段曉敏 臨朐縣智慧城市建設(shè)管理中心

1 NB-IoT技術(shù)及特點(diǎn)

NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，又被稱為基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)，是萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)關(guān)鍵分支，能夠直接布局于 GSM、UMTS 以及 LTE等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中。其具有以下特點(diǎn)：

1.1 廣覆蓋。在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力。

1.2 低功耗。NB-IoT主要使用在小數(shù)據(jù)量和小速率中，設(shè)備功耗十分小，使用壽命能夠保持5年以上。

1.3 大連接。每小區(qū)可以實(shí)現(xiàn)10萬(wàn)連接，與 3G、4G 相比，NB-IoT的上行容量提升了50到100倍，這就意味著在同個(gè)基站的情況下，NB-IoT 能夠比當(dāng)前無(wú)線技術(shù)多提供50到 100 倍的接入數(shù)。

1.4 低成本。因?yàn)樗俾时容^低、不需要很大緩存等因素，可以讓NB-IoT 芯片做得很小，因芯片成本和芯片大小有一定的關(guān)系，所以模板成本也會(huì)降低。

2 NB-IoT組網(wǎng)架構(gòu)

NB-IoT的接入網(wǎng)構(gòu)架與LTE一樣，可以通過(guò)升級(jí)部署和獨(dú)立組網(wǎng)部署兩種方式來(lái)完成。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，感知層負(fù)責(zé)采集信息，網(wǎng)絡(luò)層提供安全可靠的連接、交互與共享，應(yīng)用層對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提供數(shù)據(jù)決策分析。主要由 NB-IoT終端、NB-IoT基站、核心網(wǎng)、平臺(tái)和應(yīng)用服務(wù)器五部分組成，如圖1所示：

圖1 NB-IoT組網(wǎng)架構(gòu)圖

3 NB-IoT技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

3.1 城市公共基礎(chǔ)設(shè)施

NB-IoT技術(shù)可以應(yīng)用于停車場(chǎng)、市政照明、道路交通、垃圾箱、環(huán)衛(wèi)清運(yùn)車等城市基礎(chǔ)設(shè)施的物聯(lián)感知和智能控制。以市政照明為例。傳統(tǒng)的道路照明控制系統(tǒng)采用電力載波方式，并不具備單燈控制功能，管理平臺(tái)無(wú)法獲取單個(gè)路燈的狀態(tài)信息，不能進(jìn)行精細(xì)化管理，而在市政照明中通過(guò)對(duì)路燈進(jìn)行改造，加裝NB-IoT模組，可以實(shí)現(xiàn)單燈的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制、連續(xù)調(diào)光、單燈狀態(tài)監(jiān)測(cè)、節(jié)電控制等功能，還可以依據(jù)路燈運(yùn)行信息進(jìn)行智能分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障分析定位，在大大提升路燈運(yùn)維能力的同時(shí)，還節(jié)約了維護(hù)成本。

3.2 城市公共服務(wù)產(chǎn)品

城市公共服務(wù)產(chǎn)品包含供水、供熱、電力、燃?xì)獾?，通過(guò)NBIoT技術(shù)應(yīng)用智能水、電、氣表等，可針對(duì)用戶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滲漏隱患，保護(hù)用戶的安全。例如智能電表，供電公司通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程讀表，還可以采集詳細(xì)歷史用電數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)用電趨勢(shì)，與發(fā)電匹配，不僅減少浪費(fèi)，也保障了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。另外，針對(duì)智能表需要進(jìn)行高速傳輸和頻繁通信這一實(shí)際情況，NB-IoT也更加符合智能表的需求。

3.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)

憑借NB-IoT大容量、廣覆蓋的優(yōu)勢(shì)，在各重點(diǎn)空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)、地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)、重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)的污廢水排出口以及危險(xiǎn)廢棄外殼部署各類NB-IoT 傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集大氣質(zhì)量、光照、噪聲、污染源等數(shù)據(jù)，為環(huán)境質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)、污染源綜合監(jiān)控、環(huán)境應(yīng)急管、污染物總量減排等提供數(shù)據(jù)服務(wù)，能夠構(gòu)建起感知測(cè)量更透徹、互聯(lián)互通更可靠、智能應(yīng)用更深入的智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)體系。

3.4 智慧農(nóng)業(yè)

生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)農(nóng)作物品質(zhì)至關(guān)重要，比如溫度過(guò)高農(nóng)作物就會(huì)落花落果，溫度過(guò)低則會(huì)干枯并停止生長(zhǎng)，如果長(zhǎng)時(shí)間濕度過(guò)高可能會(huì)誘發(fā)真菌、細(xì)菌等菌類病害，因此及時(shí)獲取作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)非常重要。NB-IoT技術(shù)工作帶寬為180 kHz，適合低功耗、深覆蓋、低速率、低頻次的應(yīng)用場(chǎng)景，非常適合于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控。以將NBIOT技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚生產(chǎn)管理為例，通過(guò)控制模塊控制排風(fēng)扇、加熱器、遮陽(yáng)網(wǎng)電機(jī)、噴淋等設(shè)備進(jìn)行空氣溫濕度、光照和土壤溫濕度的數(shù)據(jù)采集及上發(fā)至監(jiān)控終端指示環(huán)境參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)的準(zhǔn)確控制，提高農(nóng)作物的品質(zhì)和農(nóng)業(yè)管理水平。

3.5 消防物聯(lián)應(yīng)用

通過(guò)對(duì)建筑物內(nèi)部的消防煙感、溫感、光感傳感器集成NBIoT模組，可以實(shí)時(shí)采集各類感知設(shè)備信息并上傳至監(jiān)控平臺(tái)，可以加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)防火單位、部門、樓宇、住宅、人員密集場(chǎng)所等的消防動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)控情況的及時(shí)掌握，增強(qiáng)火災(zāi)隱患的感知能力。另外，在建筑消防水源、公共場(chǎng)所滅火栓安裝基于NB-IoT技術(shù)的傳感裝置，可以將水位、水壓、位置等信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至消防監(jiān)控平臺(tái)，方便應(yīng)急部門及時(shí)知曉消防水源的實(shí)時(shí)情況，對(duì)隱患預(yù)警提前發(fā)現(xiàn)和及時(shí)處理，進(jìn)一步提高消防滅火的工作效率。

3.6 智慧養(yǎng)老

傳統(tǒng)的移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備普遍基于Wi-Fi、藍(lán)牙等通訊手段，存在不能獨(dú)立使用、功耗較高、隱私泄露等問(wèn)題，難以促成用戶形成良好的使用習(xí)慣。而NB-IoT技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)通訊技術(shù)的缺點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于以運(yùn)動(dòng)、心律、睡眠等檢測(cè)為主的各類醫(yī)療設(shè)備上，特別是在智慧養(yǎng)老行業(yè)，推廣應(yīng)用 NB-IoT 芯片的可穿戴傳感設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)或子女對(duì)老人健康信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、分析預(yù)警，及時(shí)定位老人的動(dòng)向及位置信息，并與遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使老年人的日常生活處于被遠(yuǎn)程關(guān)愛(ài)的狀態(tài)。

3.7 智能制造

在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制、制造供應(yīng)鏈跟蹤、遠(yuǎn)程診斷、物流運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)推廣NB-IoT物聯(lián)技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和物流配送等能力的在線發(fā)布、協(xié)同和交易，提升企業(yè)精準(zhǔn)、高效的供給能力，推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市數(shù)字化進(jìn)程的日益加快，人們對(duì)更便捷、更智能的智慧城市建設(shè)要求也逐漸提升。NB-IoT技術(shù)所具備的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，會(huì)讓城市基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)事業(yè)、環(huán)境監(jiān)控管理更加完善，出行、就醫(yī)等更加便捷，農(nóng)業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)更加精準(zhǔn)、高端，而我們也將會(huì)迎來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代。