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现代工程导论
机械工程材料(双语版)
金属材料实验教程
机器人技术及应用（秦涛）
《工业无线网络通信技术》是新型工业化战略下智能制造工程系列教材之一。“数据闭环驱动的智能制造”已成为全球产业升级的主旋律。要让数据真正释放价值,首先必须打造低时延、高可靠、广覆盖的无线通信底座。为此,本教材应运而生,系统梳理1G~6G 蜂窝系统、无线传感器网络(WSN)、卫星物联网(SIoT),以及人工智能物联网(AIoT)等关键技术在流程制造、离散制造与无人矿山等典型场景中的工程实践与应用方法。
本教材贯彻“知识链—能力链—价值链”的教学理念,通过通俗示例与真实案例,帮助读者构建从理论推导到系统部署的完整认知闭环。本教材共8章,既可服务于通信工程、自动化、物联网等相关专业的课程,也可供工业互联网集成商与运维工程师在实际项目中快速检索。
本教材主要特色如下:
1.系统完整
本教材覆盖电磁传播、多制式核心/接入网架构、协议栈演进,以及无线传感器网络 (WSN)、卫星物联网(SIoT)、人工智能物联网(AIoT)等融合应用的全链条知识体系,便于高校按教学大纲灵活取舍。
2.案例驱动
本教材围绕智能工厂、车联网、远程油田、智慧矿山等场景,配套系统流程图与实测数据,培养“原理—方案—落地”的闭环思维。
3.安全先行
本教材提出以5G-AKA/EAP-AKA'端-网双向认证、网络切片隔离机制,以及零信任安全架构为核心的多层防护模型,满足工业场景对高安全性与高可用性的要求。
4.前瞻视角
本教材同步3GPPRel-18/19新进展,系统探讨6G、生成式 AI与数字孪生等新兴技术在工业领域的潜在价值。
5.思政融入
教材编写团队深入推进党的二十大精神融入教材,充分认识党的二十大报告提出的“实施科教兴国战略,强化现代人才建设支撑”精神,落实“加强教材建设和管理”新要求,在教材中融入思政元素,紧扣党的二十大精神,围绕专业育人目标,结合国产5G 核心网、北斗时空网络等自主可控案例,融入工匠精神与创新报国理念,激励学生投身新质生产力建设。
6.云课堂
本教材随文提供视频微课,读者可通过扫描二维码即时观看,实现教材数字化、信息化、立体化,进一步强化课堂教学与课后学习的无缝衔接,为读者提供更加全面、多样的配套服务。
第1章 工业无线网络通信技术概述 ………………………………………………………… 1
1.1 引 言……………………………… 1
1.2 无线网络通信技术的发展历史…… 2
1.3 无线网络通信技术在工业数字化转型中的作用……………………… 7
1.4 工业环境对无线网络通信的特殊需求………………………………… 9
本章总结………………………………… 13
测试题和思考题………………………… 13
第2章 基础理论 ……………………………………………………………………………… 15
2.1 电磁波传播基础 ………………… 15
2.2 信号干扰及应对技术 …………… 18
2.3 无线调制技术 …………………… 21
2.4 信道编码 ………………………… 30
2.5 无线网络通信分层模型及协议 … 44
本章总结………………………………… 53
测试题和思考题………………………… 54
第3章 核心网络 ……………………………………………………………………………… 56
3.1 无线网络通信的总体架构 ……… 56
3.2 核心网络概述 …………………… 59
3.3 5GC 服务化架构及关键技术 …… 61
3.4 5GC 服务化接口和服务参考点…………………………………… 64
3.5 5GC 功能组件 …………………… 71
本章总结………………………………… 94
测试题和思考题………………………… 94
第4章 无线接入网(RAN) ………………………………………………………………… 97
4.1 概 述 …………………………… 98
4.2 RAN 的架构和类型……………… 99
4.3 RAN 架构的设计方法 ………… 103
4.4 无线传输技术…………………… 113
4.5 RAN 调度器与网络复用机制 … 120
4.6 边缘计算(EdgeComputing) … 125
4.7 工业物联网(IIoT)中的 RAN 应用与智能化…………………………… 127
本章总结 ……………………………… 130
测试题和思考题 ……………………… 130
第5章 无线传感器网络(WSN)…………………………………………………………… 132
5.1 概 述…………………………… 133
5.2 WSN 网络架构及组网技术 …… 137
5.3 WSN 数据处理技术 …………… 146
5.4 WSN 传输路径优化技术 ……… 151
5.5 WSN 低功耗设计和能效管理…………………………………… 155
5.6 WSN 通信协议 ………………… 156
本章总结 ……………………………… 162
测试题和思考题 ……………………… 162
第6章 卫星物联网(SIoT)………………………………………………………………… 165
6.1 引 言…………………………… 166
6.2 SIoT 的需求分析及其驱动因素…………………………………… 166
6.3 SIoT 系统评价指标 …………… 169
6.4 SIoT 的组成及其网络架构 …… 172
6.5 卫星 mMTC 网络特性与挑战…………………………………… 181
6.6 MTC 与卫星网络的集成技术…………………………………… 190
6.7 MTC 和卫星通信的媒体访问控制协议……………………………… 193
6.8 NTN-CIoT 演进 ……………… 198
本章总结 ……………………………… 202
测试题和思考题 ……………………… 202
第7章 工业无线网络通信的安全机制 …………………………………………………… 204
7.1 引 言…………………………… 205
7.2 工业无线网络通信的安全威胁识别……………………………… 206
7.3 加密机制………………………… 208
7.4 密钥分配机制…………………… 215
7.5 认证机制………………………… 221
7.6 工业无线网络通信的安全协议与标准……………………………… 226
7.7 工业无线网络通信的安全管理策略…………………………………… 234
7.8 AI在工业无线网络通信安全中的应用……………………………… 235
7.9 工业无线网络通信未来的安全挑战与展望……………………………… 237
本章总结 ……………………………… 237
测试题和思考题 ……………………… 238
第8章 人工智能物联网(AIoT)…………………………………………………………… 240
8.1 概 述…………………………… 241
8.2 AIoT 的应用与服务 …………… 244
8.3 AIoT 的系统架构 ……………… 245
8.4 AIoT 的标准和协议 …………… 253
8.5 AI大模型与机器学习在 AIoT 中的应用……………………………… 265
8.6 区块链技术在 AIoT 中的应用…………………………………… 271
8.7 AIoT 中的大数据技术 ………… 273
8.8 AIoT 的挑战与未来发展 ……… 274
本章总结 ……………………………… 275
测试题和思考题 ……………………… 276
参考文献 ……………………………………………………………………………………… 278
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