1、江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告电气工程与自动化学院自动化专业 11级（2015 届 113班学号 09学生潘维娜题 目：基于 4g网络的生态环境实时监控系统设计专题题目（若无专题则不填）：本课题来源及研究现状：课题来源随着科学技术的不断进步尤其是无线传感网络技术研究的不断深入，生态环境实时监控系统对物种植领域应用需求越来越迫切。人们的生活水平提高，越来越多的大众人口期待着绿色，环保，无污染产品走进他们的生活。如果能满足他们在享受高质量产品的同时还能自己监控农作物的成长全过程。那将是个前途无量的发展产业。由于目前 3G带宽有限，wiFi 传输距离有限、可移动性
2、较差，无线视频监控并没有得到大规模商业应用。鉴于 4G技术的特点是高传输速度、高带宽、高稳定性，对广域无缝覆盖以及强漫游的移动性提供了良好基础。随着智能生态环境监控系统建设需求日益加强，为满足处于客户端的使用客户远程监视和无人值守，实现整个系统的的可视化监控和调度，4G 技术将会是建设生态环境系统的一个重要手段，而全方位生态环境下的 4G技术也将更好更快，基于 4G网络的生态环境监控系统为我们提供了一种解决方案本文的生态环境实时监测系统是将 4g技术、传感器技术、无线通信技术、计算机技术、自动化技术等高新技术应用于生态环境实时监控系统中。根据田间环境因素的变化，准确地调整各种生产管理措施，最大
3、限度地优化投入，获取最高产量和经济效益的同时，保护农业生态环境，实现农业的可持续发展研究现状通信技术的日新月异，的确为我们带来了不少享受。随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起，用户也因此有理由期待这种第四代移动通信技术将会给我们带来更加美好的未来。（一）国内外 4G现状目前国际上的通信标准有-和-两种。-标准已于去年年初在欧美国家正式商用。截至年月，全球有家运营商已确定了部署商用网络计划，其中，张网络已正式商用，还有家公司的商用网络正在部署。(a)美国 美国目前在 4G的布局，主要以 Sprint、AT&T 及 Verizon为
4、主。 Sprint在 2006年时宣布以 WiMAX作为其 4G技术标准，预计在 2010年之前将投资大约 50亿美元构建基于新兴高速无线 WiMax技术的 4G服务网络；AT&T及 Verizon Wireless则将采 LTE技术，其中 AT&T已推出了 4G Access网络，它能配合目前的 EDGE技术进行上传，并利用宽带 OFDM技术进行下载。目前AT&T的 4G Access网络升级分为两个阶段，第一阶段是移动电话基地台的软件构建，第二阶段则估计在 2010年进行智能型天线的硬件构建；Verizon 则是与Vodafone进行合作，在 2009开始测试。 (b)欧洲北欧是部署 LT
5、E最快的地区，2009 年 1月，北欧最大的电信运营商TeliaSonera选中华为设备，在挪威首都奥斯陆部署全球第一个 LTE商用网络；同时，TeliaSonera 又与爱立信签署 LTE商用网络合同，网络覆盖地区为瑞典首都斯德哥尔摩，商用时间为 2010年。根据协议，爱立信向 TeliaSonera提供的 LTE系统包括全新 RBS6000系列的 LTE无线基站、演进分组核心网、包含了Redback公司 SmartEdge1200路由器和最新 EDA多址接入聚集交换机的移动回程链路解决方案。(c)日本 日本 NTT DoCoMo很早就开始进行 4G的测试，目前其 4G测试已成功以5Gbps
6、的速度进行数据传输，较前一次的 2.5Gbps增长一倍，并超越韩国三星电子在 2006年 8月写下的 3.5Gbps记录。2009 年 5月日本总务省发放了 4个LTE牌照。日本几大移动运营商 NTT Docomo、软银移动、KDDI 和 e-Mobile公司都获得了 LTE牌照。日本在 4G时代将采用业界统一的 LTE标准，这将有助于LTE的迅逐普及，更是着眼于在全球领先部署 4G。(b) 韩国由于韩国目前的 3.5G 网络发展的很好，因此 LTE和其它形式的 4G 技术在韩国国内的应用可能会延迟。韩国的主要运营商 SK 和第二大运营商 KTF到目前为止还没有承诺加入 GSM的 LTE阵营。
7、事实上，SK 到 2012年前都不太可能提供 4G 服务。但这并不影响韩国企业在 4G 设备上的研发。三星和 LG 等公司正率先研制支持 4G 的芯片、设备和基站。LG 计划开发基于 4G 技术 LTE 的产品的完整生态系统。在所有的移动生产商中，韩国企业在这个领域的投资最大。这些努力的目标是打入国际市场。LG 在 2008年 12月公布的 LTE芯片很可能首先在欧洲或美国推出。同时韩国计划从 2010开始投入“超 4G”的研发。相对于国际平均水平，韩国的研发领域更为超前。(e) 中国大陆 中国国内虽然刚开始推出 3G服务，但却早在 4G上有所动作。国内早在2001年便展开“未来通用无线环境研
8、究计划（Future Technology for Universal Radio Environment；Fu TURE）”，共有内地 10多所大学、研究所和企业参与。其中明定 20012003 年为 Fu TURE第一阶段，着重开发关键技术；20032006 年为第二阶段，主要从事系统及应用展示；20062010 年则为第三阶段，即实地测试和商用化准备。目前中国国内的 4G评估与研究与国际同步。2009 年中国提出的 TD-LTE-Advanced(LTE-Advanced TDD制式)也进入 ITU的 4G候选标准之列。并已获得欧洲标准化组织 3GPP和亚太地区通信企业的广泛认可和支持。
9、2009 年 11月市场调研公司 ABI Research公布的一份根据 18个月之前的数据统计出来的份额显示，高通在 LTE中的专利为 24%，中国企业华为为 10%，LG 为 9%，诺基亚9%，三星 7%，还有 18%是属于交叉专利。因此中国在 4G领域有一定的产业化基础。工业和信息化部部长苗圩做客中央台，畅谈工业结构调整与改进，展望宽带提速和 4G发展。目前我国 4G网络的发展是基于自主研发的 TD技术，苗圩介绍，目前我国 4G网络发展需要解决两大问题。苗圩表示，从国际上来说，所谓的 4G现在主要是两个大的标准，一个是我国现在自己研发、自己推行的 TDD标准；第二个标准就是以欧洲在 CD
10、MA基础上发展起来的 FDD标准，这两者将成为 4G的两大主流标准。苗圩表示，对于 4G特别是具有自主知识产权的 TDLTE发展，还得通过一系列大规模的实验和试商用的过程才能发放牌照，比如需要两到三年的时间。这其中要解决两大问题，第一是基站的密布问题，虽然现在已有 22万个基站，但数量还远远不够，所以初步计划通过三年时间至少把 TDCDMA的基站增加到 40万个左右，基站数量增加以后将来转向 4G基站就相对比较容易。第二是关于终端的问题，手持终端特别是手机的终端，现在仍然是一个制约。要进一步动员手机厂商、软件厂商甚至包括生产集成电路芯片的厂商，让他们积极地参与进来，来加快试商用的发展。在去年
11、6个城市做技术实验取得积极成效的基础上，进一步扩大试点的区域和范围，为下一步的发展打下坚实的基础。2007 年初上海市长宁区展开 4G移动通信技术实地测试，总测试费用约人民币 1.5亿元（约 1,930万美元）；这在当时是全世界最大的 4G实验系统：共包括 6个节点，3 个信道，6 个终端，并引入了如 IPv6核心网络、IPTV 高清晰度业务与移动通信切换等技术。实验系统频点 3.5GHz、带宽 20MHz，采用协同分布式无线电蜂窝构架、混合FDD/TDD双工方式、GMC/OFDM 多址技术。在移动测试项目中，无线下载速度最高可达 90Mbps，该项技术预计 2010年商用化。此次实测系在上海
12、延安西路上进行，试验车辆以时速 50公里在真实路况中行驶，所测得信息下载速度为2090Mbps，上传速度则高达 80Mbps。上海崇明岛也在利用 4G技术建设无线宽带网络，目标是覆盖全岛，并为商用化作准备。中科院微系统所等单位开发无线宽带 MiWAVE是我国我 4G提案的一个补充方案，在汶川地震抗震救灾中发挥了良好的作用。其在救灾中的优势主要表现在可以即架即用和高速率传输，其系统峰值数据传输率可达上百兆。此外，中国移动计划在 2010年的世博会上推出全球第一个 TD-LTE试验网。 TD-LTE是中国主导的新一代宽带移动通信技术，具有自主知识产权 3G国际标准 TD-SCDMA的后续演进技术。
13、 作为我国主导开发的新一代宽带移动通信技术，-已于年月被国际电信联盟定为技术标准。目前，除了上海，杭州，南京北京广州、深圳、厦门等城市以开放网络试点体验。杭州作为首批试点的城市，创新采用了平滑升级演进技术，网络建设进展迅速，目前第一阶段的工程已经顺利完成。并率先在公交线路上开放 4G体验网络，这是移动 4G网络在国内首次尝试向社会开放。在浙江杭州乘坐 B1快速公交车的乘客，只要带上具备 WiFi功能的智能手机、平板电脑，就能免费体验 4G网络的畅快速度。移动 TD-LTE网（最高网速达 80M） 目前已经完成了武林商圈、黄龙商圈等杭州主城区以及滨江、下沙等点的覆盖。2011 年，完成杭州大城区
14、 TD-LTE的完全覆盖，包括主城区和萧山区、余杭区，无论商业街、公交车站还是地铁等等，都能收到信号。 随着 B1公交线路的试体验活动的启动，中国移动正在紧锣密鼓制定浙江 TD-LTE试商用计划，网络建设也正进行中，预计到 2012年底可以完成近 2000个基站覆盖。 TD-LTE的信号深度覆盖能力远高于现有的 3G网络，网速可达 3G的十倍以上，在时延问题上也比 3G网络有了显著的改善。在固定状态下，目前 TD-LTE的下载速度可以高达 100Mbps，一般可以稳定在 70-80Mbps。 LTE网络超越了普通传统固网宽带的速度，解决了线缆的烦恼，实现了随时随地随身的上网。 值得一提的是，中
15、国移动浙江分公司与华为公司共同研发的向网络的平滑演进技术，使建网成本下降了，也使单个基站的建设时间从个月左右缩减到了天。（二）国内 4G网络的前沿应用领域4G网络技术带来未来的安防市场带来新的变革TD-LTE是国家“十二五”支柱性产业“新一代信息技术”的关键组成部分。TD-LTE的发展，将促进移动宽带的发展，并与物联网、云计算等前沿技术相结合，形成新一代信息网络，带动互联网、软件、相关电子信息的迅猛发展。相信未来的几年时间内，4G 技术将逐渐发展成熟，到时将会“蔓延”到安防行业，安防行业又将迎来一场新的技术变革。网络监控的分支移动监控领域，网络传输的压力更加突出。而 4G网络的到来将其移动无线
16、传输的优势应用于移动监控领域，同时正好为视频监控会议的发展带来了更好的网络环境。如果 4G网络能够在国内全面普及，其“给力”的无线信息传输速度将极有可能带的移动监控产业的大跨步发展。4G 网络技术将为安防行业注入新的活力，给安防行业带来新的变革，新的市场。4G时代的即将到来，网络都将升级，以前基于二，三代网络传输的设备将渐渐失去市场。将来在 4G浪潮的冲击下，安防行业的老旧产品的升级转型是必然的，优胜劣汰这是社会的选择。安防产品将随着通信技术的不断发展，而不断的升级改造，来满足的市场需求。谁拥有领先的通信技术，谁就能掌控未来。4G 技术正快速向安防企业走来，相信在不久的将来，4G 技术必将成为
17、通信技术的主流，而 4G技术也将会在安防产品逐渐应用起来，希望安防企业能够审时度势，抓住新的技术，发掘新的市场，寻找 4G安防蓝海。4G网络普及推进物联网快速发展科技让生活更便捷、轻松，进入 4G时代更是如此。有了更快的网速作基础，移动互联网、物联网、视频会议等一系列应用将会得到更快的发展。随着 4G网络的建设，用手机在任何地方、任何时间参加视频会议成为可能。进入 TD-LTE时代后，用户可在飞驰的汽车上开高清视频会议；可迅速传输大文件(如 X光片)，为医生远程会诊支持，农村社区也将更加容易地建设远程医疗中心，医生可通过视频会议为病患“看”病丰富的 4G应用服务让人们的生活更精彩。事实上，自从
18、物联网技术运用到智能家居以来，智能家居系统确实比以前有了“质的变化”，变得“聪明”很多。因为智能家居概念流行 10多年，曾经在上海高档小区出现过，但总的来说，智能化程度不高，操作不稳定，远达不到用户心理预期，市场认可度较低，一直没有走红。如今，主人拿着手机或者 ipad就能在远程遥控操作，这在以前是压根不敢想的事情。有关人士分析认为，物联网大潮涌来，多项先进技术被利用进来，包括 GPRS、zigbee 等应用于无线传感器网络，直接促进智能家居系统通信技术，从有线升级到无线，既省钱，还省掉了布线的麻烦，尤其为无线遥控操作提供了保障。这点对于那些老房子想安装智能家居的用户，是个好消息，因为很多老房
19、子建设时没有预留管道布线，能让这部分市民过上智能生活，体验科技带来的神奇魅力。4G网络城市应用深圳：深圳是全国 7个 TD-LTE试点城市之一，TD-LTE 商用网将首先覆盖大运中心、开闭幕式场馆、媒体中心等大运会主要场馆及周边的滨海大道等主要道路。4G 网络的最大特点就是高速数据传输服务，是现有 3G网络的十倍。有了 TD-LTE，市民上网会比现在的有线宽带还快，可以通过手机等各种终端获得无线高清视频体验，无论是点播电视，还是在线视频会议，都会十分流畅清晰。2011年的深圳大运会市民不仅可以用手机等多种终端观看大运赛事，相对于2008年的手机看奥运来说，这次在多种终端观看赛事的网速更快，播放
20、更流畅。4G技术的应用使深圳大运会成为信息化程度最高的一届大运会。南京：到 2015年，南京移动将斥资 80亿元，逐步建成满足城市需求的完整4G网络。从安防行业大环境来看，网络监控已是行业发展的大趋势。但是网络监控的实际市场占有率还是相当低，行业内人士认为，这是国内网络环境还不够成熟所导致的。同时，目前国内监控高清趋势愈发明显，许多知名监控厂商都已经开始推出更高清的 700线摄像机，有些厂商甚至已经开始在行业率先推出千万像素摄像机。这些高清监控前端的广泛应用对后端来说，传输的压力将变的更重。4G 网络的到来将给厂商们带来福音。新时代即将到来在实现人与互联网的互联之后，人类将迎来人与物、物与物之
21、间互联的物联网时代。据大会主办方全球移动通信系统协会预测，15 年后将有 500亿件物品被移动互联。届时，手机的用途将大大增加，“随时、随地、无所不在”将成为移动通信的基本特征。关于移动宽带的大会主论坛达成一致意见认为，手机的应用将取代手机的技术成为移动通信领域的主角，开发手机新用途将是未来竞争的焦点。宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化、环保化是世界移动通信发展的新趋势。随着物联网时代的到来，医疗设备将被大量嵌入 SIM卡，手机将能广泛地用于医疗保健领域。在这次大会上，全球移动通信系统协会宣布将进军医疗保健领域，在该领域应用嵌入式移动通信技术，进行远程疾病诊断、健康监测和报警。据该协会预
22、测，这一功能普及后，仅在经合组织和金砖四国范围内的慢性病防治领域就会每年节省 1750亿至 2000亿美元。“手机电子货币”将会越来越普及，它不仅可以使支付系统实现无纸化，而且还可以代替银行卡，迎来“无卡化”时代，不仅方便了用户，而且减少了交易系统的成本。2012 年底，全世界将有 3.6亿人使用手机支付功能，到 2014年约有 30亿成年人将通过移动通信和互联网进行电子货币交易，因此手机支付系统也将意味着巨大商机。此外，手机用途还将涉及教育、新闻、娱乐、广告等领域。很多专家都认为手机已经不仅仅是一个通信工具，它已经深入到日常工作和生中，并改变着人们的工作和生活方式。课题研究目标、内容、方法和
23、手段：研究目标主要设计了基于 4g网络的生态环境实时监控系统，具体的提出了整个系统的设计方案，实现了终端设备的部分数据采集，即实时温度的变化与检测。而且利用 4G网络的特点实现了客户端与终端设备的通讯。研究内容本轮问的主要研究是基于 4g 网络的生态环境实时监控系统设计1、概述与 4G 网络生态环境实时监控系统设计有关的研究现状；2、设计系统的总体方案；3、设计与详述系统的各大主功能模块：客户端模块，云平台概述，终端设备模块；4、掌握 protues 仿真设计与远程控制的实现等。研究方法和手段在以 protues为基础的仿真软件设计上，实现客户端的数据采集。并且以物联网的研究为借鉴，实现基于
24、4G网络的数据通信。设计（论文）提纲及进度安排：提纲1 绪论1.1 研究背景及意义1.2 国内外 4G网络的研究状况1.3 现有基于 4G的研究系统1.4 论文结构2 4g网络技术综述2.1 4G概念、标准及关键技术分析2.2 方案设计选择2.3 4G同 WLAN的区别2.4 生态环境实时监控系统应用 4G技术必要性3 系统的整体方案设计与实现3.1监控系统整体架构设计与分析3.2监控系统功能分析3.3系统的重、难点和创新点4 客户端设备，终端设备及云平台综述4.1 客户端模块综述4.2 云平台技术分析4.3 终端设备模块综述4.4本章小结5 设计系统的验证与分析5.1 设计实验的主要影响因素
25、分析5.2 系统现实生活运行的可行性分析5.3 系统实现-温度传感采集模块5.4 系统实现界面密码锁6 总结展望日程安排时 间 内容安排第 3到 4周 收集和查阅相关资料，完成开题报告、和文献综述第 5 周 熟悉 4G网络、客户端，云平台，终端设备等相关知识第 6 周 提出系统的设计方案第 7到 10周 完成整个系统的设计，并对其调试第 11到 12周 对系统做进一步改进并完成论文初稿第 13周 完成毕业论文正式稿，准备答辩材料主要参考文献和书目：1周景润、张丽娜、丁丽. 基于 proteus的电路及单片机设计与仿真. 北京航空航天大学出版社M.2010：3173262梁翠琼.4G 网络视频监
26、控在电力系统上的应用.科技资讯J.2014，12（20）：113冯凌凌.大数据时代基于 4G网络的车联网发展探索.网络安全技术与应用J. 2014（4）4 房砚海. 基于物联网技术下室内环境监控系统的设计. 设计艺术J5 彭筱峻. 生态环境监测的现状及发展趋势.江西省宜春市环科所D.2009,66 叶荣生. 4G 网络建设中的安全问题与防范措施. 信息通信J.2015，2：117 王涵. 杭州市基于网络配电变压器远程监测系统的设计. 华北电力大学D.20148 谢洁华. 基于 4G 移动网络的图书馆应用探讨. 河南图书馆学刊J.2014，34（10）9 潘鹤立 . 基于 ZigBee 和 3G
27、/4G 技术的分布式果园远程环境监控系统的设计 . 福建农林大学学报( 自然科学版) J.2014，43（6）：2310 蔡镔. 基于无线传感器网络的温室生态智能监控系统研究. 河南农业大学学报J.2014，48（2）：2411 张惠乐. 2.4G 频段 WLAN 与 TD-LTE 系统间干扰控制.数字技术与应用12 刘越. 4G 背景下 WLAN的发展趋势.世界电信.2013，1213 王春香，纪松波 基于 4G 网络的移动多媒体传输关键技术J 无线电通信技术，2014，40(5):40-4314 何诚刚. 基于单片机控制的二氧化碳浓度测试计. 电子设计工程J.20097，17（5）15 霍
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