窄带物联网（NB-IoT）能耗测试浅析

潘旭晖 房超

窄带物联网（NB-IoT）能耗测试浅析

潘旭晖 房超

浪潮乐金数字移动通信有限公司，山东 烟台 264006

当前窄带物联网技术比较盛行，很多方面都在应用。因此，阐述了窄带物联网的概念，随后基于蜂窝工作原理，对其进行了能耗分析并构思了测试方法，分析了测试过程中可能出现的难点或问题，希望未来对应用窄带物联网（NB-IoT）能起到积极有效的启发意义。

窄带物联网（NB-IoT）；能耗；测试方法

1 概念分析

当前社会发展进程加快，在相关技术的深刻影响下，呈现出更大的变革。基于互联网，把所有资源连接在一起，借助于信息传感设备的作用，交换相关信息，从而推进智能化识别和管理，最终实现对所有资源的绿色管理，以满足安全、环保、高效、节能的一体化发展需求。

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT），是该领域里的新兴技术，是世间万物互联互通的一个重要分支，基于蜂窝网络搭建，宽带消耗很小，因此也被称为代功耗广域网。此技术支持较长时间的待机命令，可以高效连接。根据理论研究，此技术下的电池使用期限至少可延长10年。这样一来，可以最大限度弥补以往2代、3代、4代网络设备功耗高、成本高的缺陷。因此，其低功耗更侧重于使用过程中的能耗，更具体地讲应是能量消耗速度的提升，可以直接部署在网络中，从而降低成本、平滑升级，为在实际中应用此类产品提供了真实可行的数据依据[1]。

本文要研究的能耗测试，主要从该技术对环境、人体的影响程度出发，基于生态环境的概念，有效利用资源、节约能源。从用户的角度来讲，则具体体现在使用的产品是否能够达到节电、降低消耗的目的。

2 研究意义

本文针对NB-IoT，提出了一个测试方案，希望通过测试功耗，累计足够的数据，并进一步引入限定数值，在节能测定后对产品进行能耗测试，并分级评估管理。

NB-IoT技术特点直接影响着实际推广的程度。因此，在各类场景下，NB-IoT技术功耗低的特点受到了用户的直接关注，特别是其具体功耗能低到多少，都是用户、厂家评判测试的主要焦点。在设计之初，此技术被考虑运用在智能化领域，比如停车、抄表、农业、制造等功耗较低的广大域网中，特别是应用安装于偏远地区、操作困难的环境中。考虑到后期维护的可操作性，在此技术中应用小功耗的大电池将更具有优势。如果在相关设备系统中应用NB-IoT技术，就能够准确计算耗电量、准确预估电池使用期限。

3 初步方案概述

3.1 基本原理

在具体的工作中，NB-IoT技术的工作原理，是指在发送一个数据包时，按照一定的顺序来传输。实际上，NB-IoT技术传输数据时是以时间顺序为准的。

在整个数据交换的过程中，包括发送状态、接收状态、空闲状态及节电状态四种状态。在设备处于这四种状态中的任意一种时，功耗也都各有不同。当处于空闲状态时，系统由于需要与网络保持时间、节奏和频率上的精准同步，因此功耗可能会大于节电状态。可以确定的是，测试NB-IoT技术的功耗，需要测试其在不同状态下的功耗，并合并计算各次功耗。

3.2 测试方案

借助节电模式、间断式接收模式的作用，NB-IoT技术可以实现更长时间的待机工作。其中在节电模式下，技术设备终端依旧驻留在网络上，但信息命令不能传输到。这样一来，可以达到使终端设备有更长时间停留在深度睡眠状态中进而节约电能降低功耗的目的。同时，间断式接收模式，也可以提高空闲状态下的工作效率，延长睡眠周期，特别是减少非必要的启动信号指令，从而达到降低功耗的效果。因此，在具体的功耗测试中，需要按照这两种模式的具体实施，检验终端部分在实际工作中的数据交换情况。

本文的测试研究以手机为例进行测试。同时，基于电池端的输入功率较低，忽略了电池内部的功耗。

3.2.1 综测仪

在打开手机的一瞬间，手机会将一个类码发送到基站。基站在接收后明确手机可以使用双频。随后，基站将广播信道的射步信号发送给手机，同时在信道中搜索信号。在搜索到最强广播信道时，就可以调整内部的频率时间顺序，使手机与其同步。这个过程就是手机与基站的同步过程。本次研究中使用的综测仪与NB-IoT技术的同步过程，原理相同。也就是说在测试中，将综测仪视作一个虚拟的基站，就可以和NB-IoT进行数据交换[2]。

3.2.2 电池模拟器

通过程序编辑，电池模拟器可以调节电流、电压或电阻的出入情况，安全重复地模拟电池的充放电特点，根据任何需要随时演示，协助测试进行。这个思路相对于真实的电池而讲，能够提供更加稳定的参数，为测试数据的一致原则提供了便利。

在本次研究的测试方案中，建议使用电池模拟器代替电池，为测试提供电源。

在间断接收的模式下，根据不同的通信模式，需要NB-IoT模拟发送、接收、空闲等不同的工作状态，以进行独立的检测。在节电模式下，还可以检测到终端设备的电力运行功率。

3.2.3 一个收发周期内的能耗

在收发数据的一个时间阶段内，发送信号需要一定的时间，接收信号需要一定的时间，空闲状态也会有时间产生，节电模式下也有相应的时间消耗。因此通过计算，就可以得到一个数据收发周期内的能耗。

在NB-IoT技术环境下，在一个单位时间内的数据收发数量已经明确的情况下，将能耗数值与数据收发数量相乘就可以计算出这个单位时间内的能耗。同时，如果电池能量也明确的话，结合一个单位时间内的能耗，将具体能耗除以单位时间内的小时量，就可以预算评估得到电池的使用寿命。

4 目前面临的瓶颈

当前，由于NB-IoT正在进行各项测试及小范围试点，还没有大范围推广，远远没有形成市场化的效果。因此实际应用中，NB-IoT技术的使用还较少，其工作状态、方法、效果反馈等还需要更进一步了解与总结。

在使用过程中，NB-IoT技术在很多方面，相对于传统的通信模式更小。在实际测量中，很小的干扰也会影响整体测量精度。因此，如何有效地规避各类影响因素，进而减少误差，也是急需要考虑并解决的技术问题。

从NB-IoT技术面世开始，一直以成本低廉而著称，然而许多精度较高的测量仪器却又都价格高昂，测试成本较高。这样一来，就拉高了此技术的测量研究成本，看起来这也是一对矛盾，需要进一步验证解决。

5 结语

在技术发展迅速的今天，技术创新促进NB-IoT的完善，同时很多产品的实际应用，也将更进一步地落实相应的技术标准，强化学习实践，优化测试方案，最终全面升级NB-IoT技术。

[1]戴国华，余骏华.NB-IoT的产生背景、标准发展以及特性和业务研究[J].移动通信，2016（7）：31-36.

[2]杨俊林.NB-IoT(低功耗广域网)[N].人民邮电，2016-03-24（7）.

A Brief Analysis of the (NB-IoT) Energy Consumption Test of Narrow Band Internet of Things

Pan Xuhui Fang Chao

Wave LG Digital Mobile Communications Co., Ltd., Shandong Yantai 264006

The current technology of narrow-band Internet of Things is very popular, and it is used in many aspects. Concept of the Narrow Band Internet of Things is elaborated in the paper, and then based on the principle of cellular, the paper carries out energy consumption analysis and designs the test method, and then analyzes the possible difficulties or problems in the testing process. Through the analysis of this research, we hope that the future application of NB-IoT can be of positive and effective significance.

Narrow Band Internet of Things(NB-IoT); Energy consumption;test method

TN929.5；TP391.4

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