窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB—IoT的現(xiàn)狀及常見(jiàn)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(lái)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(gè)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(shí)對(duì)NB-IoT的特點(diǎn)進(jìn)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(qiáng)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(hào)] TP393.4 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 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(lái)的物物互聯(lián)。自Kevin Ashton教授提出物聯(lián)網(wǎng)的概念以來(lái)，經(jīng)過(guò)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(qiáng)勢(shì)推動(dòng)，已經(jīng)成為具有戰(zhàn)略意義的新興產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也引發(fā)了新一輪的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2017-2023年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》顯示，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)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(yùn)營(yíng)商國(guó)際網(wǎng)在北京發(fā)布的通訊、手機(jī)、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(guó)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(gè)重要分支之一。窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT使用License頻段，通常通過(guò)帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)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(kāi)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(shí)現(xiàn)高效的通信。在低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)中發(fā)展迅猛。2016年6月16日，NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議正式獲得批準(zhǔn)，全球運(yùn)營(yíng)商有了基于標(biāo)準(zhǔn)化的物聯(lián)網(wǎng)專有協(xié)議。同時(shí)也標(biāo)志著NB-IoT即將進(jìn)入規(guī)模商用階段。在國(guó)內(nèi)，由于政府的大力支持，三大電信運(yùn)營(yíng)商及華為、中興等企業(yè)的推動(dòng)。特別是今年2月13日，中國(guó)電信發(fā)布“NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”。標(biāo)志著2017年中國(guó)已經(jīng)進(jìn)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(diǎn)

1.覆蓋面積廣：通過(guò)改進(jìn)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(kuò)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(duì)簡(jiǎn)單、速率低、延時(shí)較長(zhǎng)等基本特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備要求較低。

3.功耗非常?。篘B-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(wú)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(lái)的緩存小、RF設(shè)計(jì)要求低，算法簡(jiǎn)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(gè)接連模塊不超過(guò)40元。

6.超高安全性：NB-IoT發(fā)展的主要推手是三大電信運(yùn)營(yíng)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(qiáng)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(guò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基站復(fù)用，降低了部署的成本，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接。同時(shí)，由于NB-IoT不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)帶寬，而使用單獨(dú)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(jìn)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(lái)，但針對(duì)NB-IoT優(yōu)化流程，通過(guò)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(kāi)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(duì)性。

二、窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT的常見(jiàn)應(yīng)用

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)、不斷創(chuàng)新的業(yè)務(wù)、海量的連接需求，為運(yùn)營(yíng)商及企業(yè)帶來(lái)了絕佳的商業(yè)契機(jī)和利潤(rùn)空間。同時(shí)，由于其具備的覆蓋廣、功耗小、成本低的優(yōu)勢(shì)，也會(huì)在“短距+網(wǎng)關(guān)”業(yè)務(wù)市場(chǎng)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(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文監(jiān)測(cè)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(dǎo)航、文物保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)體系統(tǒng)一、擴(kuò)展能力上具有巨大優(yōu)勢(shì)，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(dòng)者。因此，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的推廣和應(yīng)用，將極大地方便國(guó)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(jì)和社會(huì)效益，促進(jìn)人民生活水平的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴國(guó)華，余駿華.NB-IoT的產(chǎn)生背景、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展以及特性和業(yè)務(wù)研究[J].移動(dòng)通信，2016（7）：31-36.

[2]張萬(wàn)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.