基于智慧城市建設的NB—IoT應用研究

明勇杰 邢林芝

【摘 要】智慧城市的健康發展往往和物聯網所分不來。NB-IoT是目前即將出現的5G時代標準之一，其主要面向的為物聯網場景，通過覆蓋廣、容量小以及成本低等優點在建設智慧城市帶你各種發揮著重要作用。因此，本文在NB-IoT技術進行介紹的基礎上，詳細的分析了NB-IoT技術在智慧城市建設過程當中的應用，力求進一步促進智慧城市持續健康的發展。

【關鍵詞】智慧城市；物聯網技術；NB-IoT技術

智慧城市是通過物聯網技術作為基礎，對城市進行高度現代化狀態的創造。在互聯網媒體等手段的輔助下，城市將會有著隨時都有互聯的感知，高度智慧型應用和全面協調持續創新等特點。它的實質為將所有的事物聯系的思想理念，利用現代的信息技術在城市建設過程當中進行實現，力求更好的智能化管理城市，提升人們的生活質量，給人們帶來更加的便利。

一、NB-IoT技術

NB-IoT技術是在蜂窩窄帶物聯網的基礎上，作為對傳統蜂窩網絡升級，其能夠通過電信運營商更好的將其部署到傳統LTE網絡當中，升級成比較簡單，并且僅僅占有很小空間的頻帶。在未來到來的5G時代，需要我們更好的實現可靠低時延時的數據通信，移動寬帶增強以及所有事物間的信息互聯，然而互聯網發展的重點方向就是NB-IoT技術。NB-IoT技術的出現是為了適應當前物聯網部署對支持大系統容量以及大規模連接的需求，其要求人們盡量減小信令開銷的過程中，確保低成本功耗設備在物聯網當中進行更高質量的蜂窩互聯。

物聯網組網技術主要含有兩種類型，分別為無線以及有限。在蜂窩網絡基礎上的NB-IoT技術是一類低功耗的廣域網，也就是在無線組網當中進行長距離的無線通信技術。NB-IoT技術當中航鏈路內應用單載波特性的多址方式，其應用了BPSK以及QPSK等進行了調制。為了能夠讓NB-IoT的終端功率消耗盡量減小并且增加設備的待機時間，上行鏈路將單頻傳輸的模式進行引入其中。單頻傳輸模式一共含有四十八個子載波，除了過去的LTE網絡內規范的15kHz子載波間隔，還需要重新的接入3.75kHz子載波間隔以求達到更大的系統容量。上行鏈路傳輸理論速率約在160～200kb/s之間。與單頻模式對應的多頻模式子載波間隔為15kHz，傳輸速率在160～250kb/s之間。相比而言，多頻方式能達到更高的峰值速率，而單頻方式能有效降低終端功耗，實現更大的容量和更廣的覆蓋。NB-IoT技術的下行鏈路為了盡量和現有的LTE下行的鏈路確保一致，應用了間隔為15kHz的OFDMA子載波，調制方式為QPSK，傳輸速率在160～250kb/s間，最多有AP0和AP1兩個天線端口可以支持。NB-IoT和傳統網絡相比具有更低的設備功耗、更廣的信號覆蓋、更低的硬件成本、更大的系統容量。

二、基于NB-IoT的智慧城市的應用

2.1城市基礎設施方面的應用

城市基礎設施含有智慧垃圾桶、智慧停車場以及智慧公交車站等。通過智慧停車系統作為案例，對于智慧城市重要基礎，智慧停車場盡管臂架基礎，然而卻是不可或缺的。目前，我國的汽車制造行業和汽車市場的發展不可分割。迅速增加的汽車數量以及有限停車資源間存在著激烈的矛盾。停車難以及停車貴變成困擾車主的困惱。在未來發展過程當中，智慧停車系統將會分布到各個角落。傳統的智慧停車場能夠通過停車場當中安裝智能感應裝置，并且和進入到停車場用戶智能手機來數據通訊。用戶利用手機App將請求的參數發送到停車場的管理后臺當中。通過后臺管理系統來實時的進行調度，將車位信息和導航信息傳到用戶手機當中。除此之外，對停車場當中行使的車輛來全方面的進行跟蹤定位，科學的對車流進行疏導，進而預防出現安全事故。

因為停車場大多建造在商場的負一層，網絡信號存在比較差的覆蓋。對車主來說，要對接收到的后天系統導航信息進行實時的接收，進而確保行車更加安全。所以，傳統網絡不能夠夠用戶基本需求進行滿足。NB-IoT突出優點是必傳統LTE網絡覆蓋深度進行加深。在NB-IoT技術的基礎上的智慧停車系統要優化升級現在的蜂窩網絡，不能重新進行部署。它的信號覆蓋強度是GPRS網絡一百倍，其是現在LTE網絡十倍。它的接入能力要比其他的技術要強，即使在低下車庫也能夠讓車主實時的對后臺信息進行間斷。車檢器利用了NB-IoT硬件設備，其有著比較強的抗干擾能力，另外大大減小了設備成本。電池電量當比閾值要低的時候，就會通過數據中心及時的進行預警，繼而維修人員可以迅速的更換電池。

2.2醫療行業的應用

醫療行業的應用包括智能穿戴設備、智能血壓計、智慧醫院、智能臨床監控等。在可以預見的未來，醫療行業也將成為物聯網技術大放異彩的舞臺。人工智能將把醫療服務業推上一個新高度。醫療行業以智能血壓計為例，智能終端將測量數據通過無線網絡自動上傳至數據中心進行整理和分析，同時生成便于老人讀懂的健康分析和圖表報告并給出相關建議，分析結果被發送至用戶的手機App，使用戶可在任何時間任何地點獲取自己及家人的身體健康狀況。

傳統智能血壓計基于GPRS網絡進行數據傳輸，在許多信號覆蓋不好的地方，用戶數據不易發送至云端，嚴重影響用戶的使用體驗。NB-IoT技術具有硬件價格低廉，功耗低的優勢，且其室內覆蓋性極好，遠遠強于GPRS網絡，能夠提供電信級的可靠接入。使用了NB-IoT技術的智能血壓計具有極強的抗干擾能力，即使在惡劣環境下也能及時將用戶的健康信息上傳。

2.3智慧建筑

智慧建筑包括報警系統、采暖通風與空調系統等。建筑的智能化要求我們在建筑中加入溫濕度、安全、有害氣體等傳感器并定時將監測到的數據上傳，用戶可使用手機App遙控建筑內的各項環境參數使其達到適宜人居住的范圍。以智慧建筑中的智慧空調系統為例，空調應當包含溫度控制，濕度控制，氣流速度控制，空氣潔凈度控制等幾個主要功能。對于居民住宅，空調系統需要時刻保持房間內的空氣濕度、環境溫度在一個合適的范圍內變化，而對于養殖場、農場等特殊場所，由于生產需要，必須讓環境內的各項參數按照一定的函數規律變化以增加產量，因此要支持人工設置變化函數的功能。空調作為南方家庭夏天消暑降溫的必備電器，其價格的高低是決定其能否進入普通百姓家庭的關鍵因素，如果一臺智能空調的價格高達數萬元，那么就失去了普及和便民的意義。現如今，市場上的普通空調動輒要四五千元，更不必說加入了3G、4G模塊和各種傳感器的智能化空調了。NB-IoT芯片價格低于2G主芯片，在大規模使用情況下，單塊成本可降至1美元，其模塊價格也僅需2美元，遠遠低于GPRS和3G、4G模塊。運營商維護成本較傳統網絡低許多，且政府會出臺相關政策提供一定的補貼，大大降低了智能空調的市場價格。

三、結論

隨著城市信息基礎設施建設的日漸成熟，人們對城市智慧化的需求也越來越迫切。對物聯網這一智慧城市的關鍵技術的研究更是箭在弦上。NB-IoT將改變物聯網M2M行業標準不統一的現狀，刺激物聯網產業迎來爆炸式發展。可以預見，在不久的將來，NB-IoT在智慧城市建設中扮演的作用會越來越重要，并就此開啟萬物互聯的新領域、新時代。

【參考文獻】

[1]馬士玲.物聯網技術在智慧城市建設中的應用[J].物聯網技術，2012，2（2）：70-72.