NB—IoT低速率窄带物联网通信技术现状与发展研究

张志峰

摘要：物联网目前主要依托无线蜂窝网技术，窄带物联网NB-IoT作为物联网应用最广泛技术，其通过带内、保护带或獨立载波等形式，使用License频段实现有网络的互联。该技术可以支撑多领域、多城市涵盖智能交通、智能医院、智能抄表、智能家居等多种用途的大规模部署的低功耗的海量传感器等物联网设备。文章介绍了物联网发展历程，分析了NB-IoT关键技术特点，论述了其应用的主要场景。

关键词：物联网；发展历程；NB-IoT；技术特点；应用场景

1 物联网发展历程

2005年国际电信联盟（International Telecommunication Union， ITU）发布ITU互联网报告，第一次以国际组织形式对物联网进行重新定义：“通过二维码识读设备、射频识别（Radio Frequency Identification， RFID）装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。”据此定义，全球实现了物与物（Thing to Thing，T2T），人与物（Human to Thing，H2T），人与人（Human to Human，H2H）互通互联的愿望。随后2006年韩国制定u-Korea计划，拟在韩国国民日常生活中建设IPv6， USN，BcN等智能型网络以及RFID，Telematics，DMB等智能应用，以期给人民带来智慧科技服务。

2008年11月，中国第二届中国移动政务研讨会上，首次提出“创新2.0”概念，旨在新的信息技术应用方面，带动我国创新体系的重构。2009年欧盟国家开始执行物联网计划，对物联应用场景及关键技术进行研究和管理。同年，美国政府及IBM企业提出“智慧地球”概念，标志着美国物联网技术进入新的发展里程。2009年8月，我国建立了 “感知中国”研究中心和物联网研究院，物联网首次被确立为中国国家五大新兴战略性产业之一。2013年年底工信部正式发放了LTE牌照。现如今，物联网成了“中国式”标签，随着“中国制造2025” “丝绸之路”等规划实施，高速无线接入网已经惠及全国人民的日常生活之中[1]。

窄带物联网NB-IoT技术可以支撑多领域、多城市涵盖智能交通、智能医院、智能抄表、智能家居等多种用途的大规模部署的低功耗的海量传感器等物联网设备。在低功耗广覆盖（Low Power Wide Area，LPWA）物联网（IoT）市场中，2016年NB-IoT标准核心协议正式获批，建立了全球运营商基于标准化的物联网专有协议，并正式具备商业应用的资质。2017年我国政府及电信、联通、移动3大电信运营商和设

备供应商华为、中兴等企业共同支持下，成立了 “NB-IoT窄带物联网企业标准”。由此开启了中国窄带物联网NB-IoT商用时代。随着《2017—2023年中国物联网行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》的发布，我国物联网市场2017年已经突破1万亿元人民币的规模。IDC公司在物联网产业预测方面，预测到2020年，全球物联网连接数可能突破300亿元人民币，市场总市值可达到1.7万亿美金[2]。

2 窄带物联网NB-IoT技术特点

窄带物联网NB-IoT（Narrow Band-IoT）作为3GPP组织对运营商设定的物联网解决方案。NB-IoT主要承载深度覆盖、低功耗、低速率、大连接的应用业务，式低功耗广域网LPWAN技术（Low-Power Wide-Area Network， LPWAN）重要应用内容，特点主要有以下几点。

2.1 全覆盖，低时延

NB-IoT可以实现全面覆盖，深度覆盖，同频段下，功率谱密度进一步加大，重传次数实现无限次，增益比GPRS增加20 dB，覆盖面积增加7倍以上，可允许时延约10 ms。

2.2 低功耗

NB-IoT借助节电模式（Power Saving Mode，PSM）和延长的非连续接受模式（Enhanced Discontinuous Reception，EDRX），实现小数据量、低频调制、小速率传输，睡眠周期得到延长，终端监听网络频度少，待机时间更长。

2.3 低成本

NB-IoT采用模块低功耗、低速率、低基宽宽、简化协议栈、RF设计等，使得核心芯片集成度较高，成本目前可达到35元人民币，未来随着技术的突破，成本不超过10元人民币。

2.4 连接数里超大

NB-IoT采用窄带技术，信道容量较大，基站和核心网优化设计，空口信令开销小，频谱效率高，支持海量设备连接技术，可以提供大于移动蜂窝技术50?100倍接入数，连接密度为50 000设备/200 kHz/小区。其上行为3.75 kHz子载波间隔。NB-IoT下行链路损耗表如表1所示。

NB-IoT网络架构是基于FDD LTE技术的4G网络架构，其流程通过引入MME与SCEF以及HSS与SCEF之间接入，业务能力开放单元增加，并且支持非IP数据传输传输和控制优化方案，网络架构较完善。

2.5安全稳定性强

我国物联网完全继承4G网络安全性。随着5G时代的到来，逐步朝着低时延高可靠、高速率用户体验、大连接低功耗的演进过程成，未来物联网可以提供电信级可靠无缝接入。NB-IoT自接部署于GSM网络、UMTS网络、LTE等网络，通过与现有网络基站复用，NB-IoT不占用现有网络语音和数据带宽，不提供定位等业务，单独应用180 kHz频段，稳定性更强。

3 技术应用典型场景

3.1 服务型管理平台

物联网通用服务平台是物联网主要典型应用场景之一，可以实现物联网应用的各个环节服务，向POS机、手机、读卡器、扫描设备等终端提供开放的OS软件支持及配套技术支持。并支持多速率网络连接服务，实现感知、配置、管理、控制、业务变更、资源分配、诊断、应用等智能连接服务。同时支持向应用服务标准化开发、中间件服务、数据存储、逻辑引擎、应用程序接口（Application Program Interface，API）接入、实现不同应用业务的快速开发、设计部署等。典型智能服务管理平台应用场景[4]如图1所示。

3.2 智能生活场景

主要包括智能型公共服务，如智能水、电气抄表、智能数据监测追踪，智慧城市建设应用主要有智能交通和小区建设，智能导航和其他服务。工业生产方面可实现能源、生产工艺环节、安全管理、设计等多个环节实现智能控制和管理，充分实现所有设备及数据的共建共享。在智能家居、智能服务方面可实现建筑、家用电器、物流、出行、购物等接入管理和控制。而在农业、金融、旅游、军事等方面也可以提供智能物联服务。充分满足人民群众各个方面的需求，带来较多的经济、社会效益，不断改善人民生活质量。

4 结语

随着智能、大数据挖潜、信息共享等技术不断进步，物联网将像大海一样具有更深邃的研究领域。NB-IoT作为低功耗广域网关键技术之一，在低速率物联网业务服务方面，将会带来更多的商机和更贴切的服务。

[参考文献]

[1]张万春.NB-IoT系统现状与发展[J].中兴通讯技术，2017（1）：10-14.

[2]曲井致.NB-IoT低速率窄带物联网通信技术现状及发展趋势[J].科技创新与应用，2016（31）：115.

[3]陈博，甘志辉.NB-IoT网络商业价值及组网方案研究[J].移动通信，2016（13）：44-48.

[4]赵静.低速率物联网蜂窝通信技术现状及发展趋势[J].移动通信，2016（7）：27-30.