5分钟看懂NB-IoT技术与典型场景应用-微信公众号精选-华为开发者论坛

标签: | 发表时间:2018-12-29 22:14 | 作者:
出处:https://developer.huawei.com

 

NB-IoT 技术一直以来都备受关注?这个技术究竟能用来干什么?小编特意为大家整理了一份 NB-IoT 技术实用宝典,帮助大家一起揭开 NB-IoT 的神秘面纱。

NB-IoT 是什么?

为了应对日渐强烈的物联网需求,于是国际移动通信标准化组织 3GPP 决定制订一个新的蜂窝物联网(CIOT:Cellular Internet of Thing)的标准。

这个新标准要实现四个目标:

  • 超强覆盖,相对于原来 GPRS 系统,增加 20dB 的信号增益;

  • 超低功耗,终端节点要能达到 10 年的电池寿命;

  • 超低成本,终端芯片的目标定价为 1 美元,模块定价为 2 美元;

  • 超大连接,200kHz 小区容量可达 100k 用户设备。

 

针对这些目标,很多通信公司及运营商都提出了自己设计的空中接口的建议方案,希望被3GPP标准化组织采纳为正式标准。在 2015 年 9 月的 RAN #69 会议上,经过一番激烈 PK,最终确定了蜂窝物联网的空中接口方案为 NB-IoT。

 

 

这个 NB-IoT 空口标准是由华为、高通、沃达丰主导的 NB-CloT 建议以及爱立信、诺基亚主导的 NB-LTE 建议融合而成,其中 NB-CIoT 的成分要更多一些,换句话说就是华为和高通在 NB-IoT 领域所拥有的核心专利数量更多。

NB-IoT 是一个空中接口标准,这个标准主要是在终端与基站 eNB 之间的约定,包括物理层与数据链路层的一些设计规定。

考虑到与 LTE 的兼容性,NB-IoT 标准与 LTE 的空口标准有很多相同或相似之处。比如 NB-IoT 沿用 LTE 定义的频段号,Release 13 为 NB-IoT 指定了 14 个频段。

NB-IoT 的多址技术,上行采用 SC-FDMA,下行采用 OFDMA;下行发射功率为 43dBm, 上行为 23dBm。调制方式以 QPSK 和 BPSK 为主。

Release 13 NB-IoT 仅支持 FDD 半双工 type-B 模式,FDD 意味着上行和下行在频率上分开,半双工意味着 UE 不会同时处理接收和发送。

 

 

CIoT 接入网架构图

CIoT 的接入网构架与LTE一样,没有改变。eNB 同样是通过 S1 接口连接到 MME(Mobility Management Entity)和 S-GW(Serving GateWay)。如果要说 CIoT 接入网与 LTE 有何不同,那就是 S1 接口上传送的是 NB-IoT 消息和数据。


NB-IoT 到底

能干啥?


NB-IoT到底能干些啥?

专业的解释说完了,小伙伴们是否明白了呢?我们再来看看 NB-IoT 在实际生活中的应用例子,以后真的就是这个 NB 东西的天下啦。

NB-IoT 在畜牧业中的应用

畜牧业主要分为圈养和放养,中国的北部和西部边疆为主要放牧区。放养的优势在于牲畜肉质品质高、降低饲料成本等,但是随之而来的是在牲畜管理上的诸多不便。


人工放牧是最原始和最直接的办法,但是会有一些弊端:

  • 人工放养需要专人放养,浪费人力

  • 人工放养有安全隐患,有被野生动物袭击的危险

  • 人工放养不善于系统性管理


利用 GPS+GPRS 畜牧定位系统可以解决这种问题。但是,牛、羊群个体规模庞大,GPRS 通讯基站容量会有不足的情况,电池续航也会存在问题。再者,农场都比较偏远,信号覆盖强度也会有问题…


NB-IoT 技术的诞生,完美解决一系列困扰:


  • NB-IoT 能容纳通讯基站用户容量是 GPRS 的 10 倍。

  • NB-IoT 拥有超低功耗,正常通信和待机电流是 mA 和 uA 级别,模块待机时间可长达十年,从出生到宰割都无需更换电池,减少工人工作量。

  • NB-IoT 拥有更强、更广的信号覆盖,真正实现偏远地区数据正常传输。


NB-IoT 技术真正突破了 GPRS 技术的瓶颈,实现了畜牧养殖者之所想,在庞大的畜牧业有巨大的市场。


NB-IoT 在远程抄表中的应用


水气表和我们的生活息息相关,每家每户都会使用。最原始的方法是,人工上门抄表统计数据。 随着社会的发展,人工抄表衍生出各种弊端:

  • 效率低

  • 人工成本高

  • 记录数据易出错

  • 业主对陌生人有戒备心理会无法进门

  • 维护管理困难等


GPRS 远程抄表从而应运而生。它解决了人工抄表一系列问题,比人工抄表技术先进,效率更高,更安全。 但是, GPRS 远程抄表也有缺点导致无法大面积推广:

  • 通讯基站用户容量小

  • 功耗高

  • 信号差

     

而 NB-IoT 技术的远程抄表则解决了这一问题:

  • NB-IoT 远程抄表在继承了 GPRS 远程抄表功能的同时还拥有海量容量,相同基站通讯用户容量是 GPRS 远程抄表的 10 倍。

  • 更低功耗,在相同的使用环境条件下 NB-IoT 终端模块的待机时间可长达十年以上。

  • 新技术信号覆盖更强(可覆盖到室内与地下室)。

  • 更低的模块成本。


综上所述,NB-IoT 在远程抄表方面的有很大的应用空间。


NB-IoT 在井盖监控中的应用


我们的城市正在快速的建设中,市政公共基础设置的地下工程增多,井盖的增加是不可避免的。井盖的作用巨大,如无法及时获取井盖状态信息,将有可能对人们的生命和财产造成极大的损失。目前大部分城市都是人工巡检来管理。但是井盖数量庞大,人工巡检效率有限,往往无法及时准确的获取井盖状态信息,从而导致各类安全隐患。


井盖被盗或者破坏,不仅会直接造成公共财产的损失,而且还可能会对附近的行人和车辆造成不可挽回的人身伤害和经济损失。如何排除这些安全隐患成为当务之急。

 

使用 NB-IoT 对井盖进行定位监测管理,可以及时掌握井盖的状态信息,并在井盖移动或者被破坏时利用 NB-IoT 网络向服务器发出警报通知管理人员,从而最大程度避的免伤害与损失。

 

使用 NB-IoT 技术进行井盖监测的优势:

  • 不再需要人工巡查,数据全部自动传输到平台上,节省了大量人力资源。

  • NB-IoT 能容纳通讯基站用户容量是 GPRS 的 10 倍,可满足井盖数量庞大的需求。

  • NB-IoT 拥有超低功耗,正常通信和待机电流是 mA 和 uA 级别,模块待机时间可长达十年,极大程度的简化了井盖监测在后期的维护。

  • NB-IoT拥有更强、更广的信号可覆盖至室内和地下室,真正在井盖监测中实现全面覆盖。


NB-IoT 在智能家居中的应用(智能锁)

 

随着近几年智能家居行业的火爆,智能锁在生活中出现的频率也越来越高。目前智能锁使用非机械钥匙作为用户识别 ID 的技术。主流技术有:感应卡,指纹识别,密码识别,面部识别等,极大的提高了门禁的安全性。但是以上安全性的前提是通电状态下,如果处于断电状态下智能锁则形同虚设。

为了提升安全性,需要智能锁拥有内置电池,采集各项基本数据,将数据传输到服务器,采集到异常数据自动向用户发出警报。由于在智能锁安装后不易拆卸,所以要求智能锁电池使用寿命长。门的位置处于封闭的楼道中,则需要更强的信号覆盖以确保网络数据实时传输。智能家居终端数量多,必须保证足够的连接数量。最重要的是在加入以上功能后,还能保证设备成本控制在可接受范围下。

 

NB-IoT 再次显示出巨大的优势:

 

  • NB-IoT 拥有低功耗的特点,仅使用两节 AA 电池可待机十年,大大减少后期维护成本。

  • 超强信号覆盖,可覆盖室内和地下室,保证了信号稳定性。

  • 海量的连接,满足智能家居多个终端同时连接。


NB-IoT 路灯监控中的应用

每当夜幕降临,城市中各种各样、色彩缤纷的路灯亮起,为城市披上了一层绚丽的外衣。

 

但在这绚丽的外表下则隐藏着巨大缺点:

  • 能源浪费:由于城市的夜晚进入后半夜后,人们已经开始休息,街上人流量开始减少,有些地段在特殊时段根本不需要过多的路灯照明,导致能源浪费,增加了不必要的成本;

  • 维护困难:由于使用人工巡检,需要大量人力,而路灯数量庞大,路灯实时状态不能及时获取,导致路灯故障维护、排查效率极低。

 

监控中心是整个路灯监控系统操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心。它集中数据管理和监控,实现目标锁定、快速查找等操作。它还可以自定义控制策略,分时间段控制道路两侧路灯全亮、全关、隔杆亮灯。NB-IoT 可以发挥的作用如下:


  • 采用 NB-IoT 无线网络,可以实现监控中心的远程分布式远程控制。

  • 路灯故障检测功能,通过 NB-IoT 主动上报故障路灯位置。

  • NB-IoT 的通信容量大,不会担心路灯过多过于密集导致个体无法通讯的情况。

NB-IoT 在消防系统中的应用(烟感器)


新闻报道里时常有火灾发生,每一次火灾都伴随着家破人亡,每一次的场面都触目惊心。


提高消防意识,并合理使用消防设备,才能最小程度减少损失和伤害。



烟雾传感器是消防系统的哨兵,可实时检测烟雾,传感器检测到烟雾浓度超标,会发送信息到后台服务器,并启动警铃,广播喇叭等相关设备,服务器会自动推送信息到相关人员及部门,实现消防安全智能化。

 

 

在实际应用中按照消防要求,烟感器的安装分布密集,不方便走线并且成本大。使用 NB-IoT 可以完全地满足要求:

  • 使用 NB-IoT 无线烟感器可避免走线困难的问题,大大节约了安装成本。

  • NB-IoT 拥有海量的连接数,同时接入的烟感器可高达到十万个以上,可满足海量的烟感器同时接入。

  • NB-IoT 拥有超低功耗,在待机状态下可工作十年,极大程度的降低了安装后的维护成本。

  • NB-IoT 拥有超强信号覆盖,可覆盖至室内和地下室。

NB-IoT 应用于资产定位追踪系统

随着信息化和各种智能终端设备的深入发展,人员及资产定位的需求将持续升温。位置服务领域的应用也呈现出碎片化的特点,如:智慧园区的资产盘点,医疗废弃物跟踪处理,宠物的定位......



如今市面上跟踪器在广域通信技术绝大部分基于 GSM,功耗是个大问题。GSM 的大芯片面积,高成本,相当低的覆盖等特点,恰巧和定位跟踪器需求相悖。GSM 的技术落后,造成定位跟踪器的产品体验较差,而且部分国家 GSM 已经退网或正在面临退网,从而造成这类产品和技术延续的短缺。NB-IoT 技术的低功耗和深度覆盖属性,正好弥补了传统通信技术的诸多不足。

以上我们只是列举了 NB-IoT 应用的其中一部分。其实它还有很多应用场景,比如:NB-IoT 共享单车智能锁、NB-IoT 儿童防丢失手表(纽扣)等等,限于篇幅,我们就不一一介绍了。

 

总而言之,NB-IoT 技术作为蜂窝物联网的代表性技术,凭借其低功耗,广覆盖,低成本,小尺寸等特点,具有非常广泛的应用前景和市场价值,值得大家予以重视和关注!

 

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