NB-IoT在物聯網中的應用問題及應對策略

摘? 要：如今，世界已經進入萬物互聯的時代，物聯網與我們的日常生活和工作息息相關。NB-IoT屬于低速率、窄帶物聯網通信技術的范疇，在物聯網中使用NB-IoT技術，需要全面了解NB-IoT技術的應用架構和特征，以實際的使用需求為導向，顯著提升其使用價值。本文以智慧水務為例，詳細分析了NB-IoT技術物聯網智慧水務的相關信息，為智慧水務的良性發展奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：NB-loT;物聯網;應用問題;應對策略

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）18-0182-04

Abstract： Today， the world has entered the era of interconnection of all things. The internet of things is closely related to our daily life and work. NB-IoT belongs to the category of low rate， narrowband internet of things communication technology. To use NB-IoT technology in the internet of things， it is needed to fully understand the application architecture and characteristics of NB-IoT technology， and significantly improve its use value guided by the actual use demand. Taking smart water as an example， this paper analyzes the relevant information of NB-IoT technology internet of things smart water in detail， which lays a solid foundation for the sound development of smart water.

Keywords： NB-loT; internet of things; application problem; countermeasure

0? 引? 言

窄帶物聯網的簡稱是NB-IoT技術，也被稱之為低功耗廣域網（LPWAN），屬于新興的物聯網通信技術，包含在物聯網架構體系中，其優勢是能夠在表計的數據抄讀中發揮積極作用。物聯網的核心技術為NB-IoT技術，能夠在廣域網的蜂窩數據連接時為低功率設備提供可靠的支持，數據收發主要是通過移動運營商基站得以實現的，與手機無線網絡通信比較接近。NB-IoT技術占用的頻段為180 kHz，對GSM網絡、UMTS網絡、LTE網絡能夠實現直接的部署。NB-IoT技術物聯網的優勢表現在穿透能力強、覆蓋范圍廣、網絡終端設備連接效率高等，對于那些短時間在線的設備來說，NB-IoT技術物聯網的應用效果非常明顯，從本質上解決了物聯網的連接問題。

1? NB-IoT 技術特征

NB-IoT物聯網在實際應用優勢明顯，主要體現在以下幾個方面：

（1）連接量巨大。在使用NB-IoT技術以后，海量連接的目標得以真正地實現。例如，在某小區里，物聯網能夠為小區中的十多萬用戶提供優質服務，而傳統接入點只能達到NB-IoT技術接入量的十分之一左右，由此可見NB-IoT技術連接量之巨大。

（2）覆蓋深度廣。與4G技術相比，NB-IoT技術的覆蓋深度非常大，增益能夠達到20 dB左右，而4G技術的發射功率不足NB-IoT技術的1%，因此，NB-IoT技術的覆蓋范圍是4G技術的百倍以上。NB-IoT技術的信號和穿透力都比較強，不管是地下室，還是暗井，其信號強度都比較強。

（3）節能性優越。NB-IoT技術以超低能耗模式為主，其非連接性接收的節能技術具有較強的拓展性，如果不是傳輸時段，終端設備會自動處于休眠的狀態，這就使得終端設備中的電池壽命得以延長，提升設備的運行效能。

（4）穩定性較強。NB-IoT技術設置了專用的窄帶頻段，與數據帶寬、語言等網絡因素不會發生任何的沖突，顯著地提升了物聯網運行的安全性和穩定性。

（5）經濟性良好。在硬件和物理層面上NB-IoT技術得到廣泛的應用，該技術使用起來非常方便，與當前流行的4G技術和即將普及的5G技術相比，其不會涉及中間數據采集設備的問題，節省了一筆不小的開支，并且其資費非常低。

2? 在物聯網中NB-IoT技術的架構與層次分析

NB-IoT技術物聯網架構主要包括應用層、開發層、服務支撐層、元數據層、物理層等五個部分，做好物聯網層次與架構分析工作，充分發揮NB-IoT技術的優勢，顯著提升物聯網的使用價值。NB-IoT技術的架構圖如圖1所示。

（1）感知層。NB-IoT技術物聯網的感知層以各種各樣的形式存在，由不同的傳感器構成，不僅包括紅外線傳感器，還包括多種傳感器感知終端，比如溫濕度傳感器、超聲波傳感器等。在物聯網中采集和識別不同設備的傳感器是感知層的主要作用，實現對相應信息的高效獲取。

（2）網絡層。云平臺和窄帶網絡管理平臺是NB-IoT技術網絡層的主要組成部分，感知層將所獲取的信息通過網絡層快速、準確地傳遞出去。

（3）應用層。在物聯網中，應用層向用戶窗口發送各類指令，使其實現智能化、多元化的功用，實現對數據信息的高水平解析。

3? NB-IoT技術應用

3.1? 智慧井蓋

在城市化進程不斷加快的同時，電力、水務、運營商和市政管網的規模也隨之增加，管網井蓋出現丟失或損壞的情況勢必會給公眾生命財產安全造成一定的影響，導致其他行業管道資源無法實現高效的全覆蓋。井蓋看似是一個極小的物件，但是它所發揮的作用卻是不容小覷的。市政、電力和通信等行業戶外管道在使用智能井蓋監控系統以后，使其管理能力發生了巨大的改變。智能井蓋監控系統借助移動互聯網技術快速處理各類問題，并將所搜集的各種數據信息傳輸到監控終端，為監控終端的數據分析提供數據支持。設備層、業務層和應用層構成一個完整的系統，設備內置的通信模塊為設備層，使用LoRa、NB-IoT、GPRS等無線接入模式，由數據采集層將各項信息整合在一起后，向業務應用部門提供端口，用戶根據自身的情況編寫應用程序，發布在平臺上。

3.2? 智慧路燈

日常生活中，照明系統始終發揮著積極作用。依據應用形式的不同，照明系統分為應急、公共、辦公和家庭等幾種照明形式。在資源逐漸匱乏的時代背景下，節能環保已經成為時代發展的核心。辦公照明和公共照明的能源消耗最為嚴重，其特征表現為設備功率比較大、節能空間充足等。采用集中運營模式以后，工作人員定期檢查照明設備的使用情況，用戶主動上報照明設備的維護和使用情況。為了將照明成本和能源損耗降至最低，當務之急就是加快智能化照明管理控制系統的使用范圍，推動節能降耗工作取得最佳的效果。智能照明的具體情況如圖2所示。

3.3? 智慧農業

智慧農業充分利用了當代信息技術成果，并與物聯網技術和網絡技術有機地融合在一起，使農業生產活動實現智能化管理。在農業生產場地中配置不同的傳感節點、預警決策裝置、智能感知裝置，為農業種植提供可靠的信息來源，加快農業現代化發展的步伐。NB-IoT技術的優勢體現為架構優、成本低、連接多、覆蓋范圍廣以及能耗低等，促使智慧農業在絕大多數的農業生產環境中得以全面的推廣，顯著提升智慧農業系統的安全性。

在智慧農業的建設過程中，通過創建多渠道的信息服務通道，加快了現代信息技術融入農業生產加工的速度，促使傳統的農業生產和管理模式發生巨大的改變，實現了飼養動物與種植農作物的精細化管理，帶動農業改造朝著更優的方向發展，推動農村與農業經濟的平穩、健康發展。

以NB-IoT技術為核心的智慧農業系統的使用范圍非常廣，比如，農產品電子商務、農藥殘留檢測、冷鏈物流、農產品質量安全追溯、食用菌、溫室大棚、水產養殖以及農田種植等。將傳感器與NB-IoT技術相結合，實現了全密封設計，顯著提升了其可靠性和安全性，并將成本投入降到最低。與NB-IoT技術移動基站通信建立密切聯系以后，各類農業場景中安裝了先進的設備，使農業生產技術實現質的飛躍。智慧農業發展的具體情況如圖3所示。

3.4? 智慧交通

智慧交通中經常使用的設備有前端手持收費終端、后臺管理中心、云平臺服務器、無線數據網關、無線數據采集器、地磁探測器，等等。通常情況下使用的主要網絡為LoRa組網，借助GPRS、ZigBee將數據快速上傳到后臺中。這種多協議、多節點的傳輸模式，使數據量較大的占道停車項目中容易出現部分節點數據信息丟失的情況，需要采取人工干預的措施予以補救。該模式導致維護成本不斷增加，如果設備出現故障以后得不到及時的修復，就會給客戶造成不同程度的損失。

NB-IoT技術占道停車收費管理系統包含的設備非常多，比如，前端手持收費終端、后臺管理中心、云平臺服務器、NB-IoT基站、NB-IoT地磁車位探測儀等。目前使用的NB-IoT技術占道停車系統的主要傳輸手段為基站，實現了數據的穩定傳輸，設備的平穩運行得到保證，同時還使設備的數據資源共享得以快速地實現。

4? 以智慧水務為例，分析物聯網中NB-IoT技術的應用

4.1? 應用范圍

在智慧水務物聯網中使用NB-IoT技術，其使用范圍包括智能抄表、水平衡中、監測漏點等。本文針對智能抄表展開了相關的研究，通過使用各種各樣的方式顯著提升了研究的效果。水務企業在開展抄表管理工作時，經常會遇到各種各樣的問題。水資源與人們的日常生活息息相關，水表的使用環境比較潮濕、陰暗，給后期的抄表工作造成了很大的困擾。所以，需要不斷完善抄表技術，推動水務企業實現良性發展。

4.2? 需要解決的問題

NB-IoT物聯網在智慧水務物聯網實際應用中存在著一些問題，主要體現在以下幾個方面：

（1）IC卡水表抄表。IC卡水表抄表的付費方式以預付費為主，只有用戶事先將費用繳納后才能為其提供供水服務，將人工抄表的問題控制到最少，其缺點主要表現為用戶易于出現錯誤操作的情況，使得后續維修的工作量不斷增加，需要維修人員到現場處理相關問題，給水務企業的月底和年底營收核算造成嚴重的影響，導致水務企業診斷盈虧的難度系數持續升高。

（2）有線遠傳水表。有線遠傳水表借助LET、網線、信號線等有線連接技術來實時更新抄表數據信息，其缺點表現為數據采集設備和網絡路線投入的成本很高，施工難度大，可以在室外安裝線路的用戶能夠獲得良好的效果，而不能在室內安裝水表和分散用戶卻不能獲得良好的效果。

（3）GPRS物聯網水表。GPRS物聯網水表以2G網絡為媒介完成水表智能化控制和抄表服務，適用于對分散用戶的抄表服務，其缺點表現為投入成本比較高，無線信號不強，內置電池容易出現虧電的問題。如今2G網絡逐漸被運營商所淘汰，給GPRS物聯網水表的使用造成了嚴重的困擾。

4.3? 應用策略

4.3.1? 分析物聯網抄表應用結構

要想提升NB-IoT技術的使用效果，首先要解決抄表管理中所存在的局限性問題，優化升級抄表管理系統，創新抄表智能終端的功能，使水表的智能化水平上升到一個新的高度。在開展此項工作的過程中，NB-IoT技術發揮著積極作用。以NB-IoT技術為核心的物聯網智能水表的主要組件有水表抄收管理軟件平臺、第三方應用服務器、NB-IoT管理服務平臺、NB-IoT核心網、運營商信號接收模塊以及NB-IoT模組等，如圖4所示。

將水表設置在應用層服務器里，不需要對線路和采集設備進行設置，就能為不同類型用戶提供貼心服務。在物聯網智能水表中，NB-IoT技術發揮出了超強的優勢，加快了智慧水務發展的速度，同時還向支付寶、微信等繳費平臺拓展，促使智能水表互通互聯得以快速地實現，如圖5所示。

4.3.2? 分析物聯網抄表應用過程

進一步明確應用結構實施，采取相應措施完善應用過程。使用以NB-IoT技術為核心的物聯網智能水表以后，水務企業使用第三方應用管理系統來定時抄表，如圖6所示，借助基站實現了無線聯網和定時自動抄表，準確地獲取各用戶水表的數據信息，水表自動完成智能待機，節省電池和流量的消耗。

在回傳數據時，數據被傳送到平臺上，平臺將相關數據傳輸到云平臺中，服務器再從云平臺中獲得用戶的相關信息，實現了對用戶用水情況的有效監管，數據獲取也打破了時空束縛。水務企業根據自己的需求，對服務器中存儲的信息進行分析、匯總，判斷用戶的用水情況，及時發現問題，立即采取應對措施。用戶實現自主繳費以后，可依據自身情況選擇最為便利的繳費方式，顯著地提升了水務企業服務用戶的效率。

5? 結? 論

在物聯網中采用NB-IoT技術，為萬物互聯提供了一定的技術保障，其使用范圍較為廣泛，逐漸滲透到各行各業。因此，NB-IoT技術不斷演變為物聯網發展的核心要素。如今5G技術和物聯網技術已走進人們生活的方方面面，隨著AI技術、云計算和大數據等技術的不斷發展和進步，物聯網必將隨之發生翻天覆地的變化，給人們的生活帶來巨大的便利。

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作者簡介：肖祖才（1974.08—），男，漢族，貴州貴陽人，工程師，本科，研究方向：計量設備標準化安全管理研究。