張瑜

摘要：NB-IoT即窄帶物聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，因該技術(shù)支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，故該技術(shù)也被稱作低功耗廣域網(wǎng)，即LPWA。本文介紹了NB-IoT的產(chǎn)生背景及特性，包括增強覆蓋能力、低復(fù)雜度、低功耗等；最后基于NB-IoT的特性，探討了NB-IoT的應(yīng)用思路。

關(guān)鍵詞：窄帶；物聯(lián)網(wǎng)；低功耗；應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。從字面看，物聯(lián)網(wǎng)即物與物之間相連的互聯(lián)網(wǎng)。這其中有兩層意思：一是物聯(lián)網(wǎng)離不開互聯(lián)網(wǎng)，它是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，其仍然以互聯(lián)網(wǎng)作為核心和基礎(chǔ)；二是物聯(lián)網(wǎng)時代，交流的對象從互聯(lián)網(wǎng)中的用戶端延伸到了具體的物品上，通過智能感知、識別及普適計算等通信感知技術(shù)，實現(xiàn)了物品與物品之間的信息交換。而基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)則是在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中的一個重要產(chǎn)物，也將成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的一個重要分支。

1 產(chǎn)生背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)慢慢融入了我們生產(chǎn)和生活的方方面面。如：在以監(jiān)控攝像頭為代表的速率要求較高的業(yè)務(wù)中，我們主要使用3G、4G技術(shù)及即將到來的5G技術(shù)；在以POS機為代表的中等速率業(yè)務(wù)中，我們主要使用GPRS技術(shù)；但是對于速率要求較低的業(yè)務(wù)，如：電水氣表、物流及泊車等，由于在一定時期內(nèi)沒有很好的技術(shù)來滿足，只能通過GPRS技術(shù)來實現(xiàn)勉強支撐。因此，為了滿足低功耗廣域網(wǎng)市場的需要，解決GPRS技術(shù)業(yè)務(wù)功耗高、覆蓋范圍不足的問題，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運而生。

網(wǎng)絡(luò)傳輸速率分類圖[1]

2 發(fā)展歷程

對于窄帶物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，最早推進的企業(yè)是華為。早在2014年5月，華為就提出了基于機器到機器的窄帶技術(shù)NB M2M；2015年5月，華為在融合了基于窄帶的正交頻分多址NB OFDMA的基礎(chǔ)上形成了基于認(rèn)知的窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-CIOT；7月，NB-LTE技術(shù)跟NB-CIOT技術(shù)進一步融合，形成NB-IOT技術(shù)[2]；2016年6月16日，在韓國釜山召開的3GPP RAN全會第72次會議順利結(jié)束，NB-IoT作為3GPP R13中的一項重要課題，其對應(yīng)的3GPP協(xié)議相關(guān)內(nèi)容獲得了RAN全會批準(zhǔn)，而這也正式宣告了這項受無線產(chǎn)業(yè)廣泛支持的NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議在歷經(jīng)了2年多的研究后終于全部完成，至此全球運營商有了基于標(biāo)準(zhǔn)化的物聯(lián)網(wǎng)專有協(xié)議，而這一標(biāo)準(zhǔn)化工作的成功完成也標(biāo)志著NB-IoT即將進入規(guī)模商用階段 [3]。

3 NB-IoT特點

3.1 覆蓋廣

在同樣的頻段下，NB-IoT技術(shù)能實現(xiàn)比現(xiàn)有的GSM技術(shù)好20dB以上的覆蓋增益，覆蓋面積擴大達100倍之多，即使是在地下車庫、地下管道這樣的地方也能輕松實現(xiàn)全覆蓋。且NB-IoT的上行工具譜密度增益達17dB（NB-IoT的200mw/3.75kHz相比2G/3G/LTE的200mw/180kHz）；2-16倍的重傳機制增益達3-12dB（付出時延代價，10s，但業(yè)務(wù)允許）；編譯碼增益達3-4dB[4]。

3.2 大連接

具備支撐海量連接的能力，NB-IoT的一個扇區(qū)預(yù)計能夠支持約10萬個物聯(lián)網(wǎng)終端的連接，而現(xiàn)有的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)所支持的連接數(shù)則分別是14個、128個和1200個，拿現(xiàn)在比較流行的4G網(wǎng)絡(luò)來看，相較4G的1200個物聯(lián)網(wǎng)終端連接，NB-IoT比其高80倍還多。按照目前全球約500萬個物理站點計算，在假設(shè)全球范圍內(nèi)完成NB-IoT部署的情況下，那么每個站點三個扇區(qū)預(yù)計可接入的物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)將達約1.5萬億個。

3.3 低功耗

按照每天發(fā)送一次200Byte的報文計算，利用NB-IoT技術(shù)，終端模塊的待機時間可長達10年。且由于單次的速傳時間縮短了，終端99%的時間都工作在節(jié)能模式上（這個節(jié)能模式和手機的節(jié)能模式不一樣，終端仍然注冊在網(wǎng)，但信令不可達。即終端處于深度睡眠，其大部分時間的功耗只有15微瓦。）而正是由于其睡眠時間比較長的特點，能有效減少終端監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)的頻度，并進而簡化對移動性的管理[4]。

3.4 低成本

相較其他技術(shù)模塊來說，NB-IoT的模塊成本更低，預(yù)計單個接連模塊不超過5美元，且NB-IoT是基于授權(quán)頻段的低功耗技術(shù)，這就保證了其可以直接部署在運營商現(xiàn)有的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)中，這樣既可以合理利用現(xiàn)有的資源，避免重復(fù)建設(shè)；又可以實現(xiàn)與現(xiàn)有資源進行相互融合、互相補充，推進低速率業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用，且隨著應(yīng)用的不斷深入，預(yù)計未來NB-IoT的成本將減到1美元左右。

4 NB-IoT應(yīng)用

4.1 智能抄表

目前，我國部分地區(qū)實現(xiàn)了自動抄表，以提升抄表工作的效率，提高管理水平。但是在智能抄表方面，基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)想實現(xiàn)智能抄表可謂困難重重。因為位于房屋地下或者弱覆蓋范圍之中的表僅靠目前的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)有效接入，而利用NB-IoT技術(shù)的低功耗和深度覆蓋功能則可以完全解決這些問題，因此未來NB-IoT技術(shù)將在智能抄表方面有著十分廣闊的前景。

4.2 智能檢測

環(huán)境問題是國家近幾年來最為重視的內(nèi)容之一，由于環(huán)境污染來自于生產(chǎn)和生活的方方面面，因此如果僅憑人工進行檢測和排查，不但費時費力，更要消耗大量的財力和物力。而通過基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能傳感器則不但可以準(zhǔn)確提供土壤監(jiān)測、危險氣體檢測、水質(zhì)監(jiān)測和危險品管理等多種檢測、監(jiān)測功能，更能成功幫助我們解決現(xiàn)有的部署難題，提升管理水平。

參考文獻：

[1] 一文看懂NB-IoT所有貓膩：華為如此青睞的原因？EEFOCUS.2016-07-17[引用日期2017-1-24]

[2] 繼標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，華為在NB-IoT又有大動作！電子發(fā)燒網(wǎng).2016-07-29[引用日期2017-1-24]

[3] 重磅！NB-IoT核心標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié).物聯(lián)網(wǎng)智庫. 2016-06-16[引用日期2017-1-24]

[4] 物聯(lián)網(wǎng)給NB-IoT等新技術(shù)帶來哪些機遇和挑戰(zhàn)？電子發(fā)燒友網(wǎng). 2016-07-16[引用日期2017-1-24]