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摘要：NB-IoT即窄带物联网，是物联网领域一个新兴的技术，因该技术支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，故该技术也被称作低功耗广域网，即LPWA。本文介绍了NB-IoT的产生背景及特性，包括增强覆盖能力、低复杂度、低功耗等；最后基于NB-IoT的特性，探讨了NB-IoT的应用思路。
关键词：窄带；物联网；低功耗；应用
物联网是互联网发展到一定阶段的必然产物，是新一代信息技术的重要组成部分。从字面看，物联网即物与物之间相连的互联网。这其中有两层意思：一是物联网离不开互联网，它是互联网的延伸和扩展，其仍然以互联网作为核心和基础；二是物联网时代，交流的对象从互联网中的用户端延伸到了具体的物品上，通过智能感知、识别及普适计算等通信感知技术，实现了物品与物品之间的信息交换。而基于蜂窝网络的窄带物联网则是在物联网发展过程中的一个重要产物，也将成为万物互联网络中的一个重要分支。
1 产生背景
随着物联网时代的到来，物联网技术已经慢慢融入了我们生产和生活的方方面面。如：在以监控摄像头为代表的速率要求较高的业务中，我们主要使用3G、4G技术及即将到来的5G技术；在以POS机为代表的中等速率业务中，我们主要使用GPRS技术；但是对于速率要求较低的业务，如：电水气表、物流及泊车等，由于在一定时期内没有很好的技术来满足，只能通过GPRS技术来实现勉强支撑。因此，为了满足低功耗广域网市场的需要，解决GPRS技术业务功耗高、覆盖范围不足的问题，窄带物联网技术应运而生。
网络传输速率分类图[1]
2 发展历程
对于窄带物联网标准的发展，最早推进的企业是华为。早在2014年5月，华为就提出了基于机器到机器的窄带技术NB M2M；2015年5月，华为在融合了基于窄带的正交频分多址NB OFDMA的基础上形成了基于认知的窄带物联网NB-CIOT；7月，NB-LTE技术跟NB-CIOT技术进一步融合，形成NB-IOT技术[2]；2016年6月16日，在韩国釜山召开的3GPP RAN全会第72次会议顺利结束，NB-IoT作为3GPP R13中的一项重要课题，其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准，而这也正式宣告了这项受无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议在历经了2年多的研究后终于全部完成，至此全球运营商有了基于标准化的物联网专有协议，而这一标准化工作的成功完成也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段 [3]。
3 NB-IoT特点
3.1 覆盖广
在同样的频段下，NB-IoT技术能实现比现有的GSM技术好20dB以上的覆盖增益，覆盖面积扩大达100倍之多，即使是在地下车库、地下管道这样的地方也能轻松实现全覆盖。且NB-IoT的上行工具谱密度增益达17dB（NB-IoT的200mw/3.75kHz相比2G/3G/LTE的200mw/180kHz）；2-16倍的重传机制增益达3-12dB（付出时延代价，10s，但业务允许）；编译码增益达3-4dB[4]。
3.2 大连接
具備支撑海量连接的能力，NB-IoT的一个扇区预计能够支持约10万个物联网终端的连接，而现有的2G/3G/4G网络所支持的连接数则分别是14个、128个和1200个，拿现在比较流行的4G网络来看，相较4G的1200个物联网终端连接，NB-IoT比其高80倍还多。按照目前全球约500万个物理站点计算，在假设全球范围内完成NB-IoT部署的情况下，那么每个站点三个扇区预计可接入的物联网终端数将达约1.5万亿个。
3.3 低功耗
按照每天发送一次200Byte的报文计算，利用NB-IoT技术，终端模块的待机时间可长达10年。且由于单次的速传时间缩短了，终端99%的时间都工作在节能模式上（这个节能模式和手机的节能模式不一样，终端仍然注册在网，但信令不可达。即终端处于深度睡眠，其大部分时间的功耗只有15微瓦。）而正是由于其睡眠时间比较长的特点，能有效减少终端监听网络的频度，并进而简化对移动性的管理[4]。
3.4 低成本
相较其他技术模块来说，NB-IoT的模块成本更低，预计单个接连模块不超过5美元，且NB-IoT是基于授权频段的低功耗技术，这就保证了其可以直接部署在运营商现有的2G/3G/4G网络中，这样既可以合理利用现有的资源，避免重复建设；又可以实现与现有资源进行相互融合、互相补充，推进低速率业务的广泛应用，且随着应用的不断深入，预计未来NB-IoT的成本将减到1美元左右。
4 NB-IoT应用
4.1 智能抄表
目前，我国部分地区实现了自动抄表，以提升抄表工作的效率，提高管理水平。但是在智能抄表方面，基于现有的网络技术想实现智能抄表可谓困难重重。因为位于房屋地下或者弱覆盖范围之中的表仅靠目前的2G/3G/4G网络无法实现有效接入，而利用NB-IoT技术的低功耗和深度覆盖功能则可以完全解决这些问题，因此未来NB-IoT技术将在智能抄表方面有着十分广阔的前景。
4.2 智能检测
环境问题是国家近几年来最为重视的内容之一，由于环境污染来自于生产和生活的方方面面，因此如果仅凭人工进行检测和排查，不但费时费力，更要消耗大量的财力和物力。而通过基于窄带物联网技术的智能传感器则不但可以准确提供土壤监测、危险气体检测、水质监测和危险品管理等多种检测、监测功能，更能成功帮助我们解决现有的部署难题，提升管理水平。
参考文献：
[1] 一文看懂NB-IoT所有猫腻：华为如此青睐的原因？EEFOCUS.2016-07-17[引用日期2017-1-24]
[2] 继标准冻结，华为在NB-IoT又有大动作！电子发烧网.2016-07-29[引用日期2017-1-24]
[3] 重磅！NB-IoT核心标准冻结.物联网智库. 2016-06-16[引用日期2017-1-24]
[4] 物联网给NB-IoT等新技术带来哪些机遇和挑战？电子发烧友网. 2016-07-16[引用日期2017-1-24]
关键词：窄带；物联网；低功耗；应用
物联网是互联网发展到一定阶段的必然产物，是新一代信息技术的重要组成部分。从字面看，物联网即物与物之间相连的互联网。这其中有两层意思：一是物联网离不开互联网，它是互联网的延伸和扩展，其仍然以互联网作为核心和基础；二是物联网时代，交流的对象从互联网中的用户端延伸到了具体的物品上，通过智能感知、识别及普适计算等通信感知技术，实现了物品与物品之间的信息交换。而基于蜂窝网络的窄带物联网则是在物联网发展过程中的一个重要产物，也将成为万物互联网络中的一个重要分支。
1 产生背景
随着物联网时代的到来，物联网技术已经慢慢融入了我们生产和生活的方方面面。如：在以监控摄像头为代表的速率要求较高的业务中，我们主要使用3G、4G技术及即将到来的5G技术；在以POS机为代表的中等速率业务中，我们主要使用GPRS技术；但是对于速率要求较低的业务，如：电水气表、物流及泊车等，由于在一定时期内没有很好的技术来满足，只能通过GPRS技术来实现勉强支撑。因此，为了满足低功耗广域网市场的需要，解决GPRS技术业务功耗高、覆盖范围不足的问题，窄带物联网技术应运而生。
网络传输速率分类图[1]
2 发展历程
对于窄带物联网标准的发展，最早推进的企业是华为。早在2014年5月，华为就提出了基于机器到机器的窄带技术NB M2M；2015年5月，华为在融合了基于窄带的正交频分多址NB OFDMA的基础上形成了基于认知的窄带物联网NB-CIOT；7月，NB-LTE技术跟NB-CIOT技术进一步融合，形成NB-IOT技术[2]；2016年6月16日，在韩国釜山召开的3GPP RAN全会第72次会议顺利结束，NB-IoT作为3GPP R13中的一项重要课题，其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准，而这也正式宣告了这项受无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议在历经了2年多的研究后终于全部完成，至此全球运营商有了基于标准化的物联网专有协议，而这一标准化工作的成功完成也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段 [3]。
3 NB-IoT特点
3.1 覆盖广
在同样的频段下，NB-IoT技术能实现比现有的GSM技术好20dB以上的覆盖增益，覆盖面积扩大达100倍之多，即使是在地下车库、地下管道这样的地方也能轻松实现全覆盖。且NB-IoT的上行工具谱密度增益达17dB（NB-IoT的200mw/3.75kHz相比2G/3G/LTE的200mw/180kHz）；2-16倍的重传机制增益达3-12dB（付出时延代价，10s，但业务允许）；编译码增益达3-4dB[4]。
3.2 大连接
具備支撑海量连接的能力，NB-IoT的一个扇区预计能够支持约10万个物联网终端的连接，而现有的2G/3G/4G网络所支持的连接数则分别是14个、128个和1200个，拿现在比较流行的4G网络来看，相较4G的1200个物联网终端连接，NB-IoT比其高80倍还多。按照目前全球约500万个物理站点计算，在假设全球范围内完成NB-IoT部署的情况下，那么每个站点三个扇区预计可接入的物联网终端数将达约1.5万亿个。
3.3 低功耗
按照每天发送一次200Byte的报文计算，利用NB-IoT技术，终端模块的待机时间可长达10年。且由于单次的速传时间缩短了，终端99%的时间都工作在节能模式上（这个节能模式和手机的节能模式不一样，终端仍然注册在网，但信令不可达。即终端处于深度睡眠，其大部分时间的功耗只有15微瓦。）而正是由于其睡眠时间比较长的特点，能有效减少终端监听网络的频度，并进而简化对移动性的管理[4]。
3.4 低成本
相较其他技术模块来说，NB-IoT的模块成本更低，预计单个接连模块不超过5美元，且NB-IoT是基于授权频段的低功耗技术，这就保证了其可以直接部署在运营商现有的2G/3G/4G网络中，这样既可以合理利用现有的资源，避免重复建设；又可以实现与现有资源进行相互融合、互相补充，推进低速率业务的广泛应用，且随着应用的不断深入，预计未来NB-IoT的成本将减到1美元左右。
4 NB-IoT应用
4.1 智能抄表
目前，我国部分地区实现了自动抄表，以提升抄表工作的效率，提高管理水平。但是在智能抄表方面，基于现有的网络技术想实现智能抄表可谓困难重重。因为位于房屋地下或者弱覆盖范围之中的表仅靠目前的2G/3G/4G网络无法实现有效接入，而利用NB-IoT技术的低功耗和深度覆盖功能则可以完全解决这些问题，因此未来NB-IoT技术将在智能抄表方面有着十分广阔的前景。
4.2 智能检测
环境问题是国家近几年来最为重视的内容之一，由于环境污染来自于生产和生活的方方面面，因此如果仅凭人工进行检测和排查，不但费时费力，更要消耗大量的财力和物力。而通过基于窄带物联网技术的智能传感器则不但可以准确提供土壤监测、危险气体检测、水质监测和危险品管理等多种检测、监测功能，更能成功帮助我们解决现有的部署难题，提升管理水平。
参考文献：
[1] 一文看懂NB-IoT所有猫腻：华为如此青睐的原因？EEFOCUS.2016-07-17[引用日期2017-1-24]
[2] 继标准冻结，华为在NB-IoT又有大动作！电子发烧网.2016-07-29[引用日期2017-1-24]
[3] 重磅！NB-IoT核心标准冻结.物联网智库. 2016-06-16[引用日期2017-1-24]
[4] 物联网给NB-IoT等新技术带来哪些机遇和挑战？电子发烧友网. 2016-07-16[引用日期2017-1-24]