NB—IoT網絡標準發展及應用前景

高書強?王睿男

摘 要：在物聯網技術快速發展的今天，窄帶物聯網（NB-IoT）成為了萬物聯網的一個重要組成部分。NB-IoT構建于蜂窩網絡，只消耗約180KHz的帶寬就能實現數據的傳輸。它可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，從而降低部署成本、實現平滑升級。本文匯總了一些相關專業的技術信息以及基于該技術的相關產業發展方向，提供窄帶物聯網在實際應用中更加廣泛地思考。

關鍵詞：NB-IoT 大數據 互聯網 系統特性

在無線通信和互聯網技術高速發展的今天，社會對于萬物聯網的要求促使相關垂直行業不斷更新進步。隨著城市建設的不斷推進，如何實現更加高效地管理、如何布局智慧城市建設、如何實現工業4.0、如何將物聯網這一歷史趨勢在各行業進行融合成為了一個重要的問題。

1 NB-IoT的發展

基于蜂窩的窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）成為萬物互聯的一個重要部分。2014年5月提出了NB M2M，2015年5月NB OFDMA融入NB CIOT，隨后NB-LTE融入NB-IoT。2016年6月NB-IoT標準基本凍結。LTE移動寬帶互聯網的對象主要是人、滿足高移動性需求、傳輸速度快、能傳輸視頻、聲音等大數據包。而NB-IoT是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術。它的定位是物網，具有低移動性、低速、傳輸數據是小數據包傳輸等特點。

當前的短距離通信技術以及4G網絡在物與物的連接能力上顯示出了不足。而NB-IOT本身具備的四大特點：一是廣覆蓋。它能改進空間的覆蓋：在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB；二是具備支撐海量連接的能力。NB-IoT的一個扇區能夠支持約10萬個連接；三是實現低功耗。NB-IoT終端模塊進行正常通信和待機的電流是mA和uA級別，模塊待機時間可長達十年；四是能實現更低的模塊成本。而且NB-IoT使用License頻段，可采取頻段內、保護頻段或獨立三種運行規模，可與現有網絡共存。

NB-IoT因為具有這些特點，使其可以廣泛地應用于多種垂直行業。例如終端自主上報異常報告、終端自主上報周期性報告、軟件升級或設備重新配置等。具體業務可集中于共享經濟領域、環境監測、智慧城市建設、大型公共基礎設施管理、智能可穿戴設備、智能安防、儀表監測反饋、智能物流分揀、智慧醫療等方向。它所聚焦的低功耗、廣覆蓋的物聯網市場也是當今物聯網市場中的重要部分。如今，移動通信正在從人和人的連接向人與物以及物與物連接的方向發展，萬物互聯是未來必然的趨勢。

2 NB-IoT在垂直行業的應用前景

2.1 市政基礎設施高效管理

隨著城市建設的不斷加快，市政公共基礎設施工程日益增加，廣大區域內部各項基礎設施的增加是無法避免的趨勢。以城市硬井蓋為例，如果無法及時獲取井蓋狀態信息將會對居民的生命和財產以及企業的發展造成損失。目前大部分城市采用人工巡檢的方式來對其進行管理，但由于井蓋數量龐大，人工巡檢效率有限等因素，往往無法及時準確地獲取井蓋狀態信息，從而造成了安全隱患。如何針對深覆蓋的海量節點進行管理成為了發展中的一個問題。隨著新技術NB-IoT的日益成熟，通過RS485對各監測點進行匯總，采用NB-IoT對獲取的市政井蓋數據進行傳輸，實現高覆蓋、強穿透，將管理數據傳輸至處理平臺就可以及時掌握其狀態，在井蓋發生異常情況時可以做到準確定位并快速處理。

2.2 共享經濟領域產品狀態檢測以及設備定位

2017年5月，摩拜單車與四川移動、華為公司達成戰略合作，標志著摩拜單車成為全球首家應用NB-IoT物聯網技術的共享經濟平臺。華為結合GSM網絡的創新QOS保障方案為用戶提供更加快捷準確的業務服務。由于城市環境的復雜性，藍牙、ZigBee、WiFi等短距離通信技術存在信號弱、功耗大、覆蓋能力不足、穿透能力差、信號區域受限等缺陷。但穩定高效的NB-IoT網絡基于中國電信運營的800MhzNB-IoT網絡，即使單車被停在地下車庫、城市隧道等信號難以覆蓋的區域用戶也可以快速完成解鎖。單車也可通過數據傳輸實現“隨機密碼”的生成，從而保證單車的安全性；另外采用AA電池可以實現其長時間待機工作。如今通過NB-IoT模塊、移動運營商NB-IoT基站、NB-IoT核心網、IoT連接管理平臺、相關行業應用服務器這一鏈條為各行業實現商用提供了很好的解決方案。日前，我國多個城市已經開始推進NB-IoT基站網點建設，遼寧省已經順利完成一期基站建設任務，實現了全省城及縣城的NB-IoT“連續覆蓋”，并與企業在共享經濟等多個領域展開協作。

2.3實現對超大型停車場的監測管理

隨著經濟社會的不斷發展，外出自駕游尤其是節假期期間選擇自駕出行的居民快速增加。景區停車場通常具有超大容量的特點，如何實現快速出入、如何方便快捷的引導車主找到車位并完成支付成為了大家關注的一個焦點問題。隨著智能化的推進，對超大型停車場進行改造刻不容緩。針對超大型停車場，通過進入時識別車牌信息并提供手持設備、在車位處安裝相應的感應器監測車位狀況、通過位于車道上的感應器感應道路擁擠程度、通過NB-IoT接入大量節點并傳遞數據信息，最后經過后臺處理計算，傳輸至手持設備實現為駕駛人提供最優路徑選擇以及停車場車位管理。

3 NB-IoT的基礎建設以及對EPC核心網改造

近些年，機器學習、深度學習、人工智能等領域都取得了快速地發展，為各行各業的轉型升級提供了技術支持。但對于相關行業的未來發展，通過核心網建設--設備聯網--應用服務器--算法設計--云計算—具體行業設備開發--實現工業升級將是總體上的解決方案。其中物聯網是促進各行業等發展的重要基礎環節，如何高效安全有序的實現設備聯網是當今各個行業的挑戰。我們可將NB-IoT基站建設歸入到現有的電信運營商的建設計劃中，利用現有基礎設施的建設基礎進行現網部署。除此之外，還可以借助網絡切片技術或建設NB-IoT的專用核心網絡來實現。

4 結束語

NB-IoT行業統一標準的出現以及NB-IoT運營商巨大的客戶群規模，對起步較早的Sigfox和LoRa等技術產生了很大的優勢。對大量設備的檢測和控制將會是它的核心應用部分。在未來，NB-IoT將推進萬物聯網時代的發展，使物聯網產業向著更加安全、快速、可靠的方向發展，并通過自身地不斷演變來滿足各行業不同的需求，甚至會促使下一次工業革命的到來。

參考文獻

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