解决方案。

面向物联网的NB-IoT信号优化方法研究

随着物联网技术的飞速发展,窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)作为一种低功耗、广覆盖、大连接的无线通信技术,逐渐成为连接物理世界与数字世界的桥梁。然而,在实际应用中,NB-IoT信号面临着诸如信号衰减、干扰、覆盖不均等挑战。这些挑战不仅影响用户体验,还限制了物联网应用的进一步发展。因此,研究面向物联网的NB-IoT信号优化方法具有重要意义。文章深入研究面向物联网的NB-IoT信号优化方法,提出多种有效的优化策略和技术手段。

基于NB-IoT的UPS智能在线监测系统的设计

针对UPS机房在运行过程中无人监守,工作人员无法及时排查故障的问题,设计并实现了一套基于ARM和NB-IoT的UPS智能在线监测系统,由检测终端、云服务器和监管中心组成;检测终端使用各类传感器和检测电路获取多个UPS设备的输入输出电压和电流、负载率、蓄电池电量等数据以及机房温湿度环境参数,通过无线模块发送给云服务器,监管中心从云服务器获取数据,用户可以登录监管中心远程查询UPS的工作数据;经测试,系统能够实现对UPS各项数据的采集和无线传输,可以通过监管中心实时查询UPS工作状态以及下发指令,能达到实时监控的效果;具有数据测量准确,实时性响应良好等特点,减少了管理人员的工作量,提高了UPS的管理效率。

低轨卫星物联网下NB⁃IoT时延功耗研究

【目的】在低轨(LEO)卫星物联网(IoT)场景下,广域覆盖范围内窄带物联网(NB⁃IoT)体制终端因为业务场景不同造成时延功耗需求也不相同。然而,地面NB⁃IoT体制终端业务场景单一,采用固定式工作状态定时器参数配置方法,无法满足LEO卫星IoT大尺度地理范围内多场景终端时延功耗的不同需求。【方法】针对LEO卫星IoT广覆盖特性,文章基于简化后随机接入交互流程终端工作状态切换的马尔科夫链模型,提出了以系统下行延迟和终端功耗作为非支配排序遗传算法(NS⁃GA⁃Ⅱ)的目标函数得到多场景帕累托前沿最优解集的方法,进一步从帕累托前沿中选择满足不同场景时延功耗需求的工作状态定时器参数在线配置终端。【结果】仿真结果表明,文章提出的多目标优化方法对工作状态定时器参数进行全局寻优,克服了穷举法等传统方法可能陷入局部最优的不足,并验证了简化随机接入交互流程可以有效降低终端时延功耗。【结论】文章所提多目标优化方法可以得到终端在LEO卫星IoT多场景下的工作状态定时器参数。

基于NB-IoT的智慧路灯控制器设计

随着智慧城市建设步伐的加快,各大城市必然要对城市路灯照明系统进行节能化和智能化升级。文章针对传统路灯能耗大、人力维护成本高、智能化程度低等问题,设计一种基于NB-IoT的智慧路灯控制器。单灯控制器以微控制器STM32为控制核心,通过NB-IoT通信模组实现路灯与控制中心的组网,从而实现路灯的远程开关及调光控制、路灯数据采集、故障定位等功能。该路灯控制器以实际LED路灯进行测试验证,基于NB-IoT路灯控制器能够满足路灯照明系统的节能化和智能化以及集中管理的需求。

基于NB-IoT的应用层数据安全传输机制

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)是基于蜂窝窄带物联网的一种新兴技术,是物联网的一个重要分支。随着NB-IoT终端设备的规模不断增大,物联网安全面临数据泄露、中间人攻击等安全威胁。本论文针对NB-IoT技术的数据安全传输研究,从物联网终端安全和应用服务安全两方面进行分析,结合密码技术给出了NB-IoT系统安全模型,提出了基于物联网应用层数据信源加密传输机制,给出了轻量级身份认证协议和数据加密传输协议,论证了该方案的安全性,通过实验验证了所提方案的可行性和适用性。

基于HarmonyOS与NB-IoT的城市共享停车系统设计与性能评估

共享停车是应对汽车保有量增长导致的城市停车难题、充分利用现有停车位资源的重要举措。提出了一种基于HarmonyOS与窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)的城市共享停车体系,以HarmonyOS与NB-IoT设计共享停车融合终端、云IoT平台作为共享停车的边缘服务平台。给出了基于云IoT平台的城市共享停车服务体系的架构设计,提出了基于HarmonyOS与NB-IoT的终端标准化设计以及端云一体化开发方法。对地面拉远和地下场景下的NB-IoT的穿透覆盖性能,以及不同运行环境下的HarmonyOS系统的线程响应时间分别进行了实测与性能评估,验证了所提系统的有效性与服务性能。为不同停车设备的智能化、互联与协同提供了统一的集成管理与开放方案,为提高现有停车设施的使用效率,推动我国智慧城市交通发展和提升新型城镇化建设质量提供可行的实施路径。

基于NB-IoT的水面清洁机器人运行状态监测系统设计与实现

针对各种水上无人系统在运行过程中容易出现各种失控,导致其无法正常完成任务,甚至造成安全事故,文章设计并实现了一种用于监测水面清洁机器人运行状态的监测系统,实时监测机器人的运行参数是否正常。系统主体是在水面清洁机器人的基础上添加一个STM32G07的最小系统板,通过配备NB-IoT(窄带物联网)技术的BC26模块,将机器人运行状态数据通过MQTT协议上传至阿里云物联网云平台,实现数据可视化,方便开发人员对机器人的各项运行状态参数进行监测,并且对采集到的数据进行数据分析,从而避免机器人失控,造成事故。

地磁的LoRa与NB-IoT通信技术比较研究

随着物联网技术的快速发展,低功率广域网络(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)以其特有的优势得到广泛的应用。在众多的LPWAN技术应用场景中,地磁作为无线传感器被应用于各种停车管理的场景中,其中,国内停车行业关注度最高的是远距离无线电(Long Range Radio,Lo Ra)和窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-Io T)两种通信技术的地磁。本文旨在从地磁的Lo Ra与NB-Io T通信技术方面进行系统的梳理和比较分析,为地磁的选择应用提供有力的技术参考和储备。

Multi-Antenna Jammer Assisted Covert Communications in Data Collected IoT with NOMA

In this paper,we investigate covert communications in data collected IoT with NOMA,where the paired sensor nodes S_(m) and S_(n) transmit covert messages to a legitimate receiver(Bob)in the presence of a Warden(Willie).To confuse the detection at Willie,an extra multi-antenna friendly jammer(Jammer)has been employed to transmit artificial noise(AN)with random power.Based on the CSI of Willie is available or not at Jammer,three AN transmission schemes,including null-space artificial noise(NAN),transmit antenna selection(TAS),and zeroforcing beamforming(ZFB),are proposed.Furthermore,the closed-form expressions of expected minimum detection error probability(EMDEP)and joint connection outage probability(JCOP)are derived to measure covertness and reliability,respectively.Finally,the maximum effective covert rate(ECR)is obtained with a given covertness constraint.The numerical results show that ZFB scheme has the best maximum ECR in the case of the number of antennas satisfies N>2,and the same maximum ECR can be achieved in ZFB and NAN schemes with N=2.Moreover,TAS scheme also can improve the maximum ECR compared with the benchmark scheme(i.e.,signal-antenna jammer).In addition,a proper NOMA node pairing can further improve the maximum ECR.

基于自适应控制算法的NB-IoT网络性能优化研究

随着物联网技术的快速发展,窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)技术因其低功耗、广覆盖、大容量等特性,成为物联网的重要连接方式。针对NB-IoT网络性能优化问题,提出基于自适应控制算法的优化方案,提高其可靠性、容量及能效。通过仿真实验,验证该方案的有效性和性能优势。此外,基于该算法,采用终端感知、网络通信、数据处理以及应用表现4层系统设计架构,设计基于自适应控制算法的NB-IoT物联网系统,满足不断增长的物联网应用需求。

基于NB-IoT物联网的农业水田作物精准灌溉系统

针对农业水田作物灌溉过程中产生灌溉不均匀的问题,设计基于NB-IoT物联网的农业水田作物精准灌溉系统。在农业水田作物区域内设置由多个传感器组成的环境监测模块及土壤监测模块组成数个监测点,利用各监测点监测水田作物生长环境及土壤信息,通过网络层NB-IoT物联网模块传输监测数据至处理层中;处理层采用MCU处理模块接收并处理监测数据,构建农业水田作物最优灌溉模型,获取符合作物生长需求的最低灌溉量,再通过微控制器中的模糊控制算法输出控制指令、设定最低灌溉量阈值,并传输指令至应用层;应用层灌溉设备依据指令控制灌溉设备开关,实现精准灌溉农业水田作物。实验结果表明,设计系统可以精准灌溉农业水田作物。

Exploration of IoT Nodes Communication Using LoRaWAN in Forest Environment

The simultaneous advances in the Internet of Things(IoT),Artificial intelligence(AI)and Robotics is going to revolutionize our world in the near future.In recent years,LoRa(Long Range)wireless powered by LoRaWAN(LoRa Wide Area Network)protocol has attracted the attention of researchers for numerous applications in the IoT domain.LoRa is a low power,unlicensed Industrial,Scientific,and Medical(ISM)bandequipped wireless technology that utilizes a wide area network protocol,i.e.,LoRaWAN,to incorporate itself into the network infrastructure.In this paper,we have evaluated the LoRaWAN communication protocol for the implementation of the IoT(Internet of Things)nodes’communication in a forest scenario.The outdoor performance of LoRa wireless in LoRaWAN,i.e.,the physical layer,has been evaluated in the forest area of Kashirampur Uttarakhand,India.Hence,the present paper aims towards analyzing the performance level of the LoRaWAN technology by observing the changes in Signal to Noise Ratio(SNR),Packet Reception Ratio(PRR)and Received Signal Strength Indicator(RSSI),with respect to the distance between IoT nodes.The article focuses on estimating network lifetime for a specific set of LoRa configuration parameters,hardware selection and power constraints.From the experimental results,it has been observed that transmissions can propagate to a distance of 300 m in the forest environment,while consuming approx.63%less energy for spreading factor 7 at 2 dBm,without incurring significant packet loss with PRR greater than 80%.

Efficient Deployment of Multiple UAVs for IoT Communication in Dynamic Environment

The application of unmanned aerial vehicle(UAV)-mounted base stations is emerging as an effective solution to provide wireless communication service for a target region containing some smart objects(SOs)in internet of things(IoT).This paper investigates the efficient deployment problem of multiple UAVs for IoT communication in dynamic environment.We first define a measurement of communication performance of UAVto-SO in the target region which is regarded as the optimization objective.The state of one SO is active when it needs to transmit or receive the data;otherwise,silent.The switch of two different states is implemented with a certain probability that results in a dynamic communication environment.In the dynamic environment,the active states of SOs cannot be known by UAVs in advance and only neighbouring UAVs can communicate with each other.To overcome these challenges in the deployment,we leverage a game-theoretic learning approach to solve the position-selected problem.This problem is modeled a stochastic game,which is proven that it is an exact potential game and exists the best Nash equilibria(NE).Furthermore,a distributed position optimization algorithm is proposed,which can converge to a pure-strategy NE.Numerical results demonstrate the excellent performance of our proposed algorithm.