探究窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)標準與關鍵技術

羅象乾

(廣東南方通信建設有限公司，廣東 廣州 510630)

0 引 言

城市是由一個個重復的小街區(qū)組成，在人們生活中也存在重復性的物品，如水表、電表或城市交通中的路燈系統(tǒng)。連接這些零零散散卻又規(guī)律分布的物體的網(wǎng)絡便是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)的鋪設，能夠系統(tǒng)地控制這些生活工具，并實時上傳數(shù)據(jù)，方便了繁瑣的重復性工作，提高了窄帶物聯(lián)網(wǎng)的工作效率。

1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

在廣域互聯(lián)網(wǎng)的巨大優(yōu)勢下，窄帶互聯(lián)網(wǎng)能夠站住腳，說明其具有獨特的優(yōu)勢功能特性。在國內(nèi)，2014年它最早由華為提出，之后迅速發(fā)展。其中，低能耗使窄帶互聯(lián)網(wǎng)在眾多方面得以應用。它的信號穿透性強，是一種適合長距離、多終端物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的通信技術。如今的窄帶互聯(lián)網(wǎng)進行布局時的難度較大，需要在進行設備安裝時考慮到窄帶互聯(lián)網(wǎng)的應用，進而加強互聯(lián)網(wǎng)絡的合理性，并采用蜂窩布局模式進行NB-IoT窄帶互聯(lián)網(wǎng)的整理。在技術研究過程中，窄帶互聯(lián)網(wǎng)逐漸走入商業(yè)化，不僅是在固定的設備上，而且在移動設備上。窄帶互聯(lián)網(wǎng)的構建方便各種分辨率設備的接入，能夠有效解決室內(nèi)的覆蓋范圍，降低了窄帶互聯(lián)網(wǎng)建設的各種過程成本。

2 根據(jù)窄帶物聯(lián)網(wǎng)的情況進行的標準化應用

2.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?/h3>

進入21世紀的中國，是一個飛速發(fā)展的社會，從互聯(lián)網(wǎng)迅速普及到物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧?，用了很短的時間，窄帶互聯(lián)網(wǎng)的應用得到了眾多民眾的支持。事實證明，窄帶物聯(lián)網(wǎng)在使用者中贏得一致好評。例如，智能停車。人們進入停車場時，應用窄帶互聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)能夠?qū)崟r上傳停車位信息，指引進入停車場的駕駛員停車。這種智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)極大地方便了人們的生活，通過芯片與運營商基站的通信即可實現(xiàn)，無需根據(jù)車位數(shù)量部署相應的匯聚網(wǎng)關，可降低部署工作量。部署成本方面，只需考慮芯片和運營商網(wǎng)絡租用成本，也大大降低了維護成本。在指揮物流方面，主要是為用戶提供物流跟蹤服務，將物流信息實時匯報，方便做匯總整理。在智能家居方面，主要為用戶提供智能控制系統(tǒng)和安防裝置，提高居住地的安全性和生活便捷性[1]。

2.2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)在公共事業(yè)方面的應用

公共事業(yè)的效率和安全性，是眾多研究者需要重視的問題。窄帶物聯(lián)網(wǎng)應用有很大的一方面是在公共事業(yè)管理方面展開的。我國公共事業(yè)很少進行維護和更換，要求公共事業(yè)方面設備的壽命較長。進行統(tǒng)籌化管理能夠有效將公共事業(yè)設備的使用合理化，從而延長壽命或者減少損壞的頻率。智能路燈系統(tǒng)主要是將路燈系統(tǒng)智能化，如在進入凌晨后只有一半的路燈亮，過段時間后，另一半的路燈變亮，交替變亮盡可能降低使用時間。一個路段設置一個配電箱，采用組控方式負責數(shù)十盞路燈的開關。隨著路燈資源的逐步挖掘，路燈將成為智慧城市建設的新錨點。智慧路燈運營商除提供照明外，還可在燈桿上集成充電樁、停車管理、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測和緊急呼叫等功能。智能抄表窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠有效提高水電公司的工作效率，將人們的生活智能化，自動上傳水表、電表的數(shù)據(jù)。

3 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術性能特點

3.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的信號覆蓋廣且穿透性強

網(wǎng)絡信息化的時代，上網(wǎng)成了每個人最基本的需求。很多人家里都會有WiFi網(wǎng)絡，而無線網(wǎng)絡最大的弊端就是物理穿透性差。如果隔著一道墻，無線網(wǎng)絡便會差到極點。窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT技術具有很好的穿透性，這是其能夠應用于智能查表系統(tǒng)的原因。很多水表都深埋于地下，應用互聯(lián)網(wǎng)時必須要求其具有很好的穿透性，才能傳遞信號。窄帶物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩系統(tǒng)能夠加強信號強度，其獨特的信號頻率是進行信號大范圍傳輸?shù)母尽Ｐ盘柹舷滦袝r，通過信號的重復傳輸和對信號采取合并接收的方式，能夠有效提高信號質(zhì)量，還可以根據(jù)覆蓋自動靈活地調(diào)整重復傳輸次數(shù)，大大提高數(shù)據(jù)的傳輸準確性。多次數(shù)據(jù)傳輸能夠有效提高穩(wěn)定性。現(xiàn)今的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術覆蓋范圍廣且深，能在地下較好地傳輸信號。采用專用傳輸頻段，將具有更高的功率譜密度和更多的重傳次數(shù)，比GPRS提升了20 dB增益，有效提升了覆蓋廣度和深度，同時可允許時延約10 ms[2]。

3.2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT技術的成本較低

窄帶物聯(lián)網(wǎng)成本較低是公認的事實，主要是將窄帶物聯(lián)網(wǎng)的各項程序簡化，只保留最基本的部分，將終端芯片簡單化，降低設備的成本，如將終端工作帶寬減少到200 kHz，從而降低基帶的復雜性。將峰值的速率降低到100 kb/s，而低速率對于大緩存需求相應減少。降低設備成本必須要有完善的維護系統(tǒng)，可對窄帶物聯(lián)網(wǎng)進行定期檢查和維修，將維修成本控制在一定范圍內(nèi)。窄帶互聯(lián)網(wǎng)的設備裝置較為簡單，不容易造成外部損壞。窄帶物聯(lián)網(wǎng)的設備終端都是相同的，所以可以進行芯片、電板的規(guī)模化生產(chǎn)，將NB-IoT技術應用到實踐中降低實際的生產(chǎn)成本?，F(xiàn)行的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術成本控制主要是在芯片和程序編碼上入手，采用簡化的協(xié)議棧，有效提高數(shù)據(jù)的寫入和讀取速度，并且占用的空間較小，排列可以不按照一定的順序，降低了基帶處理復雜度，功率放大器尺寸小，可降低芯片模組成本。

3.3 窄帶互聯(lián)網(wǎng)技術的能耗較低

強大的設備功能，要有同樣強大的設備能耗做支撐。窄帶互聯(lián)網(wǎng)的功能簡單，主要是提供數(shù)據(jù)傳輸和智能控制。芯片的能耗較低，在突然斷電的情況下，備用電池能夠及時維持長時間的工作。很多不能經(jīng)常換電池的場所，一塊電池就能夠持續(xù)兩年的設備運行。窄帶物聯(lián)網(wǎng)聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應用，因此它的設備功耗可以做到非常小，設備續(xù)航時間可以從過去的幾個月大幅提升到幾年。窄帶物聯(lián)網(wǎng)的終端信息處理模塊不是動態(tài)形式而是半靜態(tài)的信息處理，只在設備需要進行數(shù)據(jù)傳輸時，開啟設備進行信息的處理和解讀，其他時間則保持設備的部分功能關閉。NB-IoT技術能夠有效降低終端芯片的復雜度，減少耗電量，簡化空口信令，提高傳輸效率。使用中的窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備引入了非連續(xù)性發(fā)生擴展eDRX，進一步延長了處于空閑模式的終端睡眠周期，減少了接收單元不必要的啟動。更多不必要的程序處于休眠狀態(tài)，能夠有效降低能耗，延長使用時間。

4 結 論

要想進一步發(fā)展窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術，要對窄帶物聯(lián)網(wǎng)的時代發(fā)展歷程有所認識。在快時代的節(jié)奏背景下，人們要求的不僅是按要求完成工作，更要追求效率。窄帶物聯(lián)網(wǎng)是對傳統(tǒng)物聯(lián)方式的顛覆，能夠更加快速地進行數(shù)據(jù)分析，易于掌控個別物品。窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT技術的特性優(yōu)越，將來更要保持這些技術特性從而更好地促進社會發(fā)展。