NB-IoT窄帶物聯網技術現狀及發展趨勢

王瑞琦 鄭州大學信息工程學院/河南省信息咨詢設計研究有限公司

引言：物聯網技術是對互聯網技術的又一次發展，通過這個網絡可以做到物物之間的信息共享和數據交換。物聯網相對于互聯網而言是一種更高級的網絡技術，物聯網技術具有智能化、精準化、實時化等特點，能夠實現對信息的感知、監測、采集等功能。由于移動蜂窩網自身具有覆蓋范圍廣、可靠性高、部署便利等特點，可以為物聯網提供高效可靠的連接技術，因此移動蜂窩網與物聯網的融合是未來網絡發展趨勢。

1 NB-IoT技術性能特點

1.1 覆蓋范圍廣

頻段相同的情況下，基于蜂窩的窄帶物聯網(NB-IoT)技術與現網相比，增益能夠增加約20dB，同時其覆蓋的范圍也更廣。信號上下行時，通過信號的重復傳輸以及對信號采取合并接收的方式，能夠使信號質量得到有效的提高，還可以根據覆蓋廣、功耗低對重復傳輸次數進行調整。與目前的GSM網絡相比，其上行功率譜的密度獲得了增加，使覆蓋的深度及廣度獲得了顯著的提高，從而使得在地下管道或地下車庫等場景也可以接收到信號，使應用場景進一步擴大。

1.2 低功耗

NB-IoT的一項重要應用性能指標就是低功耗，適合用于一些無法經常更換電池的場合或設備。NB-IoT技術能夠使終端芯片的復雜度得到有效的降低，工作電流小，減少耗電量并簡化了空口信令，使傳輸的效率獲得了提高，從而減少了位置更新的發送次數。另外R12版本協議新增設了節電模式PSM，從而使終端能夠更長時間的停留于深睡眠狀態；而R13版本進一步引入了非連續性發生擴展eDRX，減少終端監聽網絡的頻度，使處于空閑模式的終端睡眠周期得到了進一步的延長，也使接收單元減少了不必要啟動。

1.3 低成本

NB-IoT技術通過各種方法實現了終端芯片成本的降低。將其終端的工作帶寬減少到200kHz，從而降低了基帶的復雜性；而將峰值的速率降低到100kbps，使低速率對于大緩存的需求相應的減少；降低峰均比、單天線半雙工等提高功放效率的設計，降低了RF的設計成本。另外NB-IoT無需重新建網，射頻和天線基本上都可實現與現網設備復用，低速率、低功耗、低帶寬同樣給芯片以及模塊帶來了低成本的優勢。

1.4 大連接

在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供約五十倍的接入數。一個扇區能夠支持十萬個連接，并且支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構；同時還具有頻譜效率高、終端激活比極低、小包數據發送等特征。

2 物聯網技術分析

2.1 RFID技術

RFID(Radio Frequency Identification)即射頻識別技術是借助于無線電信號碼對指向對象進行精準識別并獲得相關信息的一種新型通信技術。RFID技術的實現原理其實很簡單，當目標對象進入到射頻信號覆蓋范圍之后，接收解讀設備發出的電磁射頻信號能夠實現對目標對象的捕獲，或者由目標對象主動發出特定的電磁信號，然后由接收解讀器進行接收，最后把收到的信息輸送到信息處理設備進行處理。RFID技術具有掃描速度快、設備微型化、耐用性強等特點。

2.2 傳感器技術

傳感器技術是采集信息的關鍵技術，可以把傳感器技術看成整個物聯網技術的起點。目前傳感器的種類繁多，且傳感器設備正朝著小型化、精準化、智能化的方向發展。傳感器在無線網絡中布置較多，在有線網絡中的應用較少，所以傳感器的分布不會受到有線線路分布的影響，具有組網簡單、部署靈活機動的特點。傳感器技術一般是在近距離范圍內使用，因而安全性高且功率較低，并能夠延長電池的使用壽命。

3 NB-IoT的網絡架構和應用

3.1 NB-IoT技術的網絡架構

NB-IoT的系統由應用平臺、核心網、終端側以及無線側四個部分組成。其終端側是主要的感知層，負責將所采集的數據通過接入網和核心網向服務平臺傳送；無線側是主要的接入網絡，能夠以其優異的覆蓋性能為接觸終端提供基礎；核心網的SGW以及MME網元則必須新建，可以對HSS和PGW網元進行改造，為NB-IoT網絡提供支持；對物聯網的業務統一進行管理的就是應用平臺，其能夠對NB-IoT網絡的應用進行拓展。

3.2 NB-IoT的應用

NB-IoT技術在實際應用領域具有多項優勢，其所包含的網絡層、感知層以及應用層能夠與行業的應用進行緊密的結合，能夠使物聯網實現智能化的應用。物聯網能夠在智慧城市、智能電網、智能制造以及醫療保健和公共設施等多個領域展開應用。

中國電信已建成全球首個全覆蓋的新一代窄帶物聯網商用網絡，目前已在深圳實現窄帶物聯網商用全覆蓋。截至目前已有近1200塊“智慧水表”投入了使用；最近“智慧燃氣”首批遠傳抄表也已在深圳投入商用6000 個。

南京移動將路燈行業應用作為NB-IoT重要試點方向，聯合市路燈管理處共同推動基于“單燈控制”的路燈智能化研究，可滿足遠程管理、故障定位、環保節能的智能路燈管理需求。

4 NB-IoT 通信技術發展趨勢

物聯網將會為良好的商業模式形成提供科學保障，并使與之相關的網絡可靠性增強，使得不同要素之間能夠保持良好的互聯狀態。在此基礎上，NB-IoT 低速率窄帶物聯網通信技術良好的發展趨勢將更加明顯，物聯網的發展水平也將保持在更高的層面上，將會為我國信息化產業規模擴大給予必要的技術支持。

結合云計算技術的應用及大數據時代的發展狀況，為了使物聯網發展中能夠形成符合其可持續發展需要的商業生態模式，其未來發展中將會加深對 NB-IoT 的依賴程度，即 NB-IoT技術將會處于良好的發展狀態，滿足不同行業的生產需求。同時在 NB-IoT技術的支持下，也將形成良好的垂直應用場景，像智能氣表與水表所屬的公共事業領域、智能路燈及垃圾箱所涉及的智慧城市建設等，都需要該技術發揮出應有的作用。

結束語：物聯網技術的應用和發展將深刻改變我們工作、生活以及娛樂的方式。從生產領域的自動化到日常生活中的家用電器以及新興的穿戴式傳感器，在未來發展的各個領域中都將有物聯網的介入。各種形式的網絡隨著科技的進步不斷的發展，使人們可以通過網絡獲得的各種環境信息對自己的工作和生活進行設計，從而使我們的生活更加便捷和安全，同時還能夠對資源更加合理的進行利用，促進人與自然環境的和諧發展，留住金山銀山，更快更好的實現每個人的中國夢。