窄帶物聯(lián)網(wǎng)在建設(shè)智慧圖書館中的應(yīng)用構(gòu)想

摘要：窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NBIOT）是具有廣闊應(yīng)用前景的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，也是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的熱點。其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確立后，國內(nèi)外在多個領(lǐng)域展開了該技術(shù)的實施和應(yīng)用，應(yīng)用范圍包括智慧城市、智慧社區(qū)、城市洪澇監(jiān)測、共享單車和互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院等等。智慧圖書館的建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過分析NBIOT技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢及特點，探討NBIOT在圖書館中應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞：NBIOT；智慧圖書館；構(gòu)想

中圖分類號：G250.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13897/j.cnki.hbkjty.2018.0072

1 引言

帶物聯(lián)網(wǎng)NBIOT是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)熱點，可以滿足建設(shè)智慧城市所需的海量的物物相連的技術(shù)要求。2016 年6 月16 日，第三代合作項目——無線接入網(wǎng)絡(luò)（3GPP RAN） 第72 次會議順利結(jié)束，由NBCIOT 和NBLTE 融合形成的NBIOT R核心協(xié)議在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4 四個工作組均已凍結(jié)，標(biāo)志著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)入了新階段[1]。3GPP組織建立標(biāo)準(zhǔn)僅僅過去了一年的時間，中國工信部在2017年6月6日發(fā)布《關(guān)于全面推進(jìn)移動物聯(lián)網(wǎng)（NBIOT）建設(shè)發(fā)展的通知》（工信廳通信函【2017】351號），通知要求各省、自治區(qū)、直轄市及新疆建設(shè)兵團“建設(shè)廣覆蓋、大連接、低功耗移動物聯(lián)網(wǎng)（NBIOT）基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展基于NBIOT技術(shù)的應(yīng)用”[2]。隨著通知發(fā)布，在中國各地NBIOT在多個領(lǐng)域得到實施和應(yīng)用，內(nèi)容涉及到智慧社區(qū)、城市洪澇監(jiān)測、智能井蓋、共享單車、智慧水務(wù)、智能電表、智能水表、智能停車、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院等等，發(fā)展速度非常迅速。NBIOT低速率窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了一個非常大的市場規(guī)模，形成了以萬物互聯(lián)的形態(tài)物聯(lián)網(wǎng)[3]。據(jù)IT調(diào)研與咨詢服務(wù)公司Gartner和國際數(shù)據(jù)公司IDC研究報告稱，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接將超過百億，蜂窩連接占比超過10%[4]。

NBIOT具有多種技術(shù)優(yōu)勢，多個領(lǐng)域都在積極部署應(yīng)用，但在圖書館方面關(guān)于NBIOT技術(shù)的應(yīng)用卻鮮有報道。本文通過研究分析NBIOT技術(shù)的特點優(yōu)勢和它在其他領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討在圖書館中應(yīng)用NBIOT的可行性。

2 NBIOT技術(shù)特點

物聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術(shù)種類有多種，以信號傳輸?shù)木嚯x來劃分，有短距離通信技術(shù)，如Zigbee、WiFi、藍(lán)牙、Zwave；長距離的有LPWAN（lowpower WideArea Network）低功耗廣域網(wǎng)。LPWAN也分為兩種：一種是LoRa、SigFox，它們的工作頻譜是未授權(quán)的，其缺點是在信息安全、移動性、容量等方面存在缺陷[4]；一種是授權(quán)頻譜，3GPP組織支持2G、3G、4G蜂窩通信技術(shù)，例如ECGSM、LTE Catm、NBIOT。NBIOT是低功耗廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò)，僅占大約200KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，可以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級[6]。NBIOT在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)勢顯著，與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)技術(shù)、藍(lán)牙、WiFi等短距離傳輸技術(shù)相比有極大的性能優(yōu)勢：（1）NBIOT的功耗低，與過去蜂窩技術(shù)功耗最低的2G網(wǎng)絡(luò)相對比，僅為2G的1/10，NBIOT終端模塊的待機時間可以長達(dá)5-10年；（2）連接數(shù)量多。在同樣的頻段下， NBIOT有海量連接的支撐能力，NBIOT一個扇區(qū)就可以支持10萬個連接；（3）相比Zigbee、WiFi、藍(lán)牙等技術(shù)，NBIOT最明顯的優(yōu)勢是數(shù)據(jù)采集。在NBIOT之前，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的終端、網(wǎng)絡(luò)、芯片、操作系統(tǒng)、平臺等不統(tǒng)一，“碎片化”嚴(yán)重，難以形成大數(shù)據(jù)。 NBIOT聯(lián)接后數(shù)據(jù)采集直接上傳到云端，反應(yīng)靈敏，傳輸數(shù)據(jù)精確迅速；（4）NBIOT芯片的信號穿透性很強，可以深入到地下車庫，信號受環(huán)境的影響小。

3 NBIOT的應(yīng)用

NBIOT技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)進(jìn)入了實用階段，華為已與全球多家運營商在中國、德國、西班牙、阿聯(lián)酋等國共同完成了基于NBIOT技術(shù)智能水表、智能停車、智能垃圾箱業(yè)務(wù)的功能驗證等問題[7]。NBIOT技術(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域見表1。表1 NBIOT技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域類型公共事業(yè)智慧城市物流運輸消費醫(yī)療農(nóng)業(yè)與環(huán)境智能樓宇工業(yè)應(yīng)用典型

應(yīng)用智能檢測（燃?xì)狻⑺?、消防設(shè)施）、水務(wù)系統(tǒng)監(jiān)控、新能源電網(wǎng)管理（風(fēng)能、太陽能、水力發(fā)電）智能垃圾桶、智能停車傳感器、智能照明家電、電器工業(yè)資產(chǎn)跟蹤、集裝箱定位跟蹤、位置狀態(tài)更新智能穿戴、VIP追蹤（老人、兒童、寵物）智能自行車、遠(yuǎn)程診斷魚塘土地檢測、農(nóng)作物監(jiān)控、畜牧跟蹤、環(huán)境監(jiān)測報警系統(tǒng)、傳感器檢測（供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)）、門禁系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)、工廠控制、安全監(jiān)控、能源檢測、油氣檢測、產(chǎn)品銷售跟蹤。 我國多地政府也在積極推進(jìn)基于NBIOT技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，打造智慧城市。NBIOT技術(shù)已經(jīng)在多地多個領(lǐng)域開始了實際應(yīng)用。例如：中國電信蘇州分公司在“蘇州NBIOT新一代物聯(lián)網(wǎng)正式商用暨蘇州天翼云 3.0 投入運營”啟動儀式上宣布，蘇州已建成全國規(guī)模最大的 NBIOT新一代物聯(lián)網(wǎng)城市[8]。深圳水務(wù)已經(jīng)實現(xiàn)NBIOT 智慧水表通過電信廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)連接到大數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)水表集抄、在線監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析、水務(wù)信息化應(yīng)用等功能。目前，深圳市鹽田區(qū)南方明珠花園、福田區(qū)景田北等小區(qū)成功應(yīng)用近1 200塊智慧水表[9]。NBIOT技術(shù)在智能停車業(yè)務(wù)已經(jīng)開始推行，用戶只要安裝手機APP即可通過手機查找附近停車位，并可支持導(dǎo)航等功能。NBIOT技術(shù)雖然進(jìn)入應(yīng)用的時間不長，但是已經(jīng)在監(jiān)測洪澇災(zāi)害上發(fā)揮了作用。據(jù)報道，中國電信福建公司在全國率先將物聯(lián)網(wǎng) NBIOT 技術(shù)應(yīng)用于智慧井蓋與智慧防汛領(lǐng)域，并首次在福州市抗臺風(fēng)、排澇工作中投入實戰(zhàn)[10]。

NBIOT 這一技術(shù)對于智能醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域也具有跨時代的意義[11]。如華為攜手樂心醫(yī)療、廣東聯(lián)通三方基于廣東聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng) NBIOT 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下完成智能血壓計的業(yè)務(wù)調(diào)試。NBIOT 這一技術(shù)對于智能醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域具有跨時代的意義[11]。

共享單車ofo 宣布與中國電信和華為達(dá)成全面合作，共同研發(fā)新一代基于物聯(lián)網(wǎng) NBIOT技術(shù)的智能共享單車解決方案。據(jù)了解，ofo 主要負(fù)責(zé)智能電子鎖設(shè)備的開發(fā)，華為負(fù)責(zé)芯片和軟件服務(wù)方面，中國電信則提供適合NBIOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)的商用網(wǎng)絡(luò)。此前，另一龍頭摩拜單車也宣布，與愛立信、中國移動上海公司完成基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)的端到端應(yīng)用測試[12]。

4 NBIOT在圖書館中應(yīng)用的思考

NBIOT技術(shù)在多個領(lǐng)域都有應(yīng)用，但在圖書館方面關(guān)于NBIOT技術(shù)的應(yīng)用卻鮮有報道。2009年初，美國總統(tǒng)奧巴馬提出了“智慧地球”的概念，2009年8月，溫家寶總理提出了“感知中國”的理念。國家圖書館業(yè)界在2011年提出了智慧圖書館的概念。智慧圖書館 = 圖書館 + 物聯(lián)網(wǎng) + 云計算 + 智慧化設(shè)備，它通過物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)智慧化的服務(wù)和管理[13]。智能圖書館是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括 RFID 技術(shù)、傳感器技術(shù)、WiFi 無線通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)，實現(xiàn)圖書館的圖書感知、環(huán)境感知、人員感知，形成一個集服務(wù)與管理于一體的全方位、智能化的體驗環(huán)境[14]。以RFID技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在圖書館中應(yīng)用多年。RFID被公認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建基礎(chǔ)和核心[15]。早在1999 年洛克菲勒大學(xué)圖書館率先安裝了 RFID系統(tǒng)，2002 年新加坡國家圖書館在世界首次采用RFID 技術(shù)的圖書管理系統(tǒng)[16]。目前，應(yīng)用RFID 技術(shù)的美國大學(xué)圖書館已經(jīng)有300 余家[17]。北京地區(qū)已有44 家圖書館使用了RFID 技術(shù)[18]。RFID圖書館系統(tǒng)在應(yīng)用過程中也遇到了許多問題。

4.1 圖書館RFID技術(shù)應(yīng)用存在的問題

現(xiàn)在的RFID圖書館系統(tǒng)應(yīng)用有：24小時自助借還書機、智能安全門、圖書自助分揀設(shè)備、智能書架、圖書自動盤點等。RFID圖書館系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用已經(jīng)有了近20年的時間，發(fā)展出高頻RFID、超高頻RFID等技術(shù)，在推動圖書館智能化方面起到了巨大的作用。但在使用過程中也出現(xiàn)一些問題，制約了智慧圖書館的發(fā)展。例如：

（1）RFID 技術(shù)上存在一定的缺陷， RFID 標(biāo)簽由于讀取距離限制，一次借還冊數(shù)過多導(dǎo)致多本圖書標(biāo)簽間距離過近容易出現(xiàn)漏讀、誤讀現(xiàn)象。

（2） RFID電子標(biāo)簽被金屬物質(zhì)或者人體阻擋，很容易發(fā)生失效的情況，造成圖書的損毀丟失。

（3）數(shù)據(jù)模型缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，由于不同圖書館自動化管理系統(tǒng)、不同廠商設(shè)備和不同廠商標(biāo)簽的不兼容性，導(dǎo)致設(shè)備之間互操作存在問題，不利于將來智慧圖書館的建設(shè)[19]。

（4）書中磁條對RFID標(biāo)簽信號有影響，容易產(chǎn)生漏讀等情況。

（5）RFID技術(shù)安全性低，密碼易被破解，造成信息泄露。

（6）標(biāo)簽尺寸過大，不易放入圖書中，在圖書中的標(biāo)簽容易被發(fā)現(xiàn)損毀。

（7）在圖書盤點時存在誤漏讀的現(xiàn)象，如果掃描設(shè)備誤讀率過高的話，工作量會比原來更多。

4.2 NBIOT技術(shù)在圖書館應(yīng)用中的優(yōu)勢

當(dāng)今世界上的著名的計算芯片公司如Intel、AMD，通信芯片公司如高通、華為、中興、聯(lián)發(fā)、無線芯片公司Nordic、Qordic等都已推出了各自的NBIOT芯片。NBIOT芯片是有源芯片，傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋面廣，穿透力強，抗干擾性強。如果把這些技術(shù)優(yōu)勢應(yīng)用到圖書館中，許多困擾難題都可以得到解決。例如：

（1）RFID標(biāo)簽尺寸為9.5cm×0.5cm，在圖書中安放時易被發(fā)現(xiàn)損毀，據(jù)報道聯(lián)發(fā)科技公司已經(jīng)打造出業(yè)界尺寸最小的NBIOT（16mm×18mm）通用模組。NBIOT芯片大小只有傳統(tǒng)RFID標(biāo)簽的1/6。如果在圖書館中能應(yīng)用NBIOT芯片，可以解決芯片標(biāo)簽尺寸過大易被發(fā)現(xiàn)損毀的難題。

（2）NBIOT芯片的信號穿透性很強，可以深入到地下車庫，信號受環(huán)境的影響小，這可以解決圖書中磁條和RFID標(biāo)簽同時使用時相互影響和受金屬屏蔽等困擾。

（3）NBIOT技術(shù)有資產(chǎn)追蹤的功能，其信號是通過蜂窩2G、3G、4G的廣域通信網(wǎng)絡(luò)，可以異地追蹤。圖書中應(yīng)用這種芯片，對圖書的安全性會有很大的提高。盤點圖書時，根據(jù)芯片的信號反饋可以很容易的統(tǒng)計出書籍的所在位置和數(shù)量。

（4） NBIOT技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到共享單車領(lǐng)域，其芯片之間信號的抗干擾能力強，這可以解決現(xiàn)有的RFID手持設(shè)備盤點圖書時因信號強弱問題產(chǎn)生的漏讀和重復(fù)讀取現(xiàn)象。

（5） 基于RFID技術(shù)的自動借還機在自動借還時存在因圖書擺放角度等問題產(chǎn)生漏讀的現(xiàn)象，NBIOT芯片是有源芯片，可以發(fā)出自己特有的身份信息，信號穿透性強，能夠克服現(xiàn)有的漏讀和多讀現(xiàn)象。

（6）RFID的安全性不高，信息容易泄露，如何構(gòu)建圖書館 RFID 安全系統(tǒng)也成為了智能圖書館建設(shè)過程中的重要問題[20]。NBIOT技術(shù)是廣域通信網(wǎng)絡(luò)，是電信、移動和聯(lián)通運營商管理維護(hù)運營，有強大的技術(shù)團隊和多年的通信實踐經(jīng)驗，安全性有保障。還可以解決中小圖書館因計算機維護(hù)技術(shù)能力參差不齊等原因?qū)D書館工作產(chǎn)生的困擾。

（7）雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展十分迅速，但由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成為其推廣應(yīng)用的瓶頸。NBIOT是3GPP國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定的標(biāo)準(zhǔn)，通用性強，可以解決RFID由于不同圖書館自動化管理系統(tǒng)之間、不同廠商的設(shè)備之間和不同RFID標(biāo)簽之間互操作存在的問題。

（8）圖書的智能定位。NBIOT芯片集成了GPS定位功能，可以實現(xiàn)在圖書館中圖書的定位功能，結(jié)合圖書館中的地圖實現(xiàn)路徑規(guī)劃，準(zhǔn)確查找圖書。NBIOT技術(shù)是蜂窩廣域通信網(wǎng)絡(luò)，和手機是無縫連接，通過手機軟件就可以尋找到圖書館中的圖書，實現(xiàn)自我借閱。這對當(dāng)前大部分圖書館實行的開放書架的借閱有非常大的幫助，減輕了圖書管理員的負(fù)擔(dān)，增強了讀者的自我閱讀和借閱的自由性。

（9）可以減少許多硬件設(shè)備。圖書館中的無線傳輸設(shè)備Zigbee、WiFi、藍(lán)牙、Z-wave甚至自動借還機等可以被NBIOT硬件設(shè)備和軟件模塊替代，可以減少圖書館在硬件方面的投入成本。

4.3 NBIOT在圖書館環(huán)境智能化的應(yīng)用設(shè)想

智能化的環(huán)境建設(shè)是智能圖書館的重要組成部分，智能化的環(huán)境包括智能的照明系統(tǒng)、智能的溫濕度控制系統(tǒng)、智能的消防與保安系統(tǒng)等。NBIOT技術(shù)在燃?xì)狻⑺?、消防設(shè)施、智能照明等方面已經(jīng)有實際應(yīng)用的先例。圖書館中的照明、環(huán)境空氣的溫濕度監(jiān)測、消防保安系統(tǒng)都可以采用NBIOT技術(shù)，如智能照明系統(tǒng)可以應(yīng)用在圖書館的閱覽區(qū)，實現(xiàn)人性化的服務(wù)[21]。圖書館的防火、溫濕度都可以應(yīng)用NBIOT芯片來監(jiān)控，出現(xiàn)險情可以及時向消防等有關(guān)部門提供信息。通過NBIOT的環(huán)境智能化控制系統(tǒng)，可以營造一個安全舒適宜人的智能化圖書館環(huán)境。

4.4 NBIOT在期刊和報紙管理中的應(yīng)用設(shè)想

現(xiàn)在圖書館期刊報紙一般都是擺放在開放的書架上，實行開放閱讀的方式。這種形式方便了讀者，但在報紙期刊的管理上也存在著很大的弊端，一是讀者在閱讀后時常有亂丟亂放的現(xiàn)象，期刊報紙易于丟失損毀；二是期刊和報紙的閱讀量不易統(tǒng)計，讀者的嗜好和閱讀傾向不易確知，不能給期刊報紙下一年的訂閱提供依據(jù)。這些問題可以通過應(yīng)用NBIOT芯片建造智能書架來解決，書架做成封閉櫥窗式隔斷，每個隔斷上方安裝NBIOT芯片，隔斷里的期刊報紙借閱時通過讀者手機來掃描NBIOT芯片打開櫥窗，看完后再掃描歸還。圖書館通過對這些借閱數(shù)據(jù)的分析及時了解讀者的喜好，提供所需的報紙期刊。三是可以保護(hù)期刊報紙減少損耗，解決亂丟亂放的問題，進(jìn)而減輕圖書管理員的工作強度。

4.5 NBIOT技術(shù)在圖書館應(yīng)用中存在的問題

（1）NBIOT芯片成本過高。據(jù)業(yè)內(nèi)人士測算NBIOT芯片的成本是5美元左右，未來爭取降到2-3美元。這對圖書館動輒幾十萬、上百萬的圖書量來說應(yīng)用NBIOT芯片是很大的成本壓力，但參照運營商有過贈手機存話費的套餐解決方案，可以謀求和運營商的合作來解決NBIOT芯片硬件成本過高的問題，現(xiàn)在電信等運營商在招標(biāo)時給予芯片公司的補貼已經(jīng)接近了芯片的成本。由運營商承擔(dān)芯片初始的成本，通過收取流量費的方式來歸還芯片的費用。

（2）能源消耗較大。NBIOT芯片在圖書館的應(yīng)用可能會存在發(fā)射信號頻繁，電力能源消耗過高的問題。這可以通過無線充電技術(shù)來解決，這項技術(shù)已經(jīng)在手機充電中得到了應(yīng)用。在書庫中安裝無線充電裝置來為圖書中的芯片充電，還有機械振動充能和太陽能充電等成熟的充電技術(shù)來為芯片充電。NBIOT芯片模塊本身的能耗很小，這些充電技術(shù)可以很好的滿足芯片模塊的需求。

5 結(jié)語

NBIOT在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用中展現(xiàn)出許多技術(shù)優(yōu)勢，被認(rèn)為是最適合的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，也是當(dāng)前建設(shè)智慧城市的重要技術(shù)手段。目前，各個行業(yè)都在積極推進(jìn)NBIOT的部署和應(yīng)用。圖書館界在智慧圖書館的建設(shè)中也在積極探索應(yīng)用新技術(shù)，在此過程中也遇到了許多需要解決的難題。NBIOT的出現(xiàn)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要契機，通過對比分析它的技術(shù)特長，可以解決目前在智慧圖書館建設(shè)中遇到的問題。借鑒NBIOT在其他行業(yè)中應(yīng)用的技術(shù)特點和優(yōu)勢，積極探索NBIOT在圖書館中的應(yīng)用，這也許是建設(shè)智慧圖書館建設(shè)的趨勢和方向。

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作者簡介：莊新輝 （1971-），男，碩士，武夷學(xué)院圖書館館員，研究方向：信息技術(shù)。

（收稿日期：2018-03-20 責(zé)任編輯：張長安）

Abstract：NB-IoT is an Internet of Things technology with a broad application prospect. It is also a hot spot in the construction of Internet of Things. After its technical standards are established， there are multiple applications domestic and abroad including smart cities， smart communities， urban flood monitoring， shared bicycles， Internet hospitals and so on. The construction of wisdom library is inseparable from the Internet of Things technology. By analyzing the advantages and features of the application of NB-IoT technology in other fields， this paper discusses the feasibility of its application in library.

Key words：NB-IoT； Smart Library； Idea