NB-IoT技术在物联网中的应用分析

冯珊珊

（辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000）

1 NB-IoT技术在物联网中的作用与特点梳理

1.1 作用-实现万物互联

NB-IoT技术属于窄带物联网技术，为最新物联网通信技术，通过建立LPWAN，在广域网中，将低功耗设备利用蜂窝数据连接起来，利用移动运营商的基站来收发数据，且占据的频段很小，能直接在2G/3G/4G网络中部署，未来随着5G的不断普及，还能在5G中进行部署。NB-IoT技术因为有着较广的覆盖范围和较强的穿透率，使得网络终端设备的连接效率较高，且设备不用长时间在线时，有着良好的应用效果，使得设备得到有效连接，达到万物互联的目的。

1.2 特点

1.2.1 连接量巨大

采用NB-IoT技术，能有效的达到海量连接的目的。比如在一个小区中，物联网可以同时为多达10万个用户服务，而传统的接入点只有NB-IoT技术接入数量的5%到10%，所以连接量巨大是NB-IoT技术的主要特点之一。

1.2.2 覆盖深度广

相较于目前较为主流的4G技术，NB-IoT技术的覆盖深度更广，增益高达20dB，而4G的发射功率只有NB-IoT技术的1%，所以覆盖能力是4G的100倍，加上NB-IoT技术的穿透力较强，有着较强的信号，不管是暗井房，还是地下室，一些常规手机信号难以到达的地方，NB-IoT技术均有着较强的信号。

1.2.3 节能性优越

在NB-IoT技术中，采用的是功耗较低的模式，加上拓展性较强的非连续性接收的节能技术，在非传输时段，终端设备自动休眠，终端设备中内置的电池寿命更是达到数十年，以确保电池尽可能地满足运行的需求，因此在节能性上较为优越。

1.2.4 稳定性较强

NB-IoT技术中采用了专用的窄带频段不会与语言、数据带宽等网络形成冲突，使得物联网业务运行的稳定性和可靠性。

1.2.5 经济性较强

由于NB-IoT技术在物理层与硬件上较为简便，相较于当前流行的4G技术以及正在逐渐普及的5G技术，由于不需要中间数据采集设备，加上资费便宜，所以具有较强的经济性，尤其是在当前NB-IoT技术不断普及和应用的驱使下，其应用成本势必会进一步下降。

而正是NB-IoT技术具有上述的优势，使得NB-IoT技术的万物互联的作用更加明显。因此，NB-IoT技术的最大特点就是万物互联。

2 NB-IoT技术在物联网中的架构与层次分析

NB-IoT技术的物联网架构主要分为三层。加强对其架构与层次的分析，为强化NB-IoT技术在物联网中的应用原理的掌握，应切实对其特点进行分析。

2.1 感知层

NB-IoT技术的感知层的形式较多，主要是多种不同的传感器组合而成，既有红外线方面的传感器，又有摄像头和超声波、温湿度传感器以及干簧管等多种具有传感器的感知终端，因此，感知层的作用就在于在物联网中对不同设备的传感器进行识别与采集，从而捕捉相应的信息。

2.2 网络层

NB-IoT技术的网络层的组成主要有窄带网络管理平台与云平台，当感知层在获取信息后，为及时地传递信息，就需要利用网络层来传递信息与数据。

2.3 应用层

应用层的作用就是在物联网的载体下，面向用户窗口来收发指令，达到多元化的智能应用，对数据信息进行有效的分析与处理。

3 NB-IoT技术在物联网中的应用-以智慧水务为例

3.1 应用范围概述

NB-IoT技术在智慧水务的物联网中的应用，其应用范围主要有三个方面，一是对漏点进行监测；二是实现水平衡中应用；三是在智能抄表中应用。为提升探究的针对性，本研究主要选取智能抄表作为研究的内容。这是因为水务企业在抄表管理中的局限性较多，而水资源又与民众的生活有着十分紧密的联系，但是由于水表所在的运行环境较为恶劣，导致后期抄表工作遇到诸多不便，因此需要在水表抄表技术上不断完善，目前的水表抄表技术在实践中也出现很多问题，因此，本文主要是将其作为研究的重点。

3.2 拟解决的问题

第一，IC卡水表抄表。这一方式主要是采取预付水费的方式，需要在先缴费预存的基础上才能使用，所以人工抄表的问题能有效的减少，但是其不足就在于用户容易误操作，导致维护方面的问题较多，需要人工深入现场处理，不仅处理的量较大，而且水务企业难以在年底、月底开展营收核算，对盈亏的诊断难度较大。

第二，有线远传水表。这一方式是利用信号线、网线、LET技术等进行有线连接的技术，能实现实时更新抄表数据的目标，但是不足的是，其主要适用于集中在室外安装的线路，同时在网络路线、数据采集设备等方面的成本较高，且施工较为麻烦，难以在分散用户和室内安装水表的用户使用。

第三，GPRS物联网水表。该技术是以2G网络为载体开展抄表和水表智能化控制，主要是对分散的用水大户开展抄表管理，其不足就在于成本较大，且无线信号弱，内置的电池衰弱的情况较为突出，加上2G已经逐渐被运营商关停，难以适应实际运行的需要。

3.3 应用要点

3.3.1 基于NB-IoT技术的物联网抄表应用结构分析

为着力解决上述问题，切实强化NB-IoT技术的应用成效，首先就要解决抄表管理中的诸多局限性较强的问题，切实注重抄表管理模式的优化，在抄表智能终端上加大对其的创新，提升水表的智能化程度。而这就需要依赖于不断成熟和稳定的NB-IoT技术，基于NB-IoT技术的物联网智能水表中，其包含的组件主要有NB-IoT模组、运营商信号接受模块、NB-IoT核心网、NB-IoT管理服务平台与第三方应用服务器、水表抄收管理软件平台等组合而成。其中，水表直接在应用层服务器中，且不用设置采集设备与线路，能满足不同类型用户的需要，具体结构详见图1所示。因为NB-IoT技术的优势在物联网智能水表中得到了应用，使得智慧水务得到了快速发展，并因此延伸App、微信、支付等缴费平台，达到智能水表互联互通的效果，加上能实现全面感知，在达到共享数据的同时，还能避免传统距离问题和用户类型等方面的问题。

图1 智能水表抄表拓扑结构

3.3.2 基于NB-IoT技术的物联网抄表应用过程分析

在明确应用结构的基础上，还要对其应用过程不断完善。在利用基于NB-IoT技术的物联网智能水表进行抄表时，由水务企业利用第三方应用管理平台设置水表的抄表时段，当大都预定时段后，就能利用基站达到无线联网并自动抄表，直到所有水表的抄取的数据回传完成之后，水表自动进入智能待机状态，减少对网络和电池的使用。而就数据回传的过程而言，首先是将数据回传到平台，再通过平台向云平台传输，服务器从自身的云平台中收到用户的用水数据，使得用户用水情况得到有效监控且没有时空的限制。同时水务企业也能结合实际需要来分析用户用水形成的大数据，进而对用户用水情况进行诊断，及时地找到用水问题。而且用户自主缴费选择渠道多元化，为用水信息自助查询提供了便利。

3.3.3 基于NB-IoT技术的物联网抄表应用效果分析

就应用效果而言，不仅有效的解决了传统水务企业所面临的问题，而且使得水务管理的成本下降，提升智慧水务的智能化程度，促进抄表与收费问题的解决和优化。

4 结束语

综上所述，NB-IoT技术在物联网中的应用，对于促进万物互联实现了有效的保障，在实践应用中，应用的范围较广，所以已成为物联网发展中的核心技术，在物联网技术不断发展和5G技术逐渐普及的今天，物联网将随着大数据、云计算、AI技术等的应用变得更加紧密，在新时代背景下，我们只有不忘初心的强化科研技术研究，才能更好地履行自身的使命。