窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB—IoT的現(xiàn)狀及常見應(yīng)用

高翼飛 黃小燕

[摘 要] 物聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)的人人互聯(lián)的基礎(chǔ)上衍生發(fā)展來的物物互聯(lián)。而窄帶物聯(lián)網(wǎng)則是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要分支。首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀、在商用領(lǐng)域應(yīng)用所產(chǎn)生的成果，以及窄帶物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景，同時對NB-IoT的特點進行了介紹和分析，包括覆蓋面積廣、通信速率低、功耗非常小、海量接入數(shù)、模塊成本低、超高安全性、超強穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)。最后介紹了窄帶物聯(lián)網(wǎng)在一些領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

[關(guān) 鍵 詞] 物聯(lián)網(wǎng)；窄帶物聯(lián)網(wǎng)；NB-IoT

[中圖分類號] TP393.4 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）30-0216-01

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是在傳統(tǒng)的人人互聯(lián)的基礎(chǔ)上衍生發(fā)展來的物物互聯(lián)。自Kevin Ashton教授提出物聯(lián)網(wǎng)的概念以來，經(jīng)過全世界范圍內(nèi)的企業(yè)及高校的研究和推廣、政府的重視、支持和強勢推動，已經(jīng)成為具有戰(zhàn)略意義的新興產(chǎn)業(yè)，同時也引發(fā)了新一輪的經(jīng)濟增長。據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2017-2023年中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場需求預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》顯示，中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模由2008年的780億元發(fā)展為2016年的9350億元。2017年7月23日運營商國際網(wǎng)在北京發(fā)布的通訊、手機、家電、互聯(lián)網(wǎng)以及IT數(shù)碼五大職業(yè)研究陳述顯示，今年上半年我國物聯(lián)網(wǎng)商用規(guī)模接近5000億元。

作為物聯(lián)網(wǎng)的一個重要分支之一。窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT使用License頻段，通常通過帶內(nèi)、保護帶或獨立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。該技術(shù)開發(fā)的目的是在廣泛的地域、深入城市的基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)及生活領(lǐng)域，需要大規(guī)模部署低功耗的海量傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備從而實現(xiàn)高效的通信。在低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場中發(fā)展迅猛。2016年6月16日，NB-IoT標準核心協(xié)議正式獲得批準，全球運營商有了基于標準化的物聯(lián)網(wǎng)專有協(xié)議。同時也標志著NB-IoT即將進入規(guī)模商用階段。在國內(nèi)，由于政府的大力支持，三大電信運營商及華為、中興等企業(yè)的推動。特別是今年2月13日，中國電信發(fā)布“NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）企業(yè)標準”。標志著2017年中國已經(jīng)進入了窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT商用元年。

一、窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT具備的八大特點

1.覆蓋面積廣：通過改進的室內(nèi)覆蓋方式，在同樣頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)增益20dB，覆蓋面積擴大100倍。

2.通信速率低：NB-IOT是典型的窄帶應(yīng)用速率，具備窄帶通信的結(jié)構(gòu)相對簡單、速率低、延時較長等基本特點，對設(shè)備要求較低。

3.功耗非常小：NB-IoT主要應(yīng)用于小數(shù)據(jù)量、小速率，因此NB-IoT設(shè)備的功耗可以做到非常小，通常所用的電池具有5～10年的使用壽命。

4.海量接入數(shù)：NB-IoT比GSM網(wǎng)絡(luò)有50～100倍的上行容量提升，因此，在基于同一基站下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供50～100倍的接入數(shù)，因此具有極大的容量。

5.模塊成本低：由于低速率、低功耗、低帶寬帶來的緩存小、RF設(shè)計要求低，算法簡單，使NB-IoT芯片集成度高，成本也隨之變低，通常情況下，所需使用的單個接連模塊不超過40元。

6.超高安全性：NB-IoT發(fā)展的主要推手是三大電信運營商及華為、聯(lián)想、中興等企業(yè)，它有效繼承了4G網(wǎng)絡(luò)的安全性，從而確保了用戶數(shù)據(jù)的安全。

7.超強穩(wěn)定性：NB-IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，通過與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基站復用，降低了部署的成本，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。同時，由于NB-IoT不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的語音和數(shù)據(jù)帶寬，而使用單獨的180KHz頻段，保證傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)同步穩(wěn)定進行。

8.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)：NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在基于FDD LTE技術(shù)的4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，但針對NB-IoT優(yōu)化流程，通過引入MME和SCEF之間的接口及HSS和SCEF之間的接口，從而增加了業(yè)務(wù)能力開放單元（SCEF）以及支持控制面優(yōu)化方案和非IP數(shù)據(jù)傳輸，因此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更有針對性。

二、窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT的常見應(yīng)用

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的特點、不斷創(chuàng)新的業(yè)務(wù)、海量的連接需求，為運營商及企業(yè)帶來了絕佳的商業(yè)契機和利潤空間。同時，由于其具備的覆蓋廣、功耗小、成本低的優(yōu)勢，也會在“短距+網(wǎng)關(guān)”業(yè)務(wù)市場中嶄露頭角。具體體現(xiàn)在以下領(lǐng)域：

1.公共事業(yè)：如智能水表、智能電表、智能氣表、智能追蹤、大氣監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、水文監(jiān)測等。

2.智慧城市：如智能小區(qū)、智能路燈、智能停車、距離預(yù)警、智能導航、文物保護等。

3.智慧工業(yè)：如智能制造、流水線控制、安全控制、能源控制、消防控制等。

4.智慧農(nóng)業(yè)：如農(nóng)田灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜牧養(yǎng)殖、智能大棚等。

5.智慧三產(chǎn)：如智能建筑、智能物流、共享單車、共享汽車等。

6.智能家居：如智能網(wǎng)關(guān)、智能電器、智能插座、智能遙控等。

NB-IoT在標準體系統(tǒng)一、擴展能力上具有巨大優(yōu)勢，必將成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在全球部署的有力推動者。因此，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的推廣和應(yīng)用，將極大地方便國家公共事業(yè)管理、工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、商業(yè)旅游業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必將取得極大的經(jīng)濟和社會效益，促進人民生活水平的提升。

參考文獻：

[1]戴國華，余駿華.NB-IoT的產(chǎn)生背景、標準發(fā)展以及特性和業(yè)務(wù)研究[J].移動通信，2016（7）：31-36.

[2]張萬春.NB-IoT系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中興通訊技術(shù)，2017（1）：10-14.