基于智慧城市建設(shè)的NB—IoT應(yīng)用研究

明勇杰 邢林芝

【摘 要】智慧城市的健康發(fā)展往往和物聯(lián)網(wǎng)所分不來(lái)。NB-IoT是目前即將出現(xiàn)的5G時(shí)代標(biāo)準(zhǔn)之一，其主要面向的為物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，通過(guò)覆蓋廣、容量小以及成本低等優(yōu)點(diǎn)在建設(shè)智慧城市帶你各種發(fā)揮著重要作用。因此，本文在NB-IoT技術(shù)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，詳細(xì)的分析了NB-IoT技術(shù)在智慧城市建設(shè)過(guò)程當(dāng)中的應(yīng)用，力求進(jìn)一步促進(jìn)智慧城市持續(xù)健康的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】智慧城市；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；NB-IoT技術(shù)

智慧城市是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為基礎(chǔ)，對(duì)城市進(jìn)行高度現(xiàn)代化狀態(tài)的創(chuàng)造。在互聯(lián)網(wǎng)媒體等手段的輔助下，城市將會(huì)有著隨時(shí)都有互聯(lián)的感知，高度智慧型應(yīng)用和全面協(xié)調(diào)持續(xù)創(chuàng)新等特點(diǎn)。它的實(shí)質(zhì)為將所有的事物聯(lián)系的思想理念，利用現(xiàn)代的信息技術(shù)在城市建設(shè)過(guò)程當(dāng)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，力求更好的智能化管理城市，提升人們的生活質(zhì)量，給人們帶來(lái)更加的便利。

一、NB-IoT技術(shù)

NB-IoT技術(shù)是在蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，作為對(duì)傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，其能夠通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商更好的將其部署到傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，升級(jí)成比較簡(jiǎn)單，并且僅僅占有很小空間的頻帶。在未來(lái)到來(lái)的5G時(shí)代，需要我們更好的實(shí)現(xiàn)可靠低時(shí)延時(shí)的數(shù)據(jù)通信，移動(dòng)寬帶增強(qiáng)以及所有事物間的信息互聯(lián)，然而互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)方向就是NB-IoT技術(shù)。NB-IoT技術(shù)的出現(xiàn)是為了適應(yīng)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)部署對(duì)支持大系統(tǒng)容量以及大規(guī)模連接的需求，其要求人們盡量減小信令開(kāi)銷的過(guò)程中，確保低成本功耗設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中進(jìn)行更高質(zhì)量的蜂窩互聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)主要含有兩種類型，分別為無(wú)線以及有限。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的NB-IoT技術(shù)是一類低功耗的廣域網(wǎng)，也就是在無(wú)線組網(wǎng)當(dāng)中進(jìn)行長(zhǎng)距離的無(wú)線通信技術(shù)。NB-IoT技術(shù)當(dāng)中航鏈路內(nèi)應(yīng)用單載波特性的多址方式，其應(yīng)用了BPSK以及QPSK等進(jìn)行了調(diào)制。為了能夠讓NB-IoT的終端功率消耗盡量減小并且增加設(shè)備的待機(jī)時(shí)間，上行鏈路將單頻傳輸?shù)哪Ｊ竭M(jìn)行引入其中。單頻傳輸模式一共含有四十八個(gè)子載波，除了過(guò)去的LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)規(guī)范的15kHz子載波間隔，還需要重新的接入3.75kHz子載波間隔以求達(dá)到更大的系統(tǒng)容量。上行鏈路傳輸理論速率約在160～200kb/s之間。與單頻模式對(duì)應(yīng)的多頻模式子載波間隔為15kHz，傳輸速率在160～250kb/s之間。相比而言，多頻方式能達(dá)到更高的峰值速率，而單頻方式能有效降低終端功耗，實(shí)現(xiàn)更大的容量和更廣的覆蓋。NB-IoT技術(shù)的下行鏈路為了盡量和現(xiàn)有的LTE下行的鏈路確保一致，應(yīng)用了間隔為15kHz的OFDMA子載波，調(diào)制方式為QPSK，傳輸速率在160～250kb/s間，最多有AP0和AP1兩個(gè)天線端口可以支持。NB-IoT和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比具有更低的設(shè)備功耗、更廣的信號(hào)覆蓋、更低的硬件成本、更大的系統(tǒng)容量。

二、基于NB-IoT的智慧城市的應(yīng)用

2.1城市基礎(chǔ)設(shè)施方面的應(yīng)用

城市基礎(chǔ)設(shè)施含有智慧垃圾桶、智慧停車場(chǎng)以及智慧公交車站等。通過(guò)智慧停車系統(tǒng)作為案例，對(duì)于智慧城市重要基礎(chǔ)，智慧停車場(chǎng)盡管臂架基礎(chǔ)，然而卻是不可或缺的。目前，我國(guó)的汽車制造行業(yè)和汽車市場(chǎng)的發(fā)展不可分割。迅速增加的汽車數(shù)量以及有限停車資源間存在著激烈的矛盾。停車難以及停車貴變成困擾車主的困惱。在未來(lái)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，智慧停車系統(tǒng)將會(huì)分布到各個(gè)角落。傳統(tǒng)的智慧停車場(chǎng)能夠通過(guò)停車場(chǎng)當(dāng)中安裝智能感應(yīng)裝置，并且和進(jìn)入到停車場(chǎng)用戶智能手機(jī)來(lái)數(shù)據(jù)通訊。用戶利用手機(jī)App將請(qǐng)求的參數(shù)發(fā)送到停車場(chǎng)的管理后臺(tái)當(dāng)中。通過(guò)后臺(tái)管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)的進(jìn)行調(diào)度，將車位信息和導(dǎo)航信息傳到用戶手機(jī)當(dāng)中。除此之外，對(duì)停車場(chǎng)當(dāng)中行使的車輛來(lái)全方面的進(jìn)行跟蹤定位，科學(xué)的對(duì)車流進(jìn)行疏導(dǎo)，進(jìn)而預(yù)防出現(xiàn)安全事故。

因?yàn)橥＼噲?chǎng)大多建造在商場(chǎng)的負(fù)一層，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)存在比較差的覆蓋。對(duì)車主來(lái)說(shuō)，要對(duì)接收到的后天系統(tǒng)導(dǎo)航信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的接收，進(jìn)而確保行車更加安全。所以，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不能夠夠用戶基本需求進(jìn)行滿足。NB-IoT突出優(yōu)點(diǎn)是必傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度進(jìn)行加深。在NB-IoT技術(shù)的基礎(chǔ)上的智慧停車系統(tǒng)要優(yōu)化升級(jí)現(xiàn)在的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，不能重新進(jìn)行部署。它的信號(hào)覆蓋強(qiáng)度是GPRS網(wǎng)絡(luò)一百倍，其是現(xiàn)在LTE網(wǎng)絡(luò)十倍。它的接入能力要比其他的技術(shù)要強(qiáng)，即使在低下車庫(kù)也能夠讓車主實(shí)時(shí)的對(duì)后臺(tái)信息進(jìn)行間斷。車檢器利用了NB-IoT硬件設(shè)備，其有著比較強(qiáng)的抗干擾能力，另外大大減小了設(shè)備成本。電池電量當(dāng)比閾值要低的時(shí)候，就會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)中心及時(shí)的進(jìn)行預(yù)警，繼而維修人員可以迅速的更換電池。

2.2醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用

醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用包括智能穿戴設(shè)備、智能血壓計(jì)、智慧醫(yī)院、智能臨床監(jiān)控等。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，醫(yī)療行業(yè)也將成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大放異彩的舞臺(tái)。人工智能將把醫(yī)療服務(wù)業(yè)推上一個(gè)新高度。醫(yī)療行業(yè)以智能血壓計(jì)為例，智能終端將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)上傳至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行整理和分析，同時(shí)生成便于老人讀懂的健康分析和圖表報(bào)告并給出相關(guān)建議，分析結(jié)果被發(fā)送至用戶的手機(jī)App，使用戶可在任何時(shí)間任何地點(diǎn)獲取自己及家人的身體健康狀況。

傳統(tǒng)智能血壓計(jì)基于GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在許多信號(hào)覆蓋不好的地方，用戶數(shù)據(jù)不易發(fā)送至云端，嚴(yán)重影響用戶的使用體驗(yàn)。NB-IoT技術(shù)具有硬件價(jià)格低廉，功耗低的優(yōu)勢(shì)，且其室內(nèi)覆蓋性極好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于GPRS網(wǎng)絡(luò)，能夠提供電信級(jí)的可靠接入。使用了NB-IoT技術(shù)的智能血壓計(jì)具有極強(qiáng)的抗干擾能力，即使在惡劣環(huán)境下也能及時(shí)將用戶的健康信息上傳。

2.3智慧建筑

智慧建筑包括報(bào)警系統(tǒng)、采暖通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)等。建筑的智能化要求我們?cè)诮ㄖ屑尤霚貪穸?、安全、有害氣體等傳感器并定時(shí)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳，用戶可使用手機(jī)App遙控建筑內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)使其達(dá)到適宜人居住的范圍。以智慧建筑中的智慧空調(diào)系統(tǒng)為例，空調(diào)應(yīng)當(dāng)包含溫度控制，濕度控制，氣流速度控制，空氣潔凈度控制等幾個(gè)主要功能。對(duì)于居民住宅，空調(diào)系統(tǒng)需要時(shí)刻保持房間內(nèi)的空氣濕度、環(huán)境溫度在一個(gè)合適的范圍內(nèi)變化，而對(duì)于養(yǎng)殖場(chǎng)、農(nóng)場(chǎng)等特殊場(chǎng)所，由于生產(chǎn)需要，必須讓環(huán)境內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)按照一定的函數(shù)規(guī)律變化以增加產(chǎn)量，因此要支持人工設(shè)置變化函數(shù)的功能?？照{(diào)作為南方家庭夏天消暑降溫的必備電器，其價(jià)格的高低是決定其能否進(jìn)入普通百姓家庭的關(guān)鍵因素，如果一臺(tái)智能空調(diào)的價(jià)格高達(dá)數(shù)萬(wàn)元，那么就失去了普及和便民的意義。現(xiàn)如今，市場(chǎng)上的普通空調(diào)動(dòng)輒要四五千元，更不必說(shuō)加入了3G、4G模塊和各種傳感器的智能化空調(diào)了。NB-IoT芯片價(jià)格低于2G主芯片，在大規(guī)模使用情況下，單塊成本可降至1美元，其模塊價(jià)格也僅需2美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GPRS和3G、4G模塊。運(yùn)營(yíng)商維護(hù)成本較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)低許多，且政府會(huì)出臺(tái)相關(guān)政策提供一定的補(bǔ)貼，大大降低了智能空調(diào)的市場(chǎng)價(jià)格。

三、結(jié)論

隨著城市信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日漸成熟，人們對(duì)城市智慧化的需求也越來(lái)越迫切。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)這一智慧城市的關(guān)鍵技術(shù)的研究更是箭在弦上。NB-IoT將改變物聯(lián)網(wǎng)M2M行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，刺激物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)爆炸式發(fā)展?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，NB-IoT在智慧城市建設(shè)中扮演的作用會(huì)越來(lái)越重要，并就此開(kāi)啟萬(wàn)物互聯(lián)的新領(lǐng)域、新時(shí)代。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬士玲.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（2）：70-72.