鮑建科

松下家電研究開發(fā)（杭州）有限公司 浙江杭州 310018

1 引言

窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）是IoT領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，其構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，因?yàn)橹С值凸脑O(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)。其主要特征是大容量、高覆蓋、低功耗和高安全。三大運(yùn)營商正在國內(nèi)積極推進(jìn)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，隨著NB-IoT模組成本的降低，越來越多基于NB-IoT技術(shù)應(yīng)用的落地可拭目以待。目前，NB-IoT由于國家政策扶持等原因被廣泛應(yīng)用于三表、路燈、井蓋等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。最近，青島海爾集團(tuán)也發(fā)布了全球首款基于NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)空調(diào)，這是一款引入了共享概念主題，攜手各大高校、公寓租賃項(xiàng)目的戰(zhàn)略型商品，取得了很高的社會評價。我司作為家電行業(yè)中的技術(shù)領(lǐng)頭企業(yè)，也積極響應(yīng)家電的智能化轉(zhuǎn)型，在繼續(xù)提高帶Wi-Fi家電產(chǎn)品技術(shù)提升的同時，研究開發(fā)基于NB-IoT的智能家電，旨在通過NB-IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈管理（SCM）的改革和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2 NB-IoT產(chǎn)業(yè)進(jìn)展和模組價格預(yù)測

參考智能家電產(chǎn)業(yè)NB-IoT聯(lián)合應(yīng)用中心2018年5月發(fā)布的《智能家電產(chǎn)業(yè)NB-IoT應(yīng)用及開發(fā)指導(dǎo)書》中關(guān)于NBIoT產(chǎn)業(yè)進(jìn)展的報告，做如下總結(jié)：從政策面上看中國政府大力支持NB-IoT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)和信息化部《關(guān)于全面推進(jìn)移動物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）建設(shè)發(fā)展的通知》中指出：到2017年末，覆蓋直轄市、省會城市等主要城市，基站規(guī)模40萬個；到2020年，全國普遍覆蓋及深度覆蓋，基站規(guī)模達(dá)到150萬個；加快NB-IoT在智能家居等消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。另外，2017年3GPP國際標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)發(fā)布NB-IoT全球化商用標(biāo)準(zhǔn)Release14。從硬件面上看國際大廠引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)、芯片和模組的發(fā)展，華為、愛立信和諾基亞等通信設(shè)備廠商積極投入，推出了支持NB-IoT的軟件版本，通過軟件升級即可在原有的無線通信基站的基礎(chǔ)上快速開通NB-IoT。華為、高通、MTK等均已宣布NB-IoT芯片，華為早在2017年4月份推出了商用芯片。在模組領(lǐng)域，移遠(yuǎn)、利爾達(dá)、U-blox、Telit、Gemalto和SIERRA等模組廠商均可提供成熟的NB-IoT商用模組。

通過與國內(nèi)排名前幾位的NB-IoT模組廠商的交流，了解了NB-IoT商用模組的國內(nèi)出貨量和價格走勢，如圖1所示，NB-IoT模組價格從2017年一季度最初的120RMB以上，到18年二季度已經(jīng)下降為36RMB。借鑒2G模組的國內(nèi)出貨量和價格走勢，如圖2所示，我們有理由相信，不久的將來隨著NB-IoT在垂直領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)一步深入，出貨量達(dá)到每季度千萬級時，NB-IoT模組價格將下降到15元左右，屆時，其在家電領(lǐng)域的使用將進(jìn)一步擴(kuò)大。同時，三大運(yùn)營商針對NB-IoT模組和通信費(fèi)用的補(bǔ)貼也出了一系列的利好政策，這極大鼓舞和促進(jìn)了NB-IoT模組價格的過度階段在家電領(lǐng)域中的使用。

3 與Wi-Fi技術(shù)的優(yōu)劣比較

3.1 Wi-Fi技術(shù)痛點(diǎn)

Wi-Fi技術(shù)具有傳輸速率高、普及率高、更容易接入到互聯(lián)網(wǎng)、芯片模組產(chǎn)業(yè)成熟，便于部署到家電產(chǎn)品的優(yōu)勢。目前國內(nèi)的智能家電產(chǎn)品大都采用Wi-Fi方式接入家庭網(wǎng)絡(luò)。但是，Wi-Fi應(yīng)用在智能家電時，存在以下無法忽視的痛點(diǎn)：

（1）設(shè)備綁定時的接續(xù)性問題

用戶購買了搭載Wi-Fi模塊的智能家電后，需要事先對Wi-Fi接入進(jìn)行配網(wǎng)，目前行業(yè)內(nèi)主流的方式有Smart Config方式和Soft Ap方式。Smart Config方式是智能手機(jī)通過UDP廣播方式將路由器SSID和密碼播報出去，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備配置入網(wǎng)，其過程較為便捷。Soft AP方式時，設(shè)備本身將成為一個AP，智能手機(jī)通過TCP通信與設(shè)備進(jìn)行連接，然后在手機(jī)的界面上輸入路由器的SSID和密碼，設(shè)備接收到信息的時候會自動嘗試連接路由器，連接成功則自動切換到正常使用的模式。

隨著手機(jī)、路由器和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特定的手機(jī)和路由器組合或者特殊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，Smart Conf i g方式時容易出現(xiàn)廣播包丟失甚至被屏蔽，導(dǎo)致配網(wǎng)失敗的概率極高；Smart Conf i g雖然配網(wǎng)的成功率較高，但是配網(wǎng)的過程有一定的復(fù)雜性。因此，無論采用哪種方式，都會造成用戶體驗(yàn)變差。

（2）設(shè)備在線率低的問題

帶Wi-Fi的智能家電經(jīng)過配網(wǎng)后，使用一段時間后，由于智能家電系統(tǒng)（智能終端、APP、云服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)）的可靠性、兼容性等原因經(jīng)常出現(xiàn)各種掉線，無法重聯(lián)的問題。其次，由于路由器的重啟、重置等問題也使得家電無法再次連接到網(wǎng)絡(luò)。另外，家庭路由器同時接入設(shè)備的數(shù)量也是有限的，受限于帶寬，僅開放8～16個接入口，隨著家庭中智能設(shè)備數(shù)量日益增長，這個痛點(diǎn)將更加顯現(xiàn)。

（3）Wi-Fi信號覆蓋弱的問題

圖1 NB-IoT模組國內(nèi)出貨量和價格走勢

圖2 2G模組國內(nèi)出貨量和價格走勢

圖3 基于NB-IoT的智能家電的系統(tǒng)框架示意圖

圖4 通過NB-IoT技術(shù)自制定符合實(shí)際的生產(chǎn)計(jì)劃和物流計(jì)劃

圖5 通過NB-IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效的營銷投資

圖6 通過NB-IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的家電使用信息的大數(shù)據(jù)分析

根據(jù)波速公式V=λf，在同種介質(zhì)中，波的傳播速度相同，即波長和頻率的乘積不變，λ=V/f，波長和頻率成反比，即頻率越高，波長越短，信號的穿透能力就越弱。實(shí)際使用中，Wi-Fi信號還要穿越承重墻體、玻璃和家具等的時候還會造成信號的大幅度衰減，而且頻率越高衰減越明顯。因此，廚房空間、洗浴空間等家居擺放密集的區(qū)域，對高頻共用段的Wi-Fi信號的傳輸影響巨大，智能家電將無法獲取信號。

（4）產(chǎn)品信息安全的問題

隨著智能化技術(shù)的引入，家電在接入網(wǎng)絡(luò)之后，除了“傳統(tǒng)”的電器安全（Safety）之外，又多了一個產(chǎn)品信息安全(Security)問題。Wi-Fi采用的是公用頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種非授權(quán)頻譜的自組網(wǎng)技術(shù)，對于智能家電廠商而言，信息安全對策的門檻較高。目前，市場銷售的智能家電普遍存在產(chǎn)品信息安全的問題，數(shù)據(jù)在傳輸過程中，將造成產(chǎn)品使用者個人信息的泄露，妨礙產(chǎn)品的正常功能等威脅。

最后，Wi-Fi技術(shù)功耗高，對功耗嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保型家電，Wi-Fi模塊將不能滿足要求。

3.2 NB-IoT技術(shù)的優(yōu)勢

NB-IoT工作在專用授權(quán)頻段，有專門的運(yùn)營商運(yùn)營和維護(hù)，具有網(wǎng)絡(luò)可靠性高、安全性高、信號覆蓋廣的優(yōu)勢。主要應(yīng)用于低吞吐量，海量連接的場景，未來將承接大量的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入。對比Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用于智能家電的場景特點(diǎn)，NB-IoT技術(shù)主要具有以下4大方面優(yōu)勢：

（1）接入方面

搭載了NB-IoT通信模組的智能家電，在商品出售時只需經(jīng)用戶同意開通通信服務(wù)，就可以直接經(jīng)電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)接入家電廠商云服務(wù)器，類似于我們利用SIM卡進(jìn)行電話通信和上網(wǎng)。這種方便用戶接入網(wǎng)絡(luò)的方法，大大提高了智能家電的接入率，也為之后的用戶大數(shù)據(jù)分析提供了可能性。

在同一基站的情況下，與現(xiàn)有無線通信技術(shù)相比，NBIoT具有50至100倍的上行容量提升，200kHz帶寬下單基站小區(qū)可支持5萬用戶。因此，與現(xiàn)有無線技術(shù)相比，NB-IoT可以提升50至100倍的接入數(shù)。

（2）信號方面

NB-IoT比現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力，可穿透地下、墻壁，有效解決了部分家電安裝位置無法被網(wǎng)絡(luò)覆蓋的課題。另外，像工廠倉庫這種信號強(qiáng)度弱的區(qū)域也能夠接收到信號，因此，商品出售前若安裝了提供NB-IoT工作的干電池，就可以實(shí)現(xiàn)出入庫管理、物流跟蹤，開展更高效便捷的供應(yīng)鏈管理活動。

（3）安全方面

NB-IoT的電信網(wǎng)絡(luò)是基于收費(fèi)頻譜組建，具有雙向通信鑒權(quán)和加密能力的網(wǎng)絡(luò)。其抗干擾能力、數(shù)據(jù)安全性、技術(shù)服務(wù)等方面有高安全保障。NB-IoT可協(xié)助確保家電合法接入，并保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院桶踩浴?/p>

（4）能耗方面

NB-IoT正常功耗低于Wi-Fi，擁有多種網(wǎng)絡(luò)在線模式：DRX（待機(jī)模式）、eDRX模式（省電模式）、PSM（節(jié)電模式），智能家電在軟件開發(fā)時，可依據(jù)自身功耗選擇和轉(zhuǎn)換家電的在線模式以滿足智能家電越來越嚴(yán)苛的節(jié)能、環(huán)保要求。

4 NB-IoT智能家電的系統(tǒng)構(gòu)架

基于NB-IoT的智能家電的系統(tǒng)構(gòu)架同基于Wi-Fi的智能家電的系統(tǒng)框架，如圖3所示。也是按照云管端的系統(tǒng)框架來建設(shè)。所不同的是搭載在商品主控基板的是NB-IoT模組，使用的是NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。另外，采用華為海思芯片的NBIoT模組同時支持基于UDP協(xié)議和CoAP協(xié)議傳輸。采用CoAP傳輸協(xié)議接入運(yùn)營商提供的IoT聯(lián)接管理平臺后，可實(shí)現(xiàn)IoT聯(lián)接管理平臺開放的NB-IoT通信業(yè)務(wù)的連接管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理和分析等基礎(chǔ)功能，滿足智能家電應(yīng)用的快速開發(fā)需求。

5 基于NB-IoT智能家電的供應(yīng)鏈改革

在使用NB-IoT技術(shù)前，一般是利用二維碼或者更有效的方法是利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)的管理，難免還需要人為進(jìn)行掃描并統(tǒng)計(jì)，也難以實(shí)現(xiàn)對商品定位來反映真實(shí)的供應(yīng)鏈的信息。如前所述，我們可利用NB-IoT信號高滲透的能力，在出售前安裝提供NB-IoT工作的干電池，就能夠?qū)崿F(xiàn)對每臺設(shè)備在倉庫停留和物流過程中就實(shí)現(xiàn)定位和數(shù)量統(tǒng)計(jì)，可節(jié)省工時并有效避免人工統(tǒng)計(jì)工作中的錯誤，進(jìn)而制定出符合實(shí)際情況的生產(chǎn)計(jì)劃。其次，工場因?yàn)槭褂肗B-IoT定位技術(shù)能夠及時得到各個代理店鋪的在庫信息，從而得到哪個店鋪哪種型號商品銷售情況好壞的信息，進(jìn)而可制定出符合實(shí)際的出貨和物流計(jì)劃。通過以上，工場就可以實(shí)現(xiàn)合理的安排庫存，取得更多的銷售機(jī)會。如圖4所示。

因?yàn)椴荒艽_定哪些區(qū)域的用戶對哪種型號商品的喜愛，而投入了大量的資金進(jìn)行販賣、廣告戰(zhàn)略，這種盲目的投資將對公司造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。即使事先進(jìn)行了用戶調(diào)查，也會因?yàn)闃颖緮?shù)量的不足或者調(diào)查方案的不完備而得不到用戶真實(shí)需求的反映。而通過NB-IoT技術(shù)，就可以自動取得特定區(qū)域內(nèi)用戶使用商品型號的真實(shí)分布，有的放矢，實(shí)施有效的營銷投資，促進(jìn)公司的利益增長。如圖5所示。

6 基于NB-IoT智能家電的大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用

由于基于Wi-Fi的智能家電網(wǎng)絡(luò)連接不便，在線率不足10%的現(xiàn)實(shí)情況，而無法實(shí)現(xiàn)智能家電的初衷：利用用戶對家電的使用信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，為企業(yè)創(chuàng)造新的商業(yè)模式和為用戶提供真正需求的商品。而基于NB-IoT技術(shù)的智能家電因?yàn)闃O高的設(shè)備在線率，企業(yè)能夠收集足夠的用戶使用數(shù)據(jù)，而且結(jié)合設(shè)備所在區(qū)域的特定信息，創(chuàng)造出新的顧客價值，如圖6所示。

因?yàn)槲覈乩矸鶈T遼闊，氣候特征分布鮮明，使得家電的故障模式、發(fā)生機(jī)理和使用習(xí)慣與地理位置密切相關(guān)。通過對地理位置、季節(jié)和故障信息的數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的故障對策的技術(shù)開發(fā)，例如針對北方水質(zhì)硬度高，家電用銅管因?yàn)橥ㄋ斐啥氯墓收下矢?，而開發(fā)新的材料和新的技術(shù)，并在此區(qū)域銷售時對此痛點(diǎn)投放專門的廣告。通過對地理位置、季節(jié)和使用習(xí)慣的數(shù)據(jù)分析，可針對特定區(qū)域進(jìn)行專門功能的開發(fā)和營銷，例如針對南方梅雨季節(jié)而開發(fā)除菌除霉功能產(chǎn)品并展開營銷活動。其次，可通過對家電相關(guān)耗材使用程度的監(jiān)測，提醒用戶及時購買并一鍵下單，提高用戶使用粘性，例如可提醒洗衣液、護(hù)衣液的購買、空調(diào)的清洗、冷媒的追加和上門服務(wù)等。通過對家電使用過程、故障數(shù)據(jù)的監(jiān)測，還可實(shí)現(xiàn)便捷高效的維修服務(wù)，例如開發(fā)人員可在后臺根據(jù)故障前后家電的使用信息，遠(yuǎn)程助力維修人員，提高維修的效率。

7 結(jié)論

隨著基于Wi-Fi的智能家電的發(fā)展，應(yīng)用于智能家電的云服務(wù)器、大數(shù)據(jù)分析和低成本傳感器等核心技術(shù)進(jìn)一步提高，當(dāng)前Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)越來越表現(xiàn)出固有的缺陷。今后在低吞吐量、海量連接的場景，NB-IoT勢必將全面代替Wi-Fi承接大量的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)接入，絕大部分家電將基于NB-IoT開發(fā)。而對于時延要求高、高速傳輸?shù)膱鼍?，將?G技術(shù)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，部分家電也會使用5G技術(shù)。智能家電需要實(shí)現(xiàn)把傳統(tǒng)家電和服務(wù)業(yè)的完美結(jié)合，為用戶提供真正需求的生活方式，而利用NB-IoT的技術(shù)特點(diǎn)可以很好的實(shí)現(xiàn)先獲取用戶數(shù)據(jù)、再分析用戶數(shù)據(jù)、進(jìn)而根據(jù)用戶數(shù)據(jù)開發(fā)出用戶真正需求的商品。