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摘要：大数据时代的到来，通过无线技术可以实现万物互联，使智慧城市建设得以实现。在物联网技术支持下，能够将大数据技术、区块链、人工智能密切关联在一起，同时可以应用到运输检测、智能调度和物流仓储等领域。物联网技术的成本与功耗比较低，且覆盖范围广。窄带物联网NB-IoT属于新兴技术，能够实现物联网的创新应用。此次研究主要是探讨分析窄带物联网NB-IoT关键技术，希望能够对相关人员起到参考性价值。
关键词：窄带物联网;NB-IoT关键技术
物联网可以优化部署各类设备，且设备具备通信能力、执行能力、计算能力和感知能力，以此获取物理信息，借助网络传输、协同与处理信息，以此实现信息互联与交换。NB-IoT技术属于新制式，在物联网中占据重要地位，可以实现功耗、成本、链接数量及覆盖等优势，同时可以灵活应用技术优势，以此实现低速业务，发展前景广阔。
1、NB-IoT技术及特点
NB-IoT技术属于窄带物联网，在万物互联中占据重要地位。NB-IoT技术可以直接关联长期演进网络和全球移动通信网络，关联成本比较低，能够实现平滑升级。NB-IoT技术应用180kHz带宽，能耗非常低，因此成为显著技术优势。同时，NB-IoT技术还能够扩大覆盖面、成本低廉，实现大范围连接等，因此NB-IoT技术的优势体现离不开关键技术的支持。
NB-IoT技术带宽和多数网络带宽相同，不存在特殊技术。下行采用多址接入技术，载波间隔为15kHz，下行载波应当保证3.75kHz、15kHz单载波可以正常运行。NB-IoT技术搭载全新的数学传输技术及信息技术，采用双半工通信模式，有助于降低设备成本及能耗成本。同时，NB-IoT技术还涉及到应用层、感知层和网络层。其中，感知层组成包括传感网关与传感器;应用层能够实现人与物连接;网络层组成包括有线网、无线网、互联网及相关网络。
2、NB-IoT關键技术
2.1 低消耗关键技术
NB-IoT技术多应用于小速率及小数据方面，所以技术消耗比较低，终端待机时间可以达到10年。NB-IoT技术通过EDRX技术和软件模型技术，可以确保设备始终在线，减少额外信令传输，同时在软件模型状态下，不接受寻呼信息。
第一，软件模型技术。通过该项技术可以将终端射频关闭，同时与关机状态比较接近，阻止寻呼信息、业务呼叫接收，且下行处于不可达状态。在此种阶段下，当数据信息运输到MME中，通过MME可以传输到SGW进行数据缓存与寻呼延迟、当上行需要发送数据或信令时，终端将不处于软件模型状态，此时会触发随机连接状态，终端始终在线。所以上下文会处于核心侧，无需建立公共数据网。因此，软件模型技术可以确保用户处于在线状态，然而却无法传输信令。处于在线状态时，将会和关机睡眠状态相似，以此节省电能。
第二，EDRX技术。该项技术属于新兴技术模式，属于DRX技术的升级延伸，可以支持更长的寻呼时间，以此达到节省电能的效果。从本质上看，DRX技术在移动网络中属于高成熟技术。在2G时代开始，直到5G时代都广泛应用。DRX技术能够确保终端设备处于休眠状态，无需对PD-CCH子帧进行监听。在监听时，只需改变休眠状态即可。
终端设备可以按照实际需求，决定将传输数据划分为连接状态或者空间状态。在某个区域下，UE会处于空闲状态，在随机连接之后，可以转换为连接状态。在空闲状态下，能够对寻呼进行监听，然而在DRX技术下，不需要进行监听，终端只是对具备寻呼标识的数据进行监听。在DRX周期内，只需进行1 次寻呼接收即可，因此DRX寻呼周期越长，则节约电能越多。加强升级版EDRX技术，可以持续延长寻呼周期，节省更多的电能。
2.2 低成本关键技术
低成本的相关因素非常多，NB-IoT技术具备低能耗与低速率特点，基于成本优势分析，低速率的缓存量比较小，低消耗的射频量比较少，且低带宽所应用的算法简单，可以简化每一道步骤，从而使整体成本降低。在NB-IoT技术内，包含分半双工技术，表明上行频率与下行频率处于相互独立状态，此时终端无需发送和接收数据。在NB-IoT技术下，应用的元器件数量比较少，成本低廉，因此可以减少电能消耗。同时，运营商建网与NB-IoT技术该覆盖率，也能够降低应用成本。
2.3 高覆盖技术
NB-IoT技术具备较高增益，且覆盖能力非常强，高于长期演进技术数百倍，即使在地下空间和管道等区域，NB-IoT技术也可以实现全覆盖。首先，NB-IoT技术具备高发射率谱密度优势。技术带宽为180kHz，下行子载波间隔为15kHz，上行支持两种载波。在独立部署条件下，下行发射功率约为20W，由于采用窄带宽，因此功率谱密度约为长期演进技术的17dB。不管是按照15kHz计算，还是3.75kHz计算，所获得的密度均比较高，因此可以扩大覆盖面。此外，NB-IoT技术支持重传，下行可以支持2048次，上行最高可以支持128次，高重传可以提升混合自动重传请求增益，通过低速率换取高覆盖。基于理论分析可知，每一次重传可以增加3dB，然而重传次数和速率存在负相关性。
3、NB-IoT技术的应用场景
NB技术具备高覆盖深度、长待机时间、低功耗等优势，因此可以应用于不连续移动场景、静态业务场景、低时延灵敏度场景与实时数据传输场景中。NB-IoT技术可以应用到智慧农业、智能停车、智慧物联与资产跟踪等和垂直行业中。比如福建所建立的好运联联，将NB-IoT技术应用到物流行业。此外，通过NB-IoT技术还能够研发车载宝智慧物流系统，对车辆与人员的相关数据进行实时采集，以此实现可回溯与可预警效果。同时，在农业与环境中，也可以应用NB-IoT技术。比如实时监测空气、农业物联网、实时监测水质、畜牧业物联网等。在文物保护、智能家居、智能社区及移动支付领域，也广泛应用NB-IoT技术。结合物联网技术和传感器，可以实现水下、山林、野外等特殊区域的网络覆盖，以此提升农业生产效率。针对近郊与覆盖区域，物联网技术能够改善温室、水产业与花卉等农业生产及流通。此外，农业物联网也可以应用无线网络和有线网络方式，以此实现低成本、稳定供电与网络全覆盖效应。当前，在服装领域也开始应用NB-IoT技术，例如新研发的智能儿童运动鞋，可以有效保障儿童运动安全。
4、结束语
综上所述，NB-IoT技术属于物联网技术的全新发展，可以实现远程部署与广泛部署效果。通过准确的技术标准，可以确保NB-IoT技术应用到商业领域。工信部提出物联网发展目标，各大运营商也开始建设NB-IoT基站，加大技术创新力度，从根本上促进NB-IoT技术的发展。
参考文献：
[1] 田小梦.ITU正式将NB-IoT技术纳入5G标准体系促进全球5G发展[J].通信世界，2020，25（20）：29-30.
[2] 李玉强，纪繁茂，徐捷.基于NB-IoT技术的车用智能灭火设备系统设计与应用[J].物联网技术，2020，10（06）：82-83.
[3] 周珊.NB-IoT、LoRa等物联网技术在报警行业的应用及挑战[J].中国安防，2020，16（06）：98-101.
[4] 范国林，朱双宁，金小艳，孙宁宁，王彦玲.基于NB-IoT技术的物联网安全防护技术研究[J].通信技术，2020，53（05）：1244-1249.
[5] 张智涌，刘明锦，杨中瑞，王宾，陈万林.基于NB-IoT技术的水电站水文环境监测系统研究与应用[J].四川水利，2020，41（02）：122-126.
关键词：窄带物联网;NB-IoT关键技术
物联网可以优化部署各类设备，且设备具备通信能力、执行能力、计算能力和感知能力，以此获取物理信息，借助网络传输、协同与处理信息，以此实现信息互联与交换。NB-IoT技术属于新制式，在物联网中占据重要地位，可以实现功耗、成本、链接数量及覆盖等优势，同时可以灵活应用技术优势，以此实现低速业务，发展前景广阔。
1、NB-IoT技术及特点
NB-IoT技术属于窄带物联网，在万物互联中占据重要地位。NB-IoT技术可以直接关联长期演进网络和全球移动通信网络，关联成本比较低，能够实现平滑升级。NB-IoT技术应用180kHz带宽，能耗非常低，因此成为显著技术优势。同时，NB-IoT技术还能够扩大覆盖面、成本低廉，实现大范围连接等，因此NB-IoT技术的优势体现离不开关键技术的支持。
NB-IoT技术带宽和多数网络带宽相同，不存在特殊技术。下行采用多址接入技术，载波间隔为15kHz，下行载波应当保证3.75kHz、15kHz单载波可以正常运行。NB-IoT技术搭载全新的数学传输技术及信息技术，采用双半工通信模式，有助于降低设备成本及能耗成本。同时，NB-IoT技术还涉及到应用层、感知层和网络层。其中，感知层组成包括传感网关与传感器;应用层能够实现人与物连接;网络层组成包括有线网、无线网、互联网及相关网络。
2、NB-IoT關键技术
2.1 低消耗关键技术
NB-IoT技术多应用于小速率及小数据方面，所以技术消耗比较低，终端待机时间可以达到10年。NB-IoT技术通过EDRX技术和软件模型技术，可以确保设备始终在线，减少额外信令传输，同时在软件模型状态下，不接受寻呼信息。
第一，软件模型技术。通过该项技术可以将终端射频关闭，同时与关机状态比较接近，阻止寻呼信息、业务呼叫接收，且下行处于不可达状态。在此种阶段下，当数据信息运输到MME中，通过MME可以传输到SGW进行数据缓存与寻呼延迟、当上行需要发送数据或信令时，终端将不处于软件模型状态，此时会触发随机连接状态，终端始终在线。所以上下文会处于核心侧，无需建立公共数据网。因此，软件模型技术可以确保用户处于在线状态，然而却无法传输信令。处于在线状态时，将会和关机睡眠状态相似，以此节省电能。
第二，EDRX技术。该项技术属于新兴技术模式，属于DRX技术的升级延伸，可以支持更长的寻呼时间，以此达到节省电能的效果。从本质上看，DRX技术在移动网络中属于高成熟技术。在2G时代开始，直到5G时代都广泛应用。DRX技术能够确保终端设备处于休眠状态，无需对PD-CCH子帧进行监听。在监听时，只需改变休眠状态即可。
终端设备可以按照实际需求，决定将传输数据划分为连接状态或者空间状态。在某个区域下，UE会处于空闲状态，在随机连接之后，可以转换为连接状态。在空闲状态下，能够对寻呼进行监听，然而在DRX技术下，不需要进行监听，终端只是对具备寻呼标识的数据进行监听。在DRX周期内，只需进行1 次寻呼接收即可，因此DRX寻呼周期越长，则节约电能越多。加强升级版EDRX技术，可以持续延长寻呼周期，节省更多的电能。
2.2 低成本关键技术
低成本的相关因素非常多，NB-IoT技术具备低能耗与低速率特点，基于成本优势分析，低速率的缓存量比较小，低消耗的射频量比较少，且低带宽所应用的算法简单，可以简化每一道步骤，从而使整体成本降低。在NB-IoT技术内，包含分半双工技术，表明上行频率与下行频率处于相互独立状态，此时终端无需发送和接收数据。在NB-IoT技术下，应用的元器件数量比较少，成本低廉，因此可以减少电能消耗。同时，运营商建网与NB-IoT技术该覆盖率，也能够降低应用成本。
2.3 高覆盖技术
NB-IoT技术具备较高增益，且覆盖能力非常强，高于长期演进技术数百倍，即使在地下空间和管道等区域，NB-IoT技术也可以实现全覆盖。首先，NB-IoT技术具备高发射率谱密度优势。技术带宽为180kHz，下行子载波间隔为15kHz，上行支持两种载波。在独立部署条件下，下行发射功率约为20W，由于采用窄带宽，因此功率谱密度约为长期演进技术的17dB。不管是按照15kHz计算，还是3.75kHz计算，所获得的密度均比较高，因此可以扩大覆盖面。此外，NB-IoT技术支持重传，下行可以支持2048次，上行最高可以支持128次，高重传可以提升混合自动重传请求增益，通过低速率换取高覆盖。基于理论分析可知，每一次重传可以增加3dB，然而重传次数和速率存在负相关性。
3、NB-IoT技术的应用场景
NB技术具备高覆盖深度、长待机时间、低功耗等优势，因此可以应用于不连续移动场景、静态业务场景、低时延灵敏度场景与实时数据传输场景中。NB-IoT技术可以应用到智慧农业、智能停车、智慧物联与资产跟踪等和垂直行业中。比如福建所建立的好运联联，将NB-IoT技术应用到物流行业。此外，通过NB-IoT技术还能够研发车载宝智慧物流系统，对车辆与人员的相关数据进行实时采集，以此实现可回溯与可预警效果。同时，在农业与环境中，也可以应用NB-IoT技术。比如实时监测空气、农业物联网、实时监测水质、畜牧业物联网等。在文物保护、智能家居、智能社区及移动支付领域，也广泛应用NB-IoT技术。结合物联网技术和传感器，可以实现水下、山林、野外等特殊区域的网络覆盖，以此提升农业生产效率。针对近郊与覆盖区域，物联网技术能够改善温室、水产业与花卉等农业生产及流通。此外，农业物联网也可以应用无线网络和有线网络方式，以此实现低成本、稳定供电与网络全覆盖效应。当前，在服装领域也开始应用NB-IoT技术，例如新研发的智能儿童运动鞋，可以有效保障儿童运动安全。
4、结束语
综上所述，NB-IoT技术属于物联网技术的全新发展，可以实现远程部署与广泛部署效果。通过准确的技术标准，可以确保NB-IoT技术应用到商业领域。工信部提出物联网发展目标，各大运营商也开始建设NB-IoT基站，加大技术创新力度，从根本上促进NB-IoT技术的发展。
参考文献：
[1] 田小梦.ITU正式将NB-IoT技术纳入5G标准体系促进全球5G发展[J].通信世界，2020，25（20）：29-30.
[2] 李玉强，纪繁茂，徐捷.基于NB-IoT技术的车用智能灭火设备系统设计与应用[J].物联网技术，2020，10（06）：82-83.
[3] 周珊.NB-IoT、LoRa等物联网技术在报警行业的应用及挑战[J].中国安防，2020，16（06）：98-101.
[4] 范国林，朱双宁，金小艳，孙宁宁，王彦玲.基于NB-IoT技术的物联网安全防护技术研究[J].通信技术，2020，53（05）：1244-1249.
[5] 张智涌，刘明锦，杨中瑞，王宾，陈万林.基于NB-IoT技术的水电站水文环境监测系统研究与应用[J].四川水利，2020，41（02）：122-126.