崔景 朱彤

1. 襄陽(yáng)汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 襄陽(yáng) 441000；2. 深圳市艾優(yōu)威科技有限公司 廣東 深圳 518000

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的大范圍鋪開(kāi)，對(duì)NB IoT技術(shù)的需求也日益增多，由于其低功耗、低成本、信號(hào)連接強(qiáng)、高覆蓋的特點(diǎn)，以襄陽(yáng)水務(wù)局為例，在未部署NB智能水表時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)更換水表難、測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)等情況，但是在2018年開(kāi)始逐步更換NB智能水表后，測(cè)量員不需要下水井度數(shù)，而是直接通過(guò)NB芯片連接手機(jī)或者讀數(shù)器抄送數(shù)據(jù)，比昏暗條件下人工讀數(shù)更精準(zhǔn)，且因?yàn)镹B技術(shù)功耗小，一個(gè)滿電狀態(tài)的水表能夠使用20年以上[1]。

1 NB-IoT技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景

NB-IoT技術(shù)具備以下4個(gè)特點(diǎn)。

1.1 低功耗

低功耗是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要指標(biāo)，特別是對(duì)于不能頻繁更換電池的設(shè)備和情況。NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)專注于小數(shù)據(jù)量和低速率的應(yīng)用，因此NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功耗可以非常小，設(shè)備的電池壽命可以從幾個(gè)月到幾年顯著提高。

1.2 低成本

NB-IoT不需要新的網(wǎng)絡(luò)，射頻和天線基本上都是重復(fù)使用的。以中國(guó)移動(dòng)為例，900MHz的頻段相對(duì)較寬。直接同時(shí)部署LTE和NB-IoT，只需要清理部分2G頻段。低速率、低功耗和低帶寬也賦予了NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)芯片和模塊低成本的優(yōu)勢(shì)。

1.3 強(qiáng)鏈接

NB-IoT具有強(qiáng)大的室內(nèi)覆蓋和強(qiáng)度，比4G移動(dòng)提供了20dB的增益，相當(dāng)于覆蓋區(qū)域能力增加了100倍。既能滿足農(nóng)村地區(qū)大覆蓋的需求，又能適用于工廠、地下車庫(kù)、井蓋等對(duì)覆蓋深度有要求的應(yīng)用。以井蓋監(jiān)控為例。過(guò)去，GPRS需要天線，很容易被車輛損壞。然而，只要合理部署，NB-IoT是可以解決這個(gè)問(wèn)題的。

1.4 高覆蓋

NB-IoT具有很強(qiáng)的室內(nèi)覆蓋能力，與LTE相比增益提高了20dB，相當(dāng)于覆蓋面積能力的100倍。既能滿足農(nóng)村地區(qū)大覆蓋的需求，又能適用于工廠、地下車庫(kù)、井蓋等對(duì)覆蓋深度有要求的應(yīng)用。以井蓋監(jiān)控為例。過(guò)去GPRS需要天線，很容易被車輛損壞。然而，只要合理部署，NB-IoT是可以解決這個(gè)問(wèn)題的。

同時(shí)該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于公共事業(yè)、醫(yī)療健康、智慧城市、消費(fèi)者、農(nóng)業(yè)環(huán)境、物流倉(cāng)儲(chǔ)、智能樓宇、制造行業(yè)等八大典型行業(yè)。

2 NB-IoT技術(shù)課程設(shè)計(jì)及要求

NB-IoT技術(shù)授課一般以理論+實(shí)操的一體化教學(xué)為主，理論約占比40%、實(shí)操約占比60%。

理論部分一般需要講解該技術(shù)的誕生及需求背景、技術(shù)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空口協(xié)議、物理信號(hào)及物理信道、信令流程。在理論部分中可以通過(guò)課本教材+PPT教案的搭配授課可以使學(xué)生理解上述內(nèi)容。

實(shí)操部分則更偏向于架構(gòu)拓?fù)洹⑷萘坑?jì)算、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)配置、開(kāi)通優(yōu)化等內(nèi)容。而實(shí)操部分則需要實(shí)訓(xùn)或試驗(yàn)場(chǎng)景的加持，特別是模擬真實(shí)場(chǎng)景的部分則更需要用實(shí)物或仿真為學(xué)生指出如何設(shè)計(jì)、如何配置、如何優(yōu)化，否則學(xué)生很難通過(guò)課本和PPT教案了解其內(nèi)涵。

3 基于IUV NB IoT虛擬仿真系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)及案例

在部署IUV NB IoT虛擬仿真后可以解決六個(gè)實(shí)操方向的問(wèn)題：架構(gòu)拓?fù)?、容量?jì)算、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)配置、開(kāi)通優(yōu)化。教學(xué)案例：汽車職院NB物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目為襄陽(yáng)市的NB基站建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)責(zé)o任何網(wǎng)絡(luò)條件，計(jì)劃部署為NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)要求該地區(qū)的共享單車、智慧家居、智能單車等設(shè)備能夠完成業(yè)務(wù)的驗(yàn)證，要求依據(jù)建設(shè)需求給出網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。在練習(xí)冊(cè)上畫出模擬圖及思路，使用虛擬仿真實(shí)現(xiàn)思路及相關(guān)的業(yè)務(wù)驗(yàn)證。

3.1 架構(gòu)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

NB系統(tǒng)是從LTE系統(tǒng)演進(jìn)而來(lái)，則在頂層設(shè)計(jì)上就需要和LTE保持基本一致，即核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、傳輸網(wǎng)。

核心網(wǎng)是處于整體架構(gòu)中最上層的部分，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的大腦，具有負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)、臨時(shí)存放用戶數(shù)據(jù)、負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)用戶的相關(guān)信息、負(fù)責(zé)對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)、數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、為用戶設(shè)備分配IP地址、存儲(chǔ)并管理用戶簽約數(shù)據(jù)，包括用戶鑒權(quán)信息、位置信息及路由信息等功能[2]。

承載網(wǎng)處于三層架構(gòu)的中間部分，起到傳輸信息分流信息的作用，由于 機(jī)房和機(jī)房之間、設(shè)備和設(shè)備之間在實(shí)際應(yīng)用中間隔較遠(yuǎn)、距離較大，在NB技術(shù)中一般用PTN設(shè)備進(jìn)行傳輸，設(shè)備與設(shè)備之間的走線使用ODF架。

無(wú)線網(wǎng)處于三層架構(gòu)的下端部分，基站部署在物聯(lián)網(wǎng)中，從而像基站覆蓋手機(jī)信號(hào)一樣覆蓋NB-IoT終端設(shè)備，比如智能家居、智能水表、共享單車等應(yīng)用。

3.2 容量計(jì)算

在完成拓?fù)湟?guī)劃后，將給定的參數(shù)值填寫到對(duì)應(yīng)的參數(shù)表中，而后生成規(guī)劃報(bào)告容量計(jì)算完成。

3.3 設(shè)備配置

在完成拓?fù)湟?guī)劃后，在設(shè)備配置一欄中放入對(duì)應(yīng)的設(shè)備，即核心網(wǎng)放置MME、HSS、SGW、PGW四個(gè)網(wǎng)元設(shè)備同時(shí)為上述設(shè)備橋接FC-FC光纖以保證設(shè)備能夠傳輸數(shù)據(jù)，最后從ODF架將設(shè)備從核心網(wǎng)接入到承載網(wǎng)。

承載網(wǎng)需要確定機(jī)房數(shù)量及傳輸方案，確定后在每個(gè)承載網(wǎng)機(jī)房中放入PTN、OTN設(shè)備、同時(shí)為上述設(shè)備橋接FC-FC光纖以保證設(shè)備能夠傳輸數(shù)據(jù)，最后從ODF架將設(shè)備從本端機(jī)房接入后端機(jī)房，其順序依次為承載中心機(jī)房分別橋接1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)匯聚機(jī)房，而后1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)匯聚機(jī)房分別連接A、B、C三個(gè)站點(diǎn)機(jī)房。

無(wú)線網(wǎng)即各站點(diǎn)機(jī)房，確定后在每個(gè)承載網(wǎng)機(jī)房中放入ANT、RRU、BBU、PTN、GPS設(shè)備、同時(shí)為上述設(shè)備橋接FC-FC光纖以保證設(shè)備能夠傳輸數(shù)據(jù)，最后從ODF架將設(shè)備從本端機(jī)房接入承載網(wǎng)上端機(jī)房，A、B、C 3個(gè)站點(diǎn)機(jī)房分別連接1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)匯聚機(jī)房。而后設(shè)備配置部分完成

3.4 數(shù)據(jù)配置

在數(shù)據(jù)配置中核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、承載網(wǎng)中逐個(gè)網(wǎng)元或交換設(shè)備依次填入IP地址、網(wǎng)絡(luò)掩碼等參數(shù)后完成數(shù)據(jù)配置。

3.5 開(kāi)通優(yōu)化

上述任務(wù)完成后，在業(yè)務(wù)調(diào)試中測(cè)試，數(shù)據(jù)是否從核心網(wǎng)傳輸?shù)綉?yīng)用終端，而后在管理平臺(tái)中測(cè)試終端應(yīng)用是否能夠使用，至此課程設(shè)計(jì)結(jié)束，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容成功。

4 IUV NB IoT虛擬仿真系統(tǒng)融入高職提質(zhì)培優(yōu)工作

隨著職教改革的大力鋪開(kāi)，職業(yè)院校的提質(zhì)培優(yōu)工作開(kāi)始改革，三教改革中的教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)順應(yīng)潮流做出一些改革，現(xiàn)在的職業(yè)院校不單單是授課+實(shí)訓(xùn)的二元化教學(xué)，而是“課、研、用、賽、證”五位一體的多元化教學(xué)。襄陽(yáng)汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)在人才培養(yǎng)方案的制定環(huán)節(jié)中，除了基本的基礎(chǔ)課、專業(yè)必修課、選修課外，順應(yīng)潮流添加了至少24課時(shí)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程、4課時(shí)的大國(guó)工匠及企業(yè)名師進(jìn)校園課程、24課時(shí)的1+X考證培訓(xùn)課程、4課時(shí)的企業(yè)觀摩及實(shí)踐課程，并且在課下以社團(tuán)、興趣小組等形式組織學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽并備賽，在興趣中學(xué)、在競(jìng)爭(zhēng)中練。真正做到“課、研、用、賽、證”五位一體的多元化教學(xué)，在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)任務(wù)融合，完成人才培養(yǎng)。

其中，IUV NB IoT虛擬仿真系統(tǒng)是1+X證書“5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維”中的重要組成部分，目前已有60位在校學(xué)生參與證書培訓(xùn)，有43名學(xué)生成功取得1+X證書，證書試點(diǎn)積極融入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的教學(xué)體系中。專業(yè)選證試點(diǎn)的X證不是越多越好，我們可以參考“1+1+1”的選證模式，即一個(gè)專業(yè)、一個(gè)重點(diǎn)建設(shè)證書、一個(gè)備用證書，以滿足學(xué)生的個(gè)性化需求，擴(kuò)大學(xué)生就業(yè)的口徑，為多元化社會(huì)培養(yǎng)復(fù)合型人才[3]。

襄陽(yáng)汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院為貫徹落實(shí)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》積極開(kāi)展相關(guān)工作，于2021年成功入選湖北省雙高院校，同時(shí)在提質(zhì)培優(yōu)和三教改革方面產(chǎn)出部分成果，在“崗課證賽創(chuàng)”五大教法方面，我校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)在崗位方向與武漢唯眾、北京華晟經(jīng)世、新大陸、華為襄陽(yáng)公司等優(yōu)質(zhì)龍頭企業(yè)開(kāi)展教師頂崗、企業(yè)講師授課、教師學(xué)生進(jìn)崗實(shí)習(xí)等工作，提升了師資力量及教學(xué)質(zhì)量；在課程方向與北京華晟經(jīng)世等企業(yè)積極就課程改革等方向開(kāi)展合作，目前將結(jié)合華晟經(jīng)世的虛擬仿真技術(shù)打造物聯(lián)網(wǎng)IoT在線平臺(tái)，方便線上線下公式教學(xué)授課，創(chuàng)新教法在后疫情時(shí)代顯得更為重要課程教學(xué)是職業(yè)院校人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的重中之重，職業(yè)院校的課程具有更加貼近產(chǎn)業(yè)需求、課程隨技術(shù)不斷更新等特點(diǎn)，對(duì)師資的要求也日益提高。

5 IUV NB IoT虛擬仿真系統(tǒng)融入學(xué)科競(jìng)賽

大力實(shí)施“科教興國(guó)”戰(zhàn)略，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，已成為新時(shí)代的要求。各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽在培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新型人才、促進(jìn)高校產(chǎn)學(xué)研結(jié)合方面發(fā)揮著日益積極的作用。本次學(xué)科競(jìng)賽主要分為語(yǔ)言、數(shù)學(xué)、硬件、專業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)5個(gè)大類。

5.1 語(yǔ)言

語(yǔ)言比賽包括大學(xué)生英語(yǔ)賽、“中央電視臺(tái)杯”全國(guó)英語(yǔ)演講賽、大學(xué)生辯論賽。

5.2 數(shù)學(xué)

數(shù)學(xué)競(jìng)賽包括全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、中國(guó)數(shù)學(xué)競(jìng)賽等。

5.3 硬件

全國(guó)數(shù)學(xué)競(jìng)賽主要包括全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽（簡(jiǎn)稱“電賽”）和“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽（簡(jiǎn)稱“挑戰(zhàn)杯”）、藍(lán)橋杯設(shè)計(jì)大賽。

5.4 專業(yè)

主要項(xiàng)目有全國(guó)職業(yè)院校技能大賽、工匠杯、IUV杯等。

5.5 互聯(lián)網(wǎng)+

互聯(lián)網(wǎng)類主要包括中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽、全國(guó)大學(xué)生智能互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新大賽、全國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新大賽和全國(guó)大學(xué)生移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展創(chuàng)新大賽。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)襄陽(yáng)分公司與華潤(rùn)燃?xì)饴?lián)合建設(shè)的首個(gè)NB-IoT智能燃?xì)馍鐓^(qū)在襄陽(yáng)樊城區(qū)釘絲廠家庭小區(qū)建成，100多戶襄陽(yáng)樊城區(qū)釘絲廠家庭小區(qū)開(kāi)通賬號(hào)入網(wǎng)，襄陽(yáng)市也正式進(jìn)入NB-IoT時(shí)代，襄陽(yáng)稅務(wù)、電網(wǎng)分公司等多個(gè)企事業(yè)單位開(kāi)始逐步發(fā)力該產(chǎn)業(yè)，未來(lái)5年內(nèi)襄陽(yáng)市及周邊地區(qū)相關(guān)職業(yè)技能人才缺口極大，待遇也在不斷提高。職業(yè)教育的精華在于鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，新時(shí)代的高職學(xué)生應(yīng)該發(fā)展為懂理論、能實(shí)操、善思考、會(huì)設(shè)計(jì)的復(fù)合型人才，本文從NB-IoT這一專業(yè)核心課程入手描述了當(dāng)下該課程的技術(shù)難點(diǎn)與發(fā)展前景。IUV-NB-IoT虛擬仿真比較完美的契合和本地區(qū)及職業(yè)院校的專業(yè)發(fā)展，能夠較好地解決當(dāng)前所遇到的問(wèn)題，鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)提升學(xué)生頂層設(shè)計(jì)能力，較好地幫助了學(xué)生的就業(yè)及成長(zhǎng)。