NB-IOT 技術淺析

馬亞蕾

（陜西職業技術學院，陜西西安，710100）

0 概述

物聯網是在互聯網基礎上發展起來并將聯網范圍擴展的萬事萬物的重大技術創新。中國政府提出《物聯網2020行動計劃》。物聯網的無線通信技術可以分為兩種：（1）短距離無線接入技術，例如：Zigbee、WIFI、藍牙、Z-wave等；（2）低功耗廣域網（LPWAN：low-power Wide-Area Network），NB-IOT，Lora,Weigthless,802.11ah,NB-IOT都屬于低功耗廣域網絡技術的一種。

NB-IOT 技術具有覆蓋廣、部署成本低、功耗低、多連接的特點，以可以在全球范圍廣泛應用的創新技術。NBIOT 支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接。2017 年7 月13 日，ofo 小黃車與中國電信、華為共同宣布，三家聯合研發的NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯網)“物聯網智能鎖”全面啟動商用。本文介紹了NB-IOT 技術的歷史由來并針對其特有的技術優勢探討了其應用場景。

1 NB-IOT 技術概述

萬物互聯的背后離不開短距離和長距離無線通信技術，我們熟知的藍牙、WIFI、Zigbee 技術都是為短距離無線通信服務的，而長距離無線通信中，2G,3G,4G 技術扮演著重要的角色。隨著物聯網的發展，萬物互聯已經從手機電腦跳躍到萬事萬物，環境也不僅僅局限在室內，而是延伸到整個城市。例如，智慧城市的互聯互通數據來源于基礎設施，遠程抄表、智慧農業、智慧畜牧、智慧泊車等。這樣基礎設施的數據量一般都比較小，只有幾KB，如果采用4G 移動通信技術，其核心優勢高數據速率和寬帶傳輸并不能得到有效發揮。同時，傳統的2G、3G、4G 技術并不能充分滿足物聯網設備低功耗、低成本的連接需求。因此NB-IOT 應運而生，它寄托著電信行業對物聯網龐大產業市場的美好憧憬。其優勢包括：NB-IOT 只需要非常窄的頻譜就可以正常工作，一個扇區能夠支持10 萬個連接，支持低延時敏感度、超低設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構。在大數據方面，NB-IoT 連接所收集的數據可以直接上傳云平臺，這項優點是藍牙技術和wifi 技術所不可實現的。

5G 技術帶來更快的網速，將萬物連入網絡。NB-IoT 可以認為是5G 商用的前奏和基礎。NB-IoT 的演進在5G 技術的發展和全面應用中扮演著非常重要的角色。5G 有三個標準，LTE(授權頻道)、LTE-U（非授權頻道）、NB-IoT(授權頻道)。

NB-IoT 最大的特點是傳輸距離能夠達到10 公里，可連接終端數目龐大，數據可以直接上傳云端。因此，該技術為物聯網的創新應用帶來了良好的技術支持，例如在城市管理中的遠程抄表、智慧井蓋、智慧路燈、智慧垃圾桶。共享單車采用的智能鎖系統就是NB-IoT 技術的全面商用。

2 NB-IOT、Zigbee、LoRa 技術比較

物聯網設備節點在組網過程中有無線和有線兩種方式。在無線組網中常見的有Zigbee、LoRa、NB-IOT 等。Lora是由Semtech 公司研發的低功耗廣域網無線通信技術。LoRa 產業鏈成熟比NB-IoT 早，針對物聯網快速發展的業務需求和技術空窗期，部分運營商選擇部署LoRa。LoRa與WIFI 或者WLAN 沒有任何關系，屬于一種新型的基于1GHz 以下的超長距離低功耗數據傳輸技術，和WIFI 相同的點在于均利用非授權頻段，但是頻段有所不同。LoRa 利用1GHz 以下頻段，而WIFI 在2.4、5.8GHz 頻 段。NBIOT、Zigbee、LoRa 三中物聯網技術比較見表1。

從拓撲結構來看，NB-IOT 最明顯的優勢就是數據采集后直接被上傳到云平臺，無需通過網關，現場部署不受限制。

從技術指標角度，NB 與LoRa 沒有太大差異，但是LoRa 在頻率使用和網絡架構方面存在劣勢。從產業鏈方面，LoRa 產業成熟更早一些，因此其商業應用、芯片和終端方面相比NB 目前來看更早一些，但隨著NB—IoT 的成熟商用，其終端、產業鏈將比LoRa 有更大優勢。從組網方面，LoRa 的網絡部署由于是全新的東西，對于電信運營商而言，需要進行全新建設全套LoRa 設備，包括LoRa 的基站、網絡服務器部分。NB 是由4G 升級部署，從中國電信來說，經過簡單的軟件升級即實現NB 和LTE 雙模網絡。LoRa使用非授權頻譜，干擾問題無法解決。綜上，NB—IoT 比LoRa 更適合在運營商級網絡中大規模部署。

表1 NB-IOT、Zigbee、LoRa技術比較

3 NB-IoT 應用

3.1 畜牧養殖

近年來，消費者對于牲畜肉質品質要求越來越高，畜牧業中放養的優勢不僅在于能夠降低飼料成本，也能夠提高牲畜肉質的營養和口感。人工放養需要耗費人力和財力，同時有安全隱患，利用GPRS 定位牲畜可以解決這個問題。然而，GPRS通訊基站覆蓋強度和容量以及電池續航都會造成一系列困擾。

NB-IoT技術能夠容納通訊基站用戶量是GPRS的10倍，同時擁有超低功耗，待機時間可以達到10 年之久，節省更換電池的人力。在沒有工人參與下，可以隨時在云平臺關注個體的心跳、呼吸、進食、體重以及是否與其他群體發生分離的信息。精準農業的發展也來源于此。

3.2 遠程抄表

在能源管理領域里，從傳統人工抄表到2G 網絡抄表，再到NB-IoT遠程抄表，水氣表的抄表越來越安全、高效便捷。NB-IoT 遠程抄表的優勢在與海量接入、快速部署、統一開放平臺、低成本安裝。

3.3 井蓋監控

智慧城市的發展需要市政公共基礎設置地下管廊增多，井蓋的增加是不可避免的。井蓋的監控顯得尤其重要，如果不能及時獲知井蓋狀態則有可能對城市公共基礎設施造成威脅。目前大部門城市仍然是靠人工巡檢管理井蓋，不能及時有效獲取信息，導致各種隱患。

使用NB-IoT 技術進行井蓋監控不再需要人工巡查，數據全部自動傳輸到平臺上。強大的信號覆蓋范圍可至室內和地下室，可以在井蓋監測中實現全面覆蓋。

3.4 智能鎖

智能家居行業離不開智能鎖的應用，為滿足安全需求，智能鎖需要擁有內置電池，采集各項基本數據以及將數據傳輸到服務器并對異常情況通過APP 端向用戶發出警報。智能鎖電池需要使用壽命長，需要強信號覆蓋，NB-IoT 技術的強覆蓋，廣連接，低功耗都可以滿足這些需求。

4 結語

本文介紹了NB-IOT 技術的來歷和特點，并結合其他相關技術進行對比分析，并對NB-IOT 應用進行了簡單介紹，后續將對NB-IOT 技術的具體應用和相關項目發開進行具體研究。