NB-IoT技術介紹與應用場景

2018-04-10 19:34:33      點擊:

 

NB-IoT是什麽?

為了應對日漸強烈的物聯網需求,於是國際移動通信標準化組織3GPP決定製訂一個新的蜂窩物聯網(CIOT:Cellular Internet of Thing)的標準。

這個新標準要實現四個目標:

超強覆蓋,相對於原來GPRS係統,增加20dB的信號增益

超低功耗,終端節點要能達到10年的電池壽命

超低成本,終端芯片的目標定價為1美元,模塊定價為2美元

超大連接,200kHz小區容量可達100k用戶設備

針對這些目標,很多通信公司及運營商都提出了自己設計的空中接口的建議方案,希望被3GPP標準化組織采納為正式標準。在2015年9月的RAN #69會議上,經過一番激烈PK,最終確定了蜂窩物聯網的空中接口方案為NB-IoT。

這個NB-IoT空口標準是由華為、高通、沃達豐主導的NB-CloT建議以及愛立信、諾基亞主導的NB-LTE建議融合而成,其中NB-CIoT的成分要更多一些,換句話說就是華為和高通在NB-IoT領域所擁有的核心專利數量更多。

NB-IoT是一個空中接口標準,這個標準主要是在終端與基站eNB之間的約定,包括物理層與數據鏈路層的一些設計規定。

考慮到與LTE的兼容性,NB-IoT標準與LTE的空口標準有很多相同或相似之處。比如NB-IoT沿用LTE定義的頻段號,Release 13為NB-IoT指定了14個頻段。

NB-IoT的多址技術,上行采用SC-FDMA,下行采用OFDMA;下行發射功率為43dBm, 上行為23dBm。調製方式以QPSK和BPSK為主。

Release 13 NB-IoT僅支持FDD半雙工type-B模式,FDD意味著上行和下行在頻率上分開,半雙工意味著UE不會同時處理接收和發送。

CIoT接入網架構圖

CIoT的接入網構架與LTE一樣,沒有改變。eNB同樣是通過S1接口連接到MME(Mobility Management Entity)和S-GW(Serving GateWay)。如果要說CIoT接入網與LTE有何不同,那就是S1接口上傳送的是NB-IoT消息和數據。

NB-IoT到底能幹些啥?

專業的解釋說完了,小夥伴們是否明白了呢?AG亚游集团再來看看NB-IoT在實際生活中的應用例子,以後真的就是這個NB東西的天下啦。

NB-IoT在畜牧業中的應用

畜牧業主要分為圈養和放養,中國的北部和西部邊疆為主要放牧區。放養的優勢在於牲畜肉質品質高、降低飼料成本等,但是隨之而來的是在牲畜管理上的諸多不便。

人工放牧是最原始和最直接的辦法,但是會有一些弊端:

  • 人工放養需要專人放養,浪費人力

  • 人工放養有安全隱患,有被野生動物襲擊的危險

  • 人工放養不善於係統性管理

利用GPS+GPRS畜牧定位係統可以解決這種問題。但是,牛、羊群個體規模龐大,GPRS通訊基站容量會有不足的情況,電池續航也會存在問題。再者,農場都比較偏遠,信號覆蓋強度也會有問題…

NB-IoT技術的誕生,完美解決一係列困擾:

  • NB-IoT能容納通訊基站用戶容量是GPRS的10倍。

  • NB-IoT擁有超低功耗,正常通信和待機電流是mA和uA級別,模塊待機時間可長達十年,從出生到宰割都無需更換電池,減少工人工作量。

  • NB-IoT擁有更強、更廣的信號覆蓋,真正實現偏遠地區數據正常傳輸。

NB-IoT技術真正突破了GPRS技術的瓶頸,實現了畜牧養殖者之所想,在龐大的畜牧業有巨大的市場。

NB-IoT在遠程抄表中的應用

水氣表和AG亚游集团的生活息息相關,每家每戶都會使用。最原始的方法是,人工上門抄表統計數據。 隨著社會的發展,人工抄表衍生出各種弊端:

  • 效率低

  • 人工成本高

  • 記錄數據易出錯

  • 業主對陌生人有戒備心理會無法進門

  • 維護管理困難等

GPRS遠程抄表從而應運而生。它解決了人工抄表一係列問題,比人工抄表技術先進,效率更高,更安全。 但是, GPRS 遠程抄表也有缺點導致無法大麵積推廣:

  • 通訊基站用戶容量小

  • 功耗高

  • 信號差

而NB-IoT技術的遠程抄表則解決了這一問題:

  • NB-IoT遠程抄表在繼承了GPRS遠程抄表功能的同時還擁有海量容量,相同基站通訊用戶容量是GPRS遠程抄表的10倍。

  • 更低功耗,在相同的使用環境條件下NB-IoT終端模塊的待機時間可長達十年以上。

  • 新技術信號覆蓋更強(可覆蓋到室內與地下室)。

  • 更低的模塊成本。

綜上所述,NB-IoT在遠程抄表方麵的有很大的應用空間。

NB-IoT在井蓋監控中的應用

AG亚游集团的城市正在快速的建設中,市政公共基礎設置的地下工程增多,井蓋的增加是不可避免的。井蓋的作用巨大,如無法及時獲取井蓋狀態信息,將有可能對人們的生命和財產造成極大的損失。目前大部分城市都是人工巡檢來管理。但是井蓋數量龐大,人工巡檢效率有限,往往無法及時準確的獲取井蓋狀態信息,從而導致各類安全隱患。

井蓋被盜或者破壞,不僅會直接造成公共財產的損失,而且還可能會對附近的行人和車輛造成不可挽回的人身傷害和經濟損失。如何排除這些安全隱患成為當務之急。

使用NB-IoT對井蓋進行定位監測管理,可以及時掌握井蓋的狀態信息,並在井蓋移動或者被破壞時利用NB-IoT網絡向服務器發出警報通知管理人員,從而最大程度避的免傷害與損失。

使用NB-IoT技術進行井蓋監測的優勢:

  • 不再需要人工巡查,數據全部自動傳輸到平台上,節省了大量人力資源。

  • NB-IoT能容納通訊基站用戶容量是GPRS的10倍,可滿足井蓋數量龐大的需求。

  • NB-IoT擁有超低功耗,正常通信和待機電流是mA和uA級別,模塊待機時間可長達十年,極大程度的簡化了井蓋監測在後期的維護。

  • NB-IoT擁有更強、更廣的信號可覆蓋至室內和地下室,真正在井蓋監測中實現全麵覆蓋。

NB-IoT在智能家居中的應用(智能鎖)

隨著近幾年智能家居行業的火爆,智能鎖在生活中出現的頻率也越來越高。目前智能鎖使用非機械鑰匙作為用戶識別ID的技術。主流技術有:感應卡,指紋識別,密碼識別,麵部識別等,極大的提高了門禁的安全性。但是以上安全性的前提是通電狀態下,如果處於斷電狀態下智能鎖則形同虛設。

為了提升安全性,需要智能鎖擁有內置電池,采集各項基本數據,將數據傳輸到服務器,采集到異常數據自動向用戶發出警報。由於在智能鎖安裝後不易拆卸,所以要求智能鎖電池使用壽命長。門的位置處於封閉的樓道中,則需要更強的信號覆蓋以確保網絡數據實時傳輸。智能家居終端數量多,必須保證足夠的連接數量。最重要的是在加入以上功能後,還能保證設備成本控製在可接受範圍下。

NB-IoT再次顯示出巨大的優勢:

  • NB-IoT擁有低功耗的特點,僅使用兩節AA電池可待機十年,大大減少後期維護成本。

  • 超強信號覆蓋,可覆蓋室內和地下室,保證了信號穩定性。

  • 海量的連接,滿足智能家居多個終端同時連接。

NB-IoT路燈監控中的應用

每當夜幕降臨,城市中各種各樣、色彩繽紛的路燈亮起,為城市披上了一層絢麗的外衣。

但在這絢麗的外表下則隱藏著巨大缺點:

  • 能源浪費:由於城市的夜晚進入後半夜後,人們已經開始休息,街上人流量開始減少,有些地段在特殊時段根本不需要過多的路燈照明,導致能源浪費,增加了不必要的成本;

  • 維護困難:由於使用人工巡檢,需要大量人力,而路燈數量龐大,路燈實時狀態不能及時獲取,導致路燈故障維護、排查效率極低。

監控中心是整個路燈監控係統操作、維護、處理、統計、分析和監管的中心。它集中數據管理和監控,實現目標鎖定、快速查找等操作。它還可以自定義控製策略,分時間段控製道路兩側路燈全亮、全關、隔杆亮燈。NB-IoT可以發揮的作用如下:

  • 采用NB-IoT無線網絡,可以實現監控中心的遠程分布式遠程控製。

  • 路燈故障檢測功能,通過NB-IoT主動上報故障路燈位置。

  • NB-IoT的通信容量大,不會擔心路燈過多過於密集導致個體無法通訊的情況。

NB-IoT在消防係統中的應用(煙感器)

新聞報道裏時常有火災發生,每一次火災都伴隨著家破人亡,每一次的場麵都觸目驚心。

提高消防意識,並合理使用消防設備,才能最小程度減少損失和傷害。

煙霧傳感器是消防係統的哨兵,可實時檢測煙霧,傳感器檢測到煙霧濃度超標,會發送信息到後台服務器,並啟動警鈴,廣播喇叭等相關設備,服務器會自動推送信息到相關人員及部門,實現消防安全智能化。

在實際應用中按照消防要求,煙感器的安裝分布密集,不方便走線並且成本大。使用NB-IoT可以完全地滿足要求:

  • 使用NB-IoT無線煙感器可避免走線困難的問題,大大節約了安裝成本。

  • NB-IoT擁有海量的連接數,同時接入的煙感器可高達到十萬個以上,可滿足海量的煙感器同時接入。

  • NB-IoT擁有超低功耗,在待機狀態下可工作十年,極大程度的降低了安裝後的維護成本。

  • NB-IoT擁有超強信號覆蓋,可覆蓋至室內和地下室。

NB-IoT應用於資產定位追蹤係統

隨著信息化和各種智能終端設備的深入發展,人員及資產定位的需求將持續升溫。位置服務領域的應用也呈現出碎片化的特點,如:智慧園區的資產盤點,醫療廢棄物跟蹤處理,寵物的定位......

如今市麵上跟蹤器在廣域通信技術絕大部分基於GSM,功耗是個大問題。GSM的大芯片麵積,高成本,相當低的覆蓋等特點,恰巧和定位跟蹤器需求相悖。GSM的技術落後,造成定位跟蹤器的產品體驗較差,而且部分國家GSM已經退網或正在麵臨退網,從而造成這類產品和技術延續的短缺。NB-IoT技術的低功耗和深度覆蓋屬性,正好彌補了傳統通信技術的諸多不足。

以上AG亚游集团隻是列舉了NB-IoT應用的其中一部分。其實它還有很多應用場景,比如:NB-IOT共享單車智能鎖、NB-IOT兒童防丟失手表(紐扣)等等,限於篇幅,AG亚游集团就不一一介紹了。

總而言之,NB-IoT技術作為蜂窩物聯網的代表性技術,憑借其低功耗,廣覆蓋,低成本,小尺寸等特點,具有非常廣泛的應用前景和市場價值,值得大家予以重視和關注!

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