摘要：物联网(Internet of Things,Io T)领域当前正面临着无法回避且持续存在的网络安全威胁以及设备资源受限的双重挑战.针对前述问题,本文在ASIC(application specific integrated circuit)平台上,利用时序复用与门控时钟技术,设计了一种高效的低面积ZUC算法硬件实现电路.此电路通过确保每个功能模块仅被实例化一次,实现了电路面积的极小化.在S盒的设计上,本文借鉴了塔域分解的思想,并提出了一种算法,用于在有限域F_(2^(n))到有限域F′_(2^(n))之间搜索同构映射矩阵.该算法旨在找到一种同构映射,当它与S盒运算的仿射矩阵及其他相关矩阵相乘后,能够以最少的异或逻辑门数实现映射.基于上述两点,本文所实现的S1-box在面积上与当前AES算法的Sbox相当.在线性变换部分,本文采用了最大距离可分(maximum distance separable,MDS)矩阵拆解的思想,使得整个线性层的实现仅需164个异或门.在加法链的设计上,本文采用了进位存储加法器、32比特加法器、单加数的31比特加法器与中间寄存器的组合.这一设计使得线性反馈移位寄存器层与有限状态自动机层能够共享同一条加法链,从而进一步优化了电路结构.在TSMC 90 nm工艺下综合验证,本文所提出的硬件实现方案在时钟频率为250 MHz时,吞吐率可达2 Gbps,同时面积开销仅为6.67 k GE.与当前主流方案相比,本设计在保持吞吐率不变的前提下,面积开销降低了44%.

摘要：随着信息技术的快速发展,物联网技术在各行业中的应用日益广泛,在海洋水产养殖领域也展现出巨大的应用潜力。文中从窄带物联网通信的概念出发,阐述了基于窄带物联网通信的海洋水产养殖智能监测系统的设计原则,并对系统架构、主控单元、数据安全与隐私保护等模块进行了设计,为提高海洋水产养殖的效率提供了一定的参考。

摘要：本文研究了窄带物联网(NB-IoT)中的小区搜索算法。首先,本文详细剖析了NB-IoT的下行链路结构和小区搜索算法基础,包括物理层结构、信号传输特性以及主同步信号、辅同步信号的设计。针对现有同步算法在低信噪比和多径衰落环境下性能不佳的问题,提出了一种改进的同步算法,优化主同步的粗调过程和辅同步的参考信号设计,提高了同步的准确性和效率。其次,为了降低NSSS检测算法的复杂度,本文提出了一种分组算法,将所有NSSS参考序列分成多组,并选取代表序列进行互相关运算,该方法显著减少了运算量,提高了算法的运行效率。在此基础上,本文完成了NB-IoT小区搜索方案的整体设计,并在数字信号处理器(DSP)上实现了该算法,验证了该算法的可行性和实用性。研究结果表明,优化后的小区搜索算法在同步准确率和效率方面均优于传统算法,DSP实现结果与MATLAB仿真结果性能差距仅有0.2dB。最后,本文总结了研究成果,并展望了未来的研究方向,将继续深入研究NB-IoT中小区搜索算法的优化问题,为NB-IoT技术的广泛应用提供更坚实的技术支撑。

摘要：针对窄带物联网(NB-IoT)的3种典型业务场景(周期自动报告、异常自动报告和软件升级/重配置业务),为NB-IoT扩展型非连续接收(eDRX)机制建立了以终端工作状态为状态变量的马尔可夫模型,并给出相应的功耗与时延模型。其中,连接态被分为随机接入态和数据收发态,以细化因海量用户并发入网产生碰撞而带来的额外能耗。鉴于周期自动报告(MAR-P)业务的发生频次最高,重点分析了MAR-P业务激励时NB-IoT eDRX机制的电池使用寿命及其优化设计方案。数值表明,传输周期、最大随机接入次数、最大数据重传次数和系统负载直接决定电池使用寿命,上述参数合理配置可有效延长电池使用寿命。这为NB-IoT终端行为级建模与优化设计提供了参考。

摘要：针对传统矿井提升机自动化系统存在实时性差、智能化程度低的问题,提出一种融合窄带物联网(NB-IoT)技术的综合自动化控制系统设计方案。该系统采用多层架构,集成了无线测振、温度、应变等传感器,可全面感知提升机的运行状态。通过NB-IoT网络进行可靠的数据传输,并在云端平台中应用SVM等智能算法,实现对系统的精准控制和故障诊断。结果表明,该系统在数据传输、实时控制、故障诊断等方面性能优异,能有效提升矿井提升机的智能化水平和运行安全性。

摘要：为了实时、准确监测土壤含水率,设计了一套基于窄带物联网的土壤墒情监测系统。系统探头采用圆环柱体结构,通过探头中分频器的输出频率测出土壤含水率,并对电容式土壤水分传感器进行了标定。利用恒温箱进行了环境温度对土壤含水率测量精度的影响分析,表明分频频率与温度呈现良好的线性关系,温度变化1℃,探头中分频频率变化0.1386kHz,从而得到温度补偿方程。在50.4~65.5℃和-18.0~23.6℃的环境中进行土壤含水率测量实验,结果显示,系统在较高温、较低温的环境下仍可以稳定、可靠运行。

摘要：在窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)通信系统中,设备间的数据通信以无连接的UDP(User Datagram Protocol)报文方式传输。在不可靠的UDP传输机制下,密钥的可靠更新成了安全门锁机制研究中的难点。文中设计了一个无连接通信链路上的密钥可靠更新方案,该方案利用智能门锁密钥更新的特点,通过精心设计的密钥传输交互机制,使门锁设备通过UDP协议获取密钥并且可靠地完成密钥更新。理论分析和原型实验的结果表明,该方案能够可靠地更新密钥,并具有较小的通信开销和计算开销。

摘要：为解决窄带物联网在应用环境下的数据安全问题,提出一种基于AES与混沌序列的轻量级加密算法以及加密模型。通过减少AES加密轮数以及合并轮函数提高运行效率,通过构建混沌密钥生成系统为每个明文块提供不同的种子密钥以提高安全性,结合窄带物联网应用架构,给出其在应用环境下的加密模型。将算法与加密模型结合,从运行效率与安全性两方面对其进行验证,实验结果表明,该算法使运行效率提高35%,安全性显著提高。

摘要：针对现有的手段巡视周期长、不能识别细微的故障征兆,延误处理时间,导致设备喷油、爆炸、起火等恶性事故,文中介绍了一种基于NB-IoT窄带物联网数据传输智能检测装置设计方案,将检测系统分为感知层、网络层和应用层。在保证设备原有结构不变的情况下将传感器安装风险降到最低,采用便携式设计,即插即用。使用窄带物联网,覆盖面广、传输稳定、可快速识别、诊断设备异常工况,实现了设备故障早期预判,早期处理。文中还提出了油位、油温双判据标准,在油气压力监测装置的基础上进一步优化了在线检测手段,运用了设备智能预诊断技术,方便人员进行电流互感器油位、油温横向和纵向对比。

摘要：针对目前广域物联网在路灯控制系统应用中存在能耗大、穿透能力弱、覆盖范围小等问题,设计基于窄带物联网技术的智能控制系统。系统以KL36为主控芯片,利用传感器采集光照强度、车流信息等参数,采用窄带物联网技术的信息传输方式把数据传送到客户端,对路灯进行智能化控制和管理。测试结果表明,窄带物联网技术在智能路灯控制系统中的应用,具有穿透能力强、低功耗、运行稳定、可靠等优点,而且有很强的实用性和推广价值。