NB-IoT窄带物联网技术现状及发展趋势

王瑞琦 郑州大学信息工程学院/河南省信息咨询设计研究有限公司

引言：物联网技术是对互联网技术的又一次发展，通过这个网络可以做到物物之间的信息共享和数据交换。物联网相对于互联网而言是一种更高级的网络技术，物联网技术具有智能化、精准化、实时化等特点，能够实现对信息的感知、监测、采集等功能。由于移动蜂窝网自身具有覆盖范围广、可靠性高、部署便利等特点，可以为物联网提供高效可靠的连接技术，因此移动蜂窝网与物联网的融合是未来网络发展趋势。

1 NB-IoT技术性能特点

1.1 覆盖范围广

频段相同的情况下，基于蜂窝的窄带物联网(NB-IoT)技术与现网相比，增益能够增加约20dB，同时其覆盖的范围也更广。信号上下行时，通过信号的重复传输以及对信号采取合并接收的方式，能够使信号质量得到有效的提高，还可以根据覆盖广、功耗低对重复传输次数进行调整。与目前的GSM网络相比，其上行功率谱的密度获得了增加，使覆盖的深度及广度获得了显著的提高，从而使得在地下管道或地下车库等场景也可以接收到信号，使应用场景进一步扩大。

1.2 低功耗

NB-IoT的一项重要应用性能指标就是低功耗，适合用于一些无法经常更换电池的场合或设备。NB-IoT技术能够使终端芯片的复杂度得到有效的降低，工作电流小，减少耗电量并简化了空口信令，使传输的效率获得了提高，从而减少了位置更新的发送次数。另外R12版本协议新增设了节电模式PSM，从而使终端能够更长时间的停留于深睡眠状态；而R13版本进一步引入了非连续性发生扩展eDRX，减少终端监听网络的频度，使处于空闲模式的终端睡眠周期得到了进一步的延长，也使接收单元减少了不必要启动。

1.3 低成本

NB-IoT技术通过各种方法实现了终端芯片成本的降低。将其终端的工作带宽减少到200kHz，从而降低了基带的复杂性；而将峰值的速率降低到100kbps，使低速率对于大缓存的需求相应的减少；降低峰均比、单天线半双工等提高功放效率的设计，降低了RF的设计成本。另外NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都可实现与现网设备复用，低速率、低功耗、低带宽同样给芯片以及模块带来了低成本的优势。

1.4 大连接

在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供约五十倍的接入数。一个扇区能够支持十万个连接，并且支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；同时还具有频谱效率高、终端激活比极低、小包数据发送等特征。

2 物联网技术分析

2.1 RFID技术

RFID(Radio Frequency Identification)即射频识别技术是借助于无线电信号码对指向对象进行精准识别并获得相关信息的一种新型通信技术。RFID技术的实现原理其实很简单，当目标对象进入到射频信号覆盖范围之后，接收解读设备发出的电磁射频信号能够实现对目标对象的捕获，或者由目标对象主动发出特定的电磁信号，然后由接收解读器进行接收，最后把收到的信息输送到信息处理设备进行处理。RFID技术具有扫描速度快、设备微型化、耐用性强等特点。

2.2 传感器技术

传感器技术是采集信息的关键技术，可以把传感器技术看成整个物联网技术的起点。目前传感器的种类繁多，且传感器设备正朝着小型化、精准化、智能化的方向发展。传感器在无线网络中布置较多，在有线网络中的应用较少，所以传感器的分布不会受到有线线路分布的影响，具有组网简单、部署灵活机动的特点。传感器技术一般是在近距离范围内使用，因而安全性高且功率较低，并能够延长电池的使用寿命。

3 NB-IoT的网络架构和应用

3.1 NB-IoT技术的网络架构

NB-IoT的系统由应用平台、核心网、终端侧以及无线侧四个部分组成。其终端侧是主要的感知层，负责将所采集的数据通过接入网和核心网向服务平台传送；无线侧是主要的接入网络，能够以其优异的覆盖性能为接触终端提供基础；核心网的SGW以及MME网元则必须新建，可以对HSS和PGW网元进行改造，为NB-IoT网络提供支持；对物联网的业务统一进行管理的就是应用平台，其能够对NB-IoT网络的应用进行拓展。

3.2 NB-IoT的应用

NB-IoT技术在实际应用领域具有多项优势，其所包含的网络层、感知层以及应用层能够与行业的应用进行紧密的结合，能够使物联网实现智能化的应用。物联网能够在智慧城市、智能电网、智能制造以及医疗保健和公共设施等多个领域展开应用。

中国电信已建成全球首个全覆盖的新一代窄带物联网商用网络，目前已在深圳实现窄带物联网商用全覆盖。截至目前已有近1200块“智慧水表”投入了使用；最近“智慧燃气”首批远传抄表也已在深圳投入商用6000 个。

南京移动将路灯行业应用作为NB-IoT重要试点方向，联合市路灯管理处共同推动基于“单灯控制”的路灯智能化研究，可满足远程管理、故障定位、环保节能的智能路灯管理需求。

4 NB-IoT 通信技术发展趋势

物联网将会为良好的商业模式形成提供科学保障，并使与之相关的网络可靠性增强，使得不同要素之间能够保持良好的互联状态。在此基础上，NB-IoT 低速率窄带物联网通信技术良好的发展趋势将更加明显，物联网的发展水平也将保持在更高的层面上，将会为我国信息化产业规模扩大给予必要的技术支持。

结合云计算技术的应用及大数据时代的发展状况，为了使物联网发展中能够形成符合其可持续发展需要的商业生态模式，其未来发展中将会加深对 NB-IoT 的依赖程度，即 NB-IoT技术将会处于良好的发展状态，满足不同行业的生产需求。同时在 NB-IoT技术的支持下，也将形成良好的垂直应用场景，像智能气表与水表所属的公共事业领域、智能路灯及垃圾箱所涉及的智慧城市建设等，都需要该技术发挥出应有的作用。

结束语：物联网技术的应用和发展将深刻改变我们工作、生活以及娱乐的方式。从生产领域的自动化到日常生活中的家用电器以及新兴的穿戴式传感器，在未来发展的各个领域中都将有物联网的介入。各种形式的网络随着科技的进步不断的发展，使人们可以通过网络获得的各种环境信息对自己的工作和生活进行设计，从而使我们的生活更加便捷和安全，同时还能够对资源更加合理的进行利用，促进人与自然环境的和谐发展，留住金山银山，更快更好的实现每个人的中国梦。