STM32+NB-IoT技术实战开发

LPWA低功耗广域网开发关键技术

过去20年的互联网是‘人联网’，未来20年的互联网是‘物联网’。互联网的下半场是将整个物理世界数字化，零售、物流、制造、道路、汽车、森林、河流、厂房……甚至一个垃圾桶都会被抽象到数字世界，连到互联网上，实现“物”“物”交流，“人”“物”交互。

在2018云栖-深圳峰会上，阿里巴巴资深副总裁，阿里云总裁胡晓明宣布阿里巴巴将正式进军IoT。胡晓明表示，IoT是阿里巴巴集团继电商、金融、物流、云计算之后的一条新的主赛道。

距离阿里巴巴宣布全面进军物联网领域不足10天的时间，微软宣布公司将在未来四年投资50亿美元用于物联网。微软计划在未来投入更多资源用于物联网研究和创新，凭借跨越云、操作系统和设备的物联网平台，最终达成微软的“智能优势”。

“LPWA”的兴起，得益于最近几年物联网的快速发展。大家知道，万物互联的基础是利用通信技术把人与物、物与物连接，我们比较熟悉的通信技术包括WIFI、蓝牙、ZigBee等短距离无线通信技术和2G、3G、4G／LTE等移动蜂窝通信技术。

短距离通信技术一般用于智能家居、工业数据采集等局域网通信场景，其优势是部署成本低、功耗低、传输速率高，但劣势也很明显－－－传输距离短（一般几十米以内）。而随着联网设备增多、设备的类型及应用场景更加丰富，越来越多的设备需要广范围、远距离的连接，如远程控制、物流追踪等。你会问，不是还有移动蜂窝通信技术吗？

的确，目前全球电信运营商已经构建了覆盖全球的移动蜂窝网络，我们骄傲的华为公司已经让喜马拉雅山上都有了手机信号。而且现在的移动蜂窝网络除了主要满足我们人与人间打电话、发短信、刷朋友圈（接入互联网）以外，也越来越多的开始承载如远程抄表、车联网等物联网应用。然而2G、3G、4G等蜂窝网络虽然覆盖距离广，但基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势。当初设计移动蜂窝通信技术主要是用于人与人的通信。根据权威的分析报告，当前全球真正承载在移动蜂窝网络上的物与物的连接仅占连接总数的6％。如此低的比重，主要原因在于当前移动蜂窝网络的承载能力不足以支撑物与物的连接。

因此，为满足越来越多远距离物联网设备的连接需求，LPWA应运而生。LPWAN（Low Power Wide Area Network），低功耗广域网络，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。正如短距离无线网络包含WIFI、蓝牙、ZigBee等多种技术，LPWA也包含多种技术，如LoRa、Sigfox、Weightles和NB－IoT等。由于是“广域”网络，因此必然会涉及网络运营。所以LPWA网络一般是由电信运营商或专门的物联网运营商部署，由于LPWA网络连接的基本都是“物”，因此通常也叫“物联网专用网络”。

LPWA有“远距离通信”、“低速率数据传输”和“功耗低”三大特点，因此非常适合那些远距离传输、通信数据量很少、需电池供电长久运行的物联网应用。大部分物联网应用通常只需要传输很少量的数据，如工业生产车间中控制开关的传感器，只有当开关异常时才会产生数据，而这些设备一般耗电量很小，通过电池供电就可工作很久。

LPWA最适合两类物联网应用：一类是位置固定的、密度相对集中的场景，如楼宇里面的智能水表、仓储管理或其他设备数据采集系统，虽然现在蜂窝网络已应用于这些领域，但信号穿透问题一直是其短板;另一类是长距离的，需要电池供电的应用，如智能停车、资产追踪和地质水文监测等，蜂窝网络可以应用，但无法解决高功耗问题。

一、广覆盖。相比现有的GSM、宽带LTE等网络覆盖增强了20dB，信号的传输覆盖范围更大（GSM基站目前理想状况下能覆盖35km），能覆盖到深层地下GSM网络无法覆盖到的地方。其原理主要依靠：1、缩小带宽，提升功率谱密度；2、重复发送，获得时间分集增益。

　　二、大连接。相比现有无线技术，同一基站下增多了50-100倍的接入数，每小区可以达到50K连接，真是实现万物互联所必须的海量连接。其原理在于：1、基于时延不敏感的特点，采用话务模型，保存更多接入设备的上下文，在休眠态和激活态之间切换；2、窄带物联网的上行调度颗粒小，资源利用率更高；3、减少空口信令交互，提升频谱密度。

　　三、低功耗。终端在99%的时间内均处在休眠态，并集成多种节电技术，待机时间可达10年。1、PSM低功耗模式，即在idle空闲态下增加PSM态 ，相当于关机，由定时器控制呼醒，耗能更低；2、eDRX扩展的非连续接收省电模式，采用更长的寻呼周期，eDRX是DRX耗电量的1/16。

　　四、低成本。硬件可剪裁，软件按需简化，确保了NB-IoT的成本低廉，NB-IoT通信单模块成本不足5美元。

　　NB-IoT因其适用的场景，还具有低速率和低移动性的特点。1、低速率。多点上行速率仅为56kbps，理想下行速率为21.25kbps；2、低移动性。仅支持终端设备在30km/h的移动速率下实现小区切换，远低于4G支持250km/h的速率（高铁专网可达450km/h）。

1.  想了解物联网行业解决方案的学习者

2.  想接触和学习低功率广域网（LPWA）学习者

3.  想学习无线射频通信技术（NB-IoT）相关从业人员

4.  尚不会使用NB-IoT技术开发与应用的从业者

5.  想转行从事物联网行业的学习者

6.  想使用NB-IoT实现智慧城市、智慧农业、智慧工业等行业应用的工程师   

通过本课程的学习，学员将会收获：

  1.  熟悉基于NB-IoT物联网行业解决方案并具备行业应用能力

  2.  掌握NB-IoT硬件平台设计及开发环境搭建

  3.  掌握NB-IoT硬件驱动开发及无线自组网设计

  4.  掌握传感器设计与开发（人体红外、火焰、可燃气体、超声波等）

  5.  快速积累多个物联网行业项目开发经验

第一天 NB-IoT物联网行业解决方案                                                                          

第二天 NB-IoT开发环境搭建及模组驱动开发

                                                                       第三天 NB-IoT网络编程                                                                             

第四天 NB-IoT云平台对接及使用

第五天 智慧消防项目开发

Q： 本课程必须提前掌握什么技能？

A： 需要掌握STM32开发，本课程不会系统性讲授STM32基本的开发原理。如果你熟悉C语言、单片机开发，学习STM32是很容易的。

Q： 会有实际项目开发和动手操作吗？

A： 有，每天课程安排，老师均会准备项目开发课程，学员可以学习老师的实践经验。