楊峰 龐志成 武文學(xué)

一、概述

隨著科技發(fā)展，萬物進入互聯(lián)時代，物聯(lián)網(wǎng)用戶也隨之迅速發(fā)展起來。2009年，國家將物聯(lián)網(wǎng)定位為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè);各級政府也加大政策力度，在頻率、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、碼號資源等多個方面推動物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是國家戰(zhàn)略，具有重大意義。

基于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為萬物互聯(lián)的重要組成部分，其中窄帶物聯(lián)網(wǎng)是在無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展的，是一種廣泛應(yīng)用的新技術(shù)。它具有成本低、功耗低、覆蓋廣、連接多等技術(shù)特點，能夠廣泛應(yīng)用于生活中多個領(lǐng)域。

本文從NB-IoT的基本架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，分析其優(yōu)勢，探討產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，推進物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展。

二、NB-IoT基本架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)框架包含了信息的感應(yīng)層面、信息的傳送層面以及信息的處理層面。

2.1信息的感應(yīng)層面

感應(yīng)層負責(zé)獲取人和物等各種數(shù)據(jù)信息，它是由多種傳感器和傳感器網(wǎng)關(guān)組成。感應(yīng)層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，主要工作是對物品進行識別及智能采集信息。

2.2信息的傳送層面

傳送層也叫網(wǎng)絡(luò)層，完成感應(yīng)層獲得的數(shù)據(jù)信息在一定范圍內(nèi)的傳輸問題，主要解決數(shù)據(jù)的接入和傳送，是進行數(shù)據(jù)信息傳輸、交換的通道，由兩張網(wǎng)絡(luò)組組成：接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)。

2.3信息的處理層面

處理層也叫應(yīng)用層，處理數(shù)據(jù)信息以及完成人機界面相關(guān)問題。將網(wǎng)絡(luò)層傳來的各種數(shù)據(jù)送入各種信息系統(tǒng)，對這些數(shù)據(jù)進行處理，并完成各設(shè)備與人之間的交互。

在物聯(lián)網(wǎng)的各層架構(gòu)中，數(shù)據(jù)通過控制、交互等相互傳輸不同類型的信息，通過識別碼和物品的靜態(tài)及動態(tài)信息對物品進行唯一標識。雖然物聯(lián)網(wǎng)特點千變?nèi)f化，但是它們的基本框架都不會離開這三個層次。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)的基本組成部分主要分為五個方面： 物聯(lián)網(wǎng)終端、物聯(lián)網(wǎng)基站、核心網(wǎng)、控制管理平臺和三方應(yīng)用軟件組成。

三、NB-IoT技術(shù)特點與優(yōu)勢

3.1 NB-IoT工作模式

NB-IoT的三種工作模式：

Stand-alone（獨立部署）：部署在獨立的200KHz頻點，不依賴LTE。

Guard band（保護帶內(nèi)部署）：利用LTE邊緣無用頻帶，不占LTE資源，與LTE共享功率。

載波In-band（LTE帶內(nèi)部署）：利用LTE載波中任一資源塊，占用LTE的1個PRB資源，與LTE共享功率。

3.2 NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)

NB-IoT的關(guān)鍵技術(shù)包括利用現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)技術(shù)以及在此基礎(chǔ)上新增功能，具體如下表。通過這些關(guān)鍵技術(shù)，能夠提升上行的容量、擴大覆蓋區(qū)域、降低設(shè)備復(fù)雜度等要求。NB-IoT技術(shù)優(yōu)勢明顯，具體如下

1、超強覆蓋：NB-IoT的覆蓋能力更強，對比GSM提升20dB增益，相當于提升了100倍覆蓋能力。

2、低功耗：低功耗是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一項重要指標。和其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的功耗非常小，能夠達到12.5年的續(xù)航能力。低功耗的實現(xiàn)形式如下：

1）除了IDLE狀態(tài)外，引入新的狀態(tài)PSM狀態(tài)（終端關(guān)閉射頻接收，進入休眠）;2）eDRX ：相比LTE中的DRX，非連續(xù)偵聽接收周期由2.56s拉長為2.92h小時;3）更長周期的定期位置更新：定期位置更新周期由LTE目前的2h延長為310小時。

3、低成本： NB-IoT不需要重新建網(wǎng)絡(luò)，直接復(fù)用現(xiàn)網(wǎng)射頻和天線。以中國移動為例，900MHZ里面有一個比較寬的頻帶，只需要清出來一部分2G的頻段，就可以直接進行LTE和NB-IoT的同步部署。低功耗、低速率、低帶寬可以降低NB-IoT模塊成本，模塊價格1美元左右。

4、大連接：NB-IoT實現(xiàn)大連接的方式主要有兩種：1、提升功率譜密度，窄帶技術(shù)使得上行等效功率（12信道*23dBm）提升，大大提升信道容量;2、減小空口信令開銷，NB-IoT能夠節(jié)省4到5條信令，通過降低信令開銷從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率。同一基站下，NB-IoT相比于其他傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，接入數(shù)達到50-100倍。一個扇區(qū)就可以滿足10萬個連接，同時支持低設(shè)備成本、低功耗、低時延的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。NB-IoT能力輕松滿足大量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。

四、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探討

移動通信正在向萬物互聯(lián)邁進。非常多傳感類、控制類連接需求存在于物聯(lián)網(wǎng)的世界，這些連接對傳輸速率要求非常低，但對于功率損耗和使用成本非常靈敏，而且分布非常廣、海量需求，現(xiàn)有4G/5G技術(shù)從成本上非常難滿足需求;目前GSM網(wǎng)絡(luò)雖然已經(jīng)承擔了一些對功耗要求相對低的業(yè)務(wù)需求，但大量需求未得到滿足，這不符合長期發(fā)展的規(guī)劃。

基于蜂窩的物聯(lián)網(wǎng)可以提供更多的連接量，滿足海量的物物連接以及更低的時延，將加快高清視頻業(yè)務(wù)以及物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的普及，從而蜂窩物聯(lián)網(wǎng)開啟了一個非常廣闊的市場。

4.1智能路燈

智慧城市、安全城市帶來路燈廣泛升級需求，智能路燈是空白新市場，多種技術(shù)方案角逐，因為路燈分散性，數(shù)量大，NB-IoT有較大優(yōu)勢。

4.2 智能城市

市政管網(wǎng)、運營商、水務(wù)、電力等規(guī)模伴隨著城市化進程快速成倍增長，已成為城市生命線。水、氣、電、熱四表業(yè)務(wù)，NB-IoT都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，智能抄表除數(shù)據(jù)記錄外可帶來大量數(shù)據(jù)分析收益（水質(zhì)、電力使用峰谷數(shù)據(jù)），對運維形成強力支撐。

4.2物流跟蹤

市場前景非常廣闊，包括物流、貴重資產(chǎn)、抵押資產(chǎn)等跟蹤，能保障貨物安全以及運作高效，可先基于試點區(qū)域范圍內(nèi)提供跟蹤服務(wù)，后續(xù)隨網(wǎng)絡(luò)建設(shè)擴展到全國。

五、結(jié)語

本文闡述了NB-IoT的概念，從NB-IoT的基本架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，分析其優(yōu)勢，探討其在生活中的智慧應(yīng)用。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有造價低、功率損耗小、覆蓋面積大、連接數(shù)高等優(yōu)點，市場應(yīng)用前景廣闊。NB-IoT正在逐步應(yīng)用于生活中的各個領(lǐng)域，將開啟萬物互連的新時代。

參? 考? 文? 獻

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