探究窄带物联网(NB-IoT)标准与关键技术

罗象乾

(广东南方通信建设有限公司，广东 广州 510630)

0 引 言

城市是由一个个重复的小街区组成，在人们生活中也存在重复性的物品，如水表、电表或城市交通中的路灯系统。连接这些零零散散却又规律分布的物体的网络便是物联网系统。通过窄带物联网的铺设，能够系统地控制这些生活工具，并实时上传数据，方便了繁琐的重复性工作，提高了窄带物联网的工作效率。

1 窄带物联网的发展现状

在广域互联网的巨大优势下，窄带互联网能够站住脚，说明其具有独特的优势功能特性。在国内，2014年它最早由华为提出，之后迅速发展。其中，低能耗使窄带互联网在众多方面得以应用。它的信号穿透性强，是一种适合长距离、多终端物联网业务的通信技术。如今的窄带互联网进行布局时的难度较大，需要在进行设备安装时考虑到窄带互联网的应用，进而加强互联网络的合理性，并采用蜂窝布局模式进行NB-IoT窄带互联网的整理。在技术研究过程中，窄带互联网逐渐走入商业化，不仅是在固定的设备上，而且在移动设备上。窄带互联网的构建方便各种分辨率设备的接入，能够有效解决室内的覆盖范围，降低了窄带互联网建设的各种过程成本。

2 根据窄带物联网的情况进行的标准化应用

2.1 窄带物联网在人们日常生活中的应用

进入21世纪的中国，是一个飞速发展的社会，从互联网迅速普及到物联网规模化应用，用了很短的时间，窄带互联网的应用得到了众多民众的支持。事实证明，窄带物联网在使用者中赢得一致好评。例如，智能停车。人们进入停车场时，应用窄带互联网的智能停车系统能够实时上传停车位信息，指引进入停车场的驾驶员停车。这种智能物联网系统极大地方便了人们的生活，通过芯片与运营商基站的通信即可实现，无需根据车位数量部署相应的汇聚网关，可降低部署工作量。部署成本方面，只需考虑芯片和运营商网络租用成本，也大大降低了维护成本。在指挥物流方面，主要是为用户提供物流跟踪服务，将物流信息实时汇报，方便做汇总整理。在智能家居方面，主要为用户提供智能控制系统和安防装置，提高居住地的安全性和生活便捷性[1]。

2.2 窄带物联网在公共事业方面的应用

公共事业的效率和安全性，是众多研究者需要重视的问题。窄带物联网应用有很大的一方面是在公共事业管理方面展开的。我国公共事业很少进行维护和更换，要求公共事业方面设备的寿命较长。进行统筹化管理能够有效将公共事业设备的使用合理化，从而延长寿命或者减少损坏的频率。智能路灯系统主要是将路灯系统智能化，如在进入凌晨后只有一半的路灯亮，过段时间后，另一半的路灯变亮，交替变亮尽可能降低使用时间。一个路段设置一个配电箱，采用组控方式负责数十盏路灯的开关。随着路灯资源的逐步挖掘，路灯将成为智慧城市建设的新锚点。智慧路灯运营商除提供照明外，还可在灯杆上集成充电桩、停车管理、视频监控、环境监测和紧急呼叫等功能。智能抄表窄带物联网系统能够有效提高水电公司的工作效率，将人们的生活智能化，自动上传水表、电表的数据。

3 窄带物联网的关键技术性能特点

3.1 窄带物联网的信号覆盖广且穿透性强

网络信息化的时代，上网成了每个人最基本的需求。很多人家里都会有WiFi网络，而无线网络最大的弊端就是物理穿透性差。如果隔着一道墙，无线网络便会差到极点。窄带物联网NB-IoT技术具有很好的穿透性，这是其能够应用于智能查表系统的原因。很多水表都深埋于地下，应用互联网时必须要求其具有很好的穿透性，才能传递信号。窄带物联网的蜂窝系统能够加强信号强度，其独特的信号频率是进行信号大范围传输的根本。信号上下行时，通过信号的重复传输和对信号采取合并接收的方式，能够有效提高信号质量，还可以根据覆盖自动灵活地调整重复传输次数，大大提高数据的传输准确性。多次数据传输能够有效提高稳定性。现今的窄带物联网技术覆盖范围广且深，能在地下较好地传输信号。采用专用传输频段，将具有更高的功率谱密度和更多的重传次数，比GPRS提升了20 dB增益，有效提升了覆盖广度和深度，同时可允许时延约10 ms[2]。

3.2 窄带物联网NB-IoT技术的成本较低

窄带物联网成本较低是公认的事实，主要是将窄带物联网的各项程序简化，只保留最基本的部分，将终端芯片简单化，降低设备的成本，如将终端工作带宽减少到200 kHz，从而降低基带的复杂性。将峰值的速率降低到100 kb/s，而低速率对于大缓存需求相应减少。降低设备成本必须要有完善的维护系统，可对窄带物联网进行定期检查和维修，将维修成本控制在一定范围内。窄带互联网的设备装置较为简单，不容易造成外部损坏。窄带物联网的设备终端都是相同的，所以可以进行芯片、电板的规模化生产，将NB-IoT技术应用到实践中降低实际的生产成本。现行的窄带物联网技术成本控制主要是在芯片和程序编码上入手，采用简化的协议栈，有效提高数据的写入和读取速度，并且占用的空间较小，排列可以不按照一定的顺序，降低了基带处理复杂度，功率放大器尺寸小，可降低芯片模组成本。

3.3 窄带互联网技术的能耗较低

强大的设备功能，要有同样强大的设备能耗做支撑。窄带互联网的功能简单，主要是提供数据传输和智能控制。芯片的能耗较低，在突然断电的情况下，备用电池能够及时维持长时间的工作。很多不能经常换电池的场所，一块电池就能够持续两年的设备运行。窄带物联网聚焦小数据量、小速率应用，因此它的设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。窄带物联网的终端信息处理模块不是动态形式而是半静态的信息处理，只在设备需要进行数据传输时，开启设备进行信息的处理和解读，其他时间则保持设备的部分功能关闭。NB-IoT技术能够有效降低终端芯片的复杂度，减少耗电量，简化空口信令，提高传输效率。使用中的窄带物联网设备引入了非连续性发生扩展eDRX，进一步延长了处于空闲模式的终端睡眠周期，减少了接收单元不必要的启动。更多不必要的程序处于休眠状态，能够有效降低能耗，延长使用时间。

4 结 论

要想进一步发展窄带物联网技术，要对窄带物联网的时代发展历程有所认识。在快时代的节奏背景下，人们要求的不仅是按要求完成工作，更要追求效率。窄带物联网是对传统物联方式的颠覆，能够更加快速地进行数据分析，易于掌控个别物品。窄带物联网NB-IoT技术的特性优越，将来更要保持这些技术特性从而更好地促进社会发展。