NB-IoT在智慧城市中的應用研究

段曉敏 臨朐縣智慧城市建設管理中心

1 NB-IoT技術及特點

NB-IoT構建于蜂窩網絡，又被稱為基于蜂窩的窄帶物聯網，是萬物互聯網絡中的一個關鍵分支，能夠直接布局于 GSM、UMTS 以及 LTE等相關網絡中。其具有以下特點：

1.1 廣覆蓋。在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，相當于提升了100倍覆蓋區域的能力。

1.2 低功耗。NB-IoT主要使用在小數據量和小速率中，設備功耗十分小，使用壽命能夠保持5年以上。

1.3 大連接。每小區可以實現10萬連接，與 3G、4G 相比，NB-IoT的上行容量提升了50到100倍，這就意味著在同個基站的情況下，NB-IoT 能夠比當前無線技術多提供50到 100 倍的接入數。

1.4 低成本。因為速率比較低、不需要很大緩存等因素，可以讓NB-IoT 芯片做得很小，因芯片成本和芯片大小有一定的關系，所以模板成本也會降低。

2 NB-IoT組網架構

NB-IoT的接入網構架與LTE一樣，可以通過升級部署和獨立組網部署兩種方式來完成。NB-IoT網絡分為三層：感知層、網絡層和應用層，感知層負責采集信息，網絡層提供安全可靠的連接、交互與共享，應用層對大數據進行分析，提供數據決策分析。主要由 NB-IoT終端、NB-IoT基站、核心網、平臺和應用服務器五部分組成，如圖1所示：

圖1 NB-IoT組網架構圖

3 NB-IoT技術在智慧城市中的應用

3.1 城市公共基礎設施

NB-IoT技術可以應用于停車場、市政照明、道路交通、垃圾箱、環衛清運車等城市基礎設施的物聯感知和智能控制。以市政照明為例。傳統的道路照明控制系統采用電力載波方式，并不具備單燈控制功能，管理平臺無法獲取單個路燈的狀態信息，不能進行精細化管理，而在市政照明中通過對路燈進行改造，加裝NB-IoT模組，可以實現單燈的遠程開關控制、連續調光、單燈狀態監測、節電控制等功能，還可以依據路燈運行信息進行智能分析，進而實現遠程故障分析定位，在大大提升路燈運維能力的同時，還節約了維護成本。

3.2 城市公共服務產品

城市公共服務產品包含供水、供熱、電力、燃氣等，通過NBIoT技術應用智能水、電、氣表等，可針對用戶網絡進行實時監控，及時發現滲漏隱患，保護用戶的安全。例如智能電表，供電公司通過數據采集裝置能夠實現遠程讀表，還可以采集詳細歷史用電數據，準確預測用電趨勢，與發電匹配，不僅減少浪費，也保障了電網的安全運行。另外，針對智能表需要進行高速傳輸和頻繁通信這一實際情況，NB-IoT也更加符合智能表的需求。

3.3 環境監測

憑借NB-IoT大容量、廣覆蓋的優勢，在各重點空氣監測點、地下水監測點、重點監控企業的污廢水排出口以及危險廢棄外殼部署各類NB-IoT 傳感設備，實時采集大氣質量、光照、噪聲、污染源等數據，為環境質量綜合監測、污染源綜合監控、環境應急管、污染物總量減排等提供數據服務，能夠構建起感知測量更透徹、互聯互通更可靠、智能應用更深入的智慧環保物聯網體系。

3.4 智慧農業

生長環境對農作物品質至關重要，比如溫度過高農作物就會落花落果，溫度過低則會干枯并停止生長，如果長時間濕度過高可能會誘發真菌、細菌等菌類病害，因此及時獲取作物生長的環境參數非常重要。NB-IoT技術工作帶寬為180 kHz，適合低功耗、深覆蓋、低速率、低頻次的應用場景，非常適合于農業環境監控。以將NBIOT技術應用于溫室大棚生產管理為例，通過控制模塊控制排風扇、加熱器、遮陽網電機、噴淋等設備進行空氣溫濕度、光照和土壤溫濕度的數據采集及上發至監控終端指示環境參數和設備工作狀態，實現對農產品生長的準確控制，提高農作物的品質和農業管理水平。

3.5 消防物聯應用

通過對建筑物內部的消防煙感、溫感、光感傳感器集成NBIoT模組，可以實時采集各類感知設備信息并上傳至監控平臺，可以加強對重點防火單位、部門、樓宇、住宅、人員密集場所等的消防動態、實時監控情況的及時掌握，增強火災隱患的感知能力。另外，在建筑消防水源、公共場所滅火栓安裝基于NB-IoT技術的傳感裝置，可以將水位、水壓、位置等信息通過網絡實時上傳至消防監控平臺，方便應急部門及時知曉消防水源的實時情況，對隱患預警提前發現和及時處理，進一步提高消防滅火的工作效率。

3.6 智慧養老

傳統的移動醫療設備普遍基于Wi-Fi、藍牙等通訊手段，存在不能獨立使用、功耗較高、隱私泄露等問題，難以促成用戶形成良好的使用習慣。而NB-IoT技術自身的優勢很好的彌補了傳統通訊技術的缺點，可以廣泛應用于以運動、心律、睡眠等檢測為主的各類醫療設備上，特別是在智慧養老行業，推廣應用 NB-IoT 芯片的可穿戴傳感設備，可以實現養老機構或子女對老人健康信息的實時檢測、動態監控、分析預警，及時定位老人的動向及位置信息，并與遠程醫療系統實現數據共享，使老年人的日常生活處于被遠程關愛的狀態。

3.7 智能制造

在企業生產過程控制、制造供應鏈跟蹤、遠程診斷、物流運輸等環節推廣NB-IoT物聯技術應用，實現研發設計、生產制造和物流配送等能力的在線發布、協同和交易，提升企業精準、高效的供給能力，推動傳統產業轉型升級和經濟社會創新發展。

4 結束語

隨著城市數字化進程的日益加快，人們對更便捷、更智能的智慧城市建設要求也逐漸提升。NB-IoT技術所具備的特點和優勢，會讓城市基礎設施、公共服務事業、環境監控管理更加完善，出行、就醫等更加便捷，農業等傳統產業更加精準、高端，而我們也將會迎來萬物互聯的新時代。