NB—IoT網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展及應(yīng)用前景

高書強(qiáng)?王睿男

摘 要：在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）成為了萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗約180KHz的帶寬就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。它可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，從而降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。本文匯總了一些相關(guān)專業(yè)的技術(shù)信息以及基于該技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，提供窄帶物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中更加廣泛地思考。

關(guān)鍵詞：NB-IoT 大數(shù)據(jù) 互聯(lián)網(wǎng) 系統(tǒng)特性

在無(wú)線通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的今天，社會(huì)對(duì)于萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的要求促使相關(guān)垂直行業(yè)不斷更新進(jìn)步。隨著城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，如何實(shí)現(xiàn)更加高效地管理、如何布局智慧城市建設(shè)、如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0、如何將物聯(lián)網(wǎng)這一歷史趨勢(shì)在各行業(yè)進(jìn)行融合成為了一個(gè)重要的問(wèn)題。

1 NB-IoT的發(fā)展

基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）成為萬(wàn)物互聯(lián)的一個(gè)重要部分。2014年5月提出了NB M2M，2015年5月NB OFDMA融入NB CIOT，隨后NB-LTE融入NB-IoT。2016年6月NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)基本凍結(jié)。LTE移動(dòng)寬帶互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)象主要是人、滿足高移動(dòng)性需求、傳輸速度快、能傳輸視頻、聲音等大數(shù)據(jù)包。而NB-IoT是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。它的定位是物網(wǎng)，具有低移動(dòng)性、低速、傳輸數(shù)據(jù)是小數(shù)據(jù)包傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。

當(dāng)前的短距離通信技術(shù)以及4G網(wǎng)絡(luò)在物與物的連接能力上顯示出了不足。而NB-IOT本身具備的四大特點(diǎn)：一是廣覆蓋。它能改進(jìn)空間的覆蓋：在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB；二是具備支撐海量連接的能力。NB-IoT的一個(gè)扇區(qū)能夠支持約10萬(wàn)個(gè)連接；三是實(shí)現(xiàn)低功耗。NB-IoT終端模塊進(jìn)行正常通信和待機(jī)的電流是mA和uA級(jí)別，模塊待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)十年；四是能實(shí)現(xiàn)更低的模塊成本。而且NB-IoT使用License頻段，可采取頻段內(nèi)、保護(hù)頻段或獨(dú)立三種運(yùn)行規(guī)模，可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。

NB-IoT因?yàn)榫哂羞@些特點(diǎn)，使其可以廣泛地應(yīng)用于多種垂直行業(yè)。例如終端自主上報(bào)異常報(bào)告、終端自主上報(bào)周期性報(bào)告、軟件升級(jí)或設(shè)備重新配置等。具體業(yè)務(wù)可集中于共享經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧城市建設(shè)、大型公共基礎(chǔ)設(shè)施管理、智能可穿戴設(shè)備、智能安防、儀表監(jiān)測(cè)反饋、智能物流分揀、智慧醫(yī)療等方向。它所聚焦的低功耗、廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)也是當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中的重要部分。如今，移動(dòng)通信正在從人和人的連接向人與物以及物與物連接的方向發(fā)展，萬(wàn)物互聯(lián)是未來(lái)必然的趨勢(shì)。

2 NB-IoT在垂直行業(yè)的應(yīng)用前景

2.1 市政基礎(chǔ)設(shè)施高效管理

隨著城市建設(shè)的不斷加快，市政公共基礎(chǔ)設(shè)施工程日益增加，廣大區(qū)域內(nèi)部各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的增加是無(wú)法避免的趨勢(shì)。以城市硬井蓋為例，如果無(wú)法及時(shí)獲取井蓋狀態(tài)信息將會(huì)對(duì)居民的生命和財(cái)產(chǎn)以及企業(yè)的發(fā)展造成損失。目前大部分城市采用人工巡檢的方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行管理，但由于井蓋數(shù)量龐大，人工巡檢效率有限等因素，往往無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地獲取井蓋狀態(tài)信息，從而造成了安全隱患。如何針對(duì)深覆蓋的海量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理成為了發(fā)展中的一個(gè)問(wèn)題。隨著新技術(shù)NB-IoT的日益成熟，通過(guò)RS485對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行匯總，采用NB-IoT對(duì)獲取的市政井蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)高覆蓋、強(qiáng)穿透，將管理數(shù)據(jù)傳輸至處理平臺(tái)就可以及時(shí)掌握其狀態(tài)，在井蓋發(fā)生異常情況時(shí)可以做到準(zhǔn)確定位并快速處理。

2.2 共享經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域產(chǎn)品狀態(tài)檢測(cè)以及設(shè)備定位

2017年5月，摩拜單車與四川移動(dòng)、華為公司達(dá)成戰(zhàn)略合作，標(biāo)志著摩拜單車成為全球首家應(yīng)用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共享經(jīng)濟(jì)平臺(tái)。華為結(jié)合GSM網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新QOS保障方案為用戶提供更加快捷準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)服務(wù)。由于城市環(huán)境的復(fù)雜性，藍(lán)牙、ZigBee、WiFi等短距離通信技術(shù)存在信號(hào)弱、功耗大、覆蓋能力不足、穿透能力差、信號(hào)區(qū)域受限等缺陷。但穩(wěn)定高效的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)基于中國(guó)電信運(yùn)營(yíng)的800MhzNB-IoT網(wǎng)絡(luò)，即使單車被停在地下車庫(kù)、城市隧道等信號(hào)難以覆蓋的區(qū)域用戶也可以快速完成解鎖。單車也可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)“隨機(jī)密碼”的生成，從而保證單車的安全性；另外采用AA電池可以實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)工作。如今通過(guò)NB-IoT模塊、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)B-IoT基站、NB-IoT核心網(wǎng)、IoT連接管理平臺(tái)、相關(guān)行業(yè)應(yīng)用服務(wù)器這一鏈條為各行業(yè)實(shí)現(xiàn)商用提供了很好的解決方案。日前，我國(guó)多個(gè)城市已經(jīng)開(kāi)始推進(jìn)NB-IoT基站網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)，遼寧省已經(jīng)順利完成一期基站建設(shè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了全省城及縣城的NB-IoT“連續(xù)覆蓋”，并與企業(yè)在共享經(jīng)濟(jì)等多個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)協(xié)作。

2.3實(shí)現(xiàn)對(duì)超大型停車場(chǎng)的監(jiān)測(cè)管理

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，外出自駕游尤其是節(jié)假期期間選擇自駕出行的居民快速增加。景區(qū)停車場(chǎng)通常具有超大容量的特點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)快速出入、如何方便快捷的引導(dǎo)車主找到車位并完成支付成為了大家關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。隨著智能化的推進(jìn)，對(duì)超大型停車場(chǎng)進(jìn)行改造刻不容緩。針對(duì)超大型停車場(chǎng)，通過(guò)進(jìn)入時(shí)識(shí)別車牌信息并提供手持設(shè)備、在車位處安裝相應(yīng)的感應(yīng)器監(jiān)測(cè)車位狀況、通過(guò)位于車道上的感應(yīng)器感應(yīng)道路擁擠程度、通過(guò)NB-IoT接入大量節(jié)點(diǎn)并傳遞數(shù)據(jù)信息，最后經(jīng)過(guò)后臺(tái)處理計(jì)算，傳輸至手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)為駕駛?cè)颂峁┳顑?yōu)路徑選擇以及停車場(chǎng)車位管理。

3 NB-IoT的基礎(chǔ)建設(shè)以及對(duì)EPC核心網(wǎng)改造

近些年，機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、人工智能等領(lǐng)域都取得了快速地發(fā)展，為各行各業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了技術(shù)支持。但對(duì)于相關(guān)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展，通過(guò)核心網(wǎng)建設(shè)--設(shè)備聯(lián)網(wǎng)--應(yīng)用服務(wù)器--算法設(shè)計(jì)--云計(jì)算—具體行業(yè)設(shè)備開(kāi)發(fā)--實(shí)現(xiàn)工業(yè)升級(jí)將是總體上的解決方案。其中物聯(lián)網(wǎng)是促進(jìn)各行業(yè)等發(fā)展的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，如何高效安全有序的實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今各個(gè)行業(yè)的挑戰(zhàn)。我們可將NB-IoT基站建設(shè)歸入到現(xiàn)有的電信運(yùn)營(yíng)商的建設(shè)計(jì)劃中，利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)部署。除此之外，還可以借助網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)或建設(shè)NB-IoT的專用核心網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

NB-IoT行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)以及NB-IoT運(yùn)營(yíng)商巨大的客戶群規(guī)模，對(duì)起步較早的Sigfox和LoRa等技術(shù)產(chǎn)生了很大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)大量設(shè)備的檢測(cè)和控制將會(huì)是它的核心應(yīng)用部分。在未來(lái)，NB-IoT將推進(jìn)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，使物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)向著更加安全、快速、可靠的方向發(fā)展，并通過(guò)自身地不斷演變來(lái)滿足各行業(yè)不同的需求，甚至?xí)偈瓜乱淮喂I(yè)革命的到來(lái)。

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