NB-IOT 技術(shù)淺析

馬亞蕾

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710100）

0 概述

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)并將聯(lián)網(wǎng)范圍擴(kuò)展的萬(wàn)事萬(wàn)物的重大技術(shù)創(chuàng)新。中國(guó)政府提出《物聯(lián)網(wǎng)2020行動(dòng)計(jì)劃》。物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線通信技術(shù)可以分為兩種：（1）短距離無(wú)線接入技術(shù)，例如：Zigbee、WIFI、藍(lán)牙、Z-wave等；（2）低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN：low-power Wide-Area Network），NB-IOT，Lora,Weigthless,802.11ah,NB-IOT都屬于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種。

NB-IOT 技術(shù)具有覆蓋廣、部署成本低、功耗低、多連接的特點(diǎn)，以可以在全球范圍廣泛應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。NBIOT 支持待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。2017 年7 月13 日，ofo 小黃車與中國(guó)電信、華為共同宣布，三家聯(lián)合研發(fā)的NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng))“物聯(lián)網(wǎng)智能鎖”全面啟動(dòng)商用。本文介紹了NB-IOT 技術(shù)的歷史由來(lái)并針對(duì)其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)探討了其應(yīng)用場(chǎng)景。

1 NB-IOT 技術(shù)概述

萬(wàn)物互聯(lián)的背后離不開(kāi)短距離和長(zhǎng)距離無(wú)線通信技術(shù)，我們熟知的藍(lán)牙、WIFI、Zigbee 技術(shù)都是為短距離無(wú)線通信服務(wù)的，而長(zhǎng)距離無(wú)線通信中，2G,3G,4G 技術(shù)扮演著重要的角色。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，萬(wàn)物互聯(lián)已經(jīng)從手機(jī)電腦跳躍到萬(wàn)事萬(wàn)物，環(huán)境也不僅僅局限在室內(nèi)，而是延伸到整個(gè)城市。例如，智慧城市的互聯(lián)互通數(shù)據(jù)來(lái)源于基礎(chǔ)設(shè)施，遠(yuǎn)程抄表、智慧農(nóng)業(yè)、智慧畜牧、智慧泊車等。這樣基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)量一般都比較小，只有幾KB，如果采用4G 移動(dòng)通信技術(shù)，其核心優(yōu)勢(shì)高數(shù)據(jù)速率和寬帶傳輸并不能得到有效發(fā)揮。同時(shí)，傳統(tǒng)的2G、3G、4G 技術(shù)并不能充分滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備低功耗、低成本的連接需求。因此NB-IOT 應(yīng)運(yùn)而生，它寄托著電信行業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)龐大產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的美好憧憬。其優(yōu)勢(shì)包括：NB-IOT 只需要非常窄的頻譜就可以正常工作，一個(gè)扇區(qū)能夠支持10 萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在大數(shù)據(jù)方面，NB-IoT 連接所收集的數(shù)據(jù)可以直接上傳云平臺(tái)，這項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是藍(lán)牙技術(shù)和wifi 技術(shù)所不可實(shí)現(xiàn)的。

5G 技術(shù)帶來(lái)更快的網(wǎng)速，將萬(wàn)物連入網(wǎng)絡(luò)。NB-IoT 可以認(rèn)為是5G 商用的前奏和基礎(chǔ)。NB-IoT 的演進(jìn)在5G 技術(shù)的發(fā)展和全面應(yīng)用中扮演著非常重要的角色。5G 有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，LTE(授權(quán)頻道)、LTE-U（非授權(quán)頻道）、NB-IoT(授權(quán)頻道)。

NB-IoT 最大的特點(diǎn)是傳輸距離能夠達(dá)到10 公里，可連接終端數(shù)目龐大，數(shù)據(jù)可以直接上傳云端。因此，該技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用帶來(lái)了良好的技術(shù)支持，例如在城市管理中的遠(yuǎn)程抄表、智慧井蓋、智慧路燈、智慧垃圾桶。共享單車采用的智能鎖系統(tǒng)就是NB-IoT 技術(shù)的全面商用。

2 NB-IOT、Zigbee、LoRa 技術(shù)比較

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)在組網(wǎng)過(guò)程中有無(wú)線和有線兩種方式。在無(wú)線組網(wǎng)中常見(jiàn)的有Zigbee、LoRa、NB-IOT 等。Lora是由Semtech 公司研發(fā)的低功耗廣域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)。LoRa 產(chǎn)業(yè)鏈成熟比NB-IoT 早，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的業(yè)務(wù)需求和技術(shù)空窗期，部分運(yùn)營(yíng)商選擇部署LoRa。LoRa與WIFI 或者WLAN 沒(méi)有任何關(guān)系，屬于一種新型的基于1GHz 以下的超長(zhǎng)距離低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，和WIFI 相同的點(diǎn)在于均利用非授權(quán)頻段，但是頻段有所不同。LoRa 利用1GHz 以下頻段，而WIFI 在2.4、5.8GHz 頻 段。NBIOT、Zigbee、LoRa 三中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)比較見(jiàn)表1。

從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)看，NB-IOT 最明顯的優(yōu)勢(shì)就是數(shù)據(jù)采集后直接被上傳到云平臺(tái)，無(wú)需通過(guò)網(wǎng)關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)部署不受限制。

從技術(shù)指標(biāo)角度，NB 與LoRa 沒(méi)有太大差異，但是LoRa 在頻率使用和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面存在劣勢(shì)。從產(chǎn)業(yè)鏈方面，LoRa 產(chǎn)業(yè)成熟更早一些，因此其商業(yè)應(yīng)用、芯片和終端方面相比NB 目前來(lái)看更早一些，但隨著NB—IoT 的成熟商用，其終端、產(chǎn)業(yè)鏈將比LoRa 有更大優(yōu)勢(shì)。從組網(wǎng)方面，LoRa 的網(wǎng)絡(luò)部署由于是全新的東西，對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言，需要進(jìn)行全新建設(shè)全套LoRa 設(shè)備，包括LoRa 的基站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器部分。NB 是由4G 升級(jí)部署，從中國(guó)電信來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)即實(shí)現(xiàn)NB 和LTE 雙模網(wǎng)絡(luò)。LoRa使用非授權(quán)頻譜，干擾問(wèn)題無(wú)法解決。綜上，NB—IoT 比LoRa 更適合在運(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模部署。

表1 NB-IOT、Zigbee、LoRa技術(shù)比較

3 NB-IoT 應(yīng)用

3.1 畜牧養(yǎng)殖

近年來(lái)，消費(fèi)者對(duì)于牲畜肉質(zhì)品質(zhì)要求越來(lái)越高，畜牧業(yè)中放養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)不僅在于能夠降低飼料成本，也能夠提高牲畜肉質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)和口感。人工放養(yǎng)需要耗費(fèi)人力和財(cái)力，同時(shí)有安全隱患，利用GPRS 定位牲畜可以解決這個(gè)問(wèn)題。然而，GPRS通訊基站覆蓋強(qiáng)度和容量以及電池續(xù)航都會(huì)造成一系列困擾。

NB-IoT技術(shù)能夠容納通訊基站用戶量是GPRS的10倍，同時(shí)擁有超低功耗，待機(jī)時(shí)間可以達(dá)到10 年之久，節(jié)省更換電池的人力。在沒(méi)有工人參與下，可以隨時(shí)在云平臺(tái)關(guān)注個(gè)體的心跳、呼吸、進(jìn)食、體重以及是否與其他群體發(fā)生分離的信息。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展也來(lái)源于此。

3.2 遠(yuǎn)程抄表

在能源管理領(lǐng)域里，從傳統(tǒng)人工抄表到2G 網(wǎng)絡(luò)抄表，再到NB-IoT遠(yuǎn)程抄表，水氣表的抄表越來(lái)越安全、高效便捷。NB-IoT 遠(yuǎn)程抄表的優(yōu)勢(shì)在與海量接入、快速部署、統(tǒng)一開(kāi)放平臺(tái)、低成本安裝。

3.3 井蓋監(jiān)控

智慧城市的發(fā)展需要市政公共基礎(chǔ)設(shè)置地下管廊增多，井蓋的增加是不可避免的。井蓋的監(jiān)控顯得尤其重要，如果不能及時(shí)獲知井蓋狀態(tài)則有可能對(duì)城市公共基礎(chǔ)設(shè)施造成威脅。目前大部門城市仍然是靠人工巡檢管理井蓋，不能及時(shí)有效獲取信息，導(dǎo)致各種隱患。

使用NB-IoT 技術(shù)進(jìn)行井蓋監(jiān)控不再需要人工巡查，數(shù)據(jù)全部自動(dòng)傳輸?shù)狡脚_(tái)上。強(qiáng)大的信號(hào)覆蓋范圍可至室內(nèi)和地下室，可以在井蓋監(jiān)測(cè)中實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。

3.4 智能鎖

智能家居行業(yè)離不開(kāi)智能鎖的應(yīng)用，為滿足安全需求，智能鎖需要擁有內(nèi)置電池，采集各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)以及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器并對(duì)異常情況通過(guò)APP 端向用戶發(fā)出警報(bào)。智能鎖電池需要使用壽命長(zhǎng)，需要強(qiáng)信號(hào)覆蓋，NB-IoT 技術(shù)的強(qiáng)覆蓋，廣連接，低功耗都可以滿足這些需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了NB-IOT 技術(shù)的來(lái)歷和特點(diǎn)，并結(jié)合其他相關(guān)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)NB-IOT 應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，后續(xù)將對(duì)NB-IOT 技術(shù)的具體應(yīng)用和相關(guān)項(xiàng)目發(fā)開(kāi)進(jìn)行具體研究。