【物联网】NB-IoT关键技术特点

  NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）作为一种新型的物联网通信标准，在窄带宽、低功耗、广覆盖物联网领域具有诸多优势。本文概述了NB-IoT的主要优势及其技术。

  NB-IoT通信模组耗电极低。这得益于其惰性通信机制，大部分时间下，设备处于休眠状态（99%的时间）。主要在于其采用了 PSM 和 eDRX（拓展非连续接收）技术。

  一块NB-IoT通信设备的成本大约在1~5美元左右，从而满足物联网的应用场景。

  NB-IoT覆盖面积为2G、4G网的的3倍。通信上常用最大耦合损耗（MCL）来衡量通信设备信号覆盖覆盖能力。MCL与基站信号功率 P B 、接入终端信号功率 P M 有关，定义式如下:

  信号强度（信噪比）随距基站距离降低，其降低值用耦合损耗表征。而最大耦合损耗可以理解为满足通信需求的最弱信号值，即最大的信号衰减值，以此来间接表征满足通信的最远距离。
如下图所示，NB-IoT MCL比2G GPRS大了20dB，覆盖范围大了三倍。

  NB-IoT一个小区（约200KHz带宽）可接入50000个终端。远远多于LTE的1000个设备。

AIoT（人工智能物联网）未来发展前景十分广阔。它将使用AI技术实现对设备、数据和应用的连接，从而为企业带来新的发展机遇。AIoT可以帮助企业实现效率的大幅度提升，同时也可以帮助企业减少成本开销。此外，AIoT还能够帮助企业针对不断变化的需要快速作出决定和行动。

如今，超过250亿台“物体”连接到互联网上，预计到2025年，这个数字将翻一番。工业物联网（IIoT）以一种爆炸式的方式迅速发展。工业物联网（IIoT）设备、标准和通信协议的激增，使得对IIoT的有效管理变得非常具有挑战性。

如何定义工业物联网 （IIoT） 平台？

工业物联网平台 是一种工业物联网软件，它使组织能够安全地管理工业物联网生态系统中所有连接的人、系统和对象。

在界定工业物联网平台时，我们应该认识到，物联网已经创造了一个新的整合水平。随着成千上万的工业物联网设备接入网络，企业需要管理比以往更多的端点。然而，这不是一个简单的设备问题，工业物联网实际上是一个由人、系统和对象组成的数字生态系统。这就需要一个工业物联网平台来安全有效地管理生态系统的每一个元素。

工业物联网平台有哪些不同类型？

虽然工业物联网平台研发的初衷是对工业物联网的设备和数据进行管理和控制，但为了适应不同的用例，已经开发了许多不同类型的平台。事实上，工业物联网平台很难分类，反而工业物联网平台供应商正在改进其平台产品，以满足客户需求和特定的业务需求。

工业物联网平台将提供不同的功能组合，包括工业物联网的端点管理和连接、物联网数据的采集、接收和处理、数据的可视化和分析，以及将物联网数据集成到业务流程和工作流中。在比较不同类型的平台时，应根据组织的业务需求和特定的IT基础设施，并将其与工业物联网的解决方案相匹配。

工业物联网平台应该具备哪些特点？

因此，最好的工业物联网平台因组织而异，单个平台功能集无法为每个用例提供足够的解决方案。但是，任何一个工业物联网平台都应该具备以下特点：

安全

安全性是工业物联网平台的核心，它不仅可以保护所有物联网端点免受外部网络攻击，还可以处理来自组织内部的潜在恶意活动。

连接性

每一个工业物联网设备都必须快速、安全地进行配置，并对其生命周期的所有阶段进行管理，包括在设备配置、注册、激活、挂起、未挂起、删除和按需重置时对其进行跟踪和授权。

集成

集成是工业物联网面临的最大挑战之一。工业物联网平台允许物联网设备与不同的企业应用、云服务、移动应用和传统系统无缝、安全地连接和共享信息。

识别

工业物联网平台可以支持最广泛的物联网设备。无论在工业物联网架构中的任何地方，都能自动感知物联网设备的存在，建立安全连接，并能快速建立设备凭据，或在需要时自动分配。

分析

物联网设备大大增加了组织中的数据量。分析工业物联网应该是工业物联网平台最强大的功能之一。它可以对工业物联网数据进行适当的可视化和分析，为改进数据驱动的决策提供实际的见解。

管理多个工业物联网传感器很简单，但如今，企业拥有数十万台工业物联网设备来执行遍及组织内部的众多任务。工业物联网设备有多种形状和尺寸，没有通用的工业物联网标准或连接方式。管理一个工业物联网网络意味着能够监控一系列异构的工业物联网设备。

如今，工业物联网（IIoT）平台为工业物联网在几乎所有行业的快速发展提供了解决方案。工业物联网平台能够将设备和企业应用软件完美融合，使数据在互联的人、系统和对象之间无缝、安全地流动。

物联网产业迎来重磅政策。近日，工业和信息化部等八部门联合印发《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021-2023年)》(下称《行动计划》)。机构分析，5G将驱动物联网成为新一轮 科技 与产业变革的核心动力，看好物联网各大细分赛道投资机会，尤其是消费级市场成长可期。

政策发力万亿物联网市场

AIoT大时代来临

此次发布的《行动计划》明确，到2023年底，在国内主要城市初步建成物联网新型基础设施；推动10家物联网企业成长为产值过百亿元、能带动中小企业融通发展的龙头企业；支持发展一批专精特新“小巨人”企业；物联网连接数突破20亿个；完成40项以上国家标准或行业标准制修订。推进物联网新型基础设施规模化部署是下一步重点。工业和信息化部 科技 司相关负责人表示，将在 社会 治理、行业应用、民生消费三大领域重点推进12个行业的物联网部署。

信达证券点评称，《行动计划》明确四大行动目标，定性与定量齐登场，计划落地决心强。在智能革命推动下，以智能家居、智能安防、智能穿戴、智能网联 汽车 等为代表的AIoT(人工智能物联网)新应用有望相继爆发，智能革命将开启AIoT大时代，AIoT赛道具备“高确定性+高成长性”，物联网成长空间大且可持续性强，看好物联网各大细分赛道投资机会。

“当前5G通讯网络已大规模铺设，大数据云计算等万物互联的基础设施开始具备，整个物联网产业链将迎来大爆发，一场基于万物互联的智能革命就在眼前。”国信证券如是分析。

中信证券也认为，5G将驱动物联网成为新一轮 科技 与产业变革的核心动力。连接技术迭代进步、产业政策持续驱动、下游场景需求井喷式爆发驱动物联网连接数高速增长。据IoT Analtytics预测，2025年全球物联网设备连接数将至少达到250亿个，中国物联网连接规模将在2022年达到70亿个。据GMSA预测，2025年全球物联网产业规模达11万亿美元；IDC预计中国物联网支出占全球比重将达到267%(约3000亿美元)，位居全球首位。

从二级市场表现来看，物联网概念股年内表现抢眼，合计市值近5万亿元，多只个股年内涨幅明显，国民技术、国科微、上海贝岭、全志 科技 等个股年内涨幅均超100%。

基金加大持仓配置

机构看好消费级AIoT

年内，机构频频前往物联网概念的公司调研。同花顺数据显示，物联网板块中颖电子、海康威视等十几家公司年内受到机构调研超10次，海康威视受到超千家机构调研，中科创达、兆易创新等5家公司受机构调研家数超500家。

中金公司认为，在物联网连接数上升、硬件与场景双线驱动等因素影响下，新的消费电子创新拐点即将到来，消费级物联网有望引领新一轮的消费电子创新浪潮。尤其是“场景智能”方面，智能 汽车 有望成为AIoT时代的下一个热门终端应用。

产业结构层面，通信模组被机构普遍看好。中信证券称，在物联网连接数爆发、产业政策持续加码、网络连接技术迭代和应用场景需求爆发等驱动因素下，物联网模组行业有望迎来“量价齐升”阶段。预计2025年全球蜂窝通信模组出货超9亿片，对应千亿元级别市场空间。华创证券也认为，未来5G模组、车载模组等市场需求有望持续释放，相关产业链公司营收及利润端有望延续高速增长态势。应用层方面，中信证券认为，多应用场景将刺激需求爆发，除了 汽车 网联领域，万物智联领域，双碳目标下智能电网是必经之路。电网万亿元级别投资规模将逐步向配电侧和用电侧倾斜，包括智能电表在内的各类电力智能终端出货量将高速增长。

上市公司也在积极加快物联网相关布局。工信部数据显示，截至8月末，三大运营商发展蜂窝物联网终端用户133亿户，比上年末净增19亿户。华为、百度、小米等 科技 巨头早已布局AIoT，持续拓展可穿戴设备和智能 汽车 等消费级物联网品类，并在生态方面不断发力，尤其鸿蒙系统的发布，更加快了物联网生态构建。通信模组方面，移远通信、广和通分别采取“份额优先，规模为王”策略和“深耕高价值场景”策略，加大全球范围博弈。

3 Kittenblock中快速上手IOT

31 加载IOT插件

插件已经成功加载：

32 建立IOT本地服务器

我们重新复习下MQTT物理模型：

1首先物联网肯定有一台服务器。不然那些要联网的设备把接收到的数据发给谁呢？服务器的作用就是接收数据，处理数据，分发数据

2多个联网的设备。它们的作用就是给服务器发送数据，或者接受服务器的数据。

本节实验，我们用我们的Kittenblock将本机电脑设置为IOT本机服务器，并且本机也作为一个联网的客户端，对服务器进行消息发送

为了方便学校上课场景（连接外网服务器不方便），我们可以直接通过Kittenblock后台建立起IOT本地服务器。

刚建立器IOT本机服务器，设备列表是空的，当然因为没有设备连接到本地服务器上

33 连接服务器

拖拽积木，设备的ID名称可以自由填写，这个名称是显示在服务器上的

更改完信息后，记得点击下积木块，才会执行这条指令

回到本地服务器的列表查看，可以看到设备CCFIVE已经连上上服务器了

34 订阅话题

设备已经与服务器成功连接后，我们需要进行话题订阅，话题的形式一般是“/”+英文，当然不用“/”也是OK的

回到本地服务器的列表查看，可以看到设备CCFIVE已经订阅了"/hello"的话题

35 话题广播与接收

因为我们现在只有一台设别，所以话题我们自己发送自己接收，我们写一个接收程序，让舞台的小喵说出来

话题发送与接收

现象结果：

36 多台电脑MQTT相互通讯

如果你的实验环境下有多台设备，不妨将多台设备都连接到同一个服务器上，例如下图电脑A、B、C都连接到1921680117上，然后对应向共同的话题推送消息，这时候其它设备如果也订阅了这个话题，它也会收到消息更新。

目前，很多公司正在积极布局智能制造和工业物联网发展战略。问题是，这些企业是会共同推进两个战略的发展还是分开推进呢？我相信他们会共同推进，但我也可以理解那些把他们看作是分开的人。
在我们讨论这个话题之前，先让我先定义一下术语，因为有很多关于这个的争论。
智能制造：在工厂和整个价值链内实现业务、物理和数字流程的智能化、实时协调和优化。基于所有可用的信息，资源和流程将实现自动化、集成化、被监控和持续评估。（根据MESA International ，MES国际联合会定义）
IIoT：在工业（如组件、产品、产品运输和设备）中使用的物理对象（“物”）中嵌入电子、软件、传感器组成的网络，这个网络能够使物理对象通过互联网协议(IP)收集数据并与控制系统、业务流程和分析交换数据。（根据维基百科“IoT”修改）
现在回到我们的核心问题：两个战略是要共同推进还是分开推进呢？很明显，目前还没有定论。下面是这些观点的一些背景：
工业互联网协会(IIC)说:"通过自动化工业设备和系统之间的通信，IIoT提高了整个工厂的效率，使其更加智能化，"我同意。我相信，IIoT是智能制造的一项有利技术，它的进步将推动智能制造的发展。同样，随着智能制造超越概念，进入公司正在执行的项目，制造商和他们的解决方案提供者将改进支持这些项目的IIoT技术。这两个很可能会被共同推进。
另外：并不是每个人都同意。在最近的MESA调查中，超过三分之一的制造商报告说他们不相信智能制造包括IIoT（参见上图）。我明白这个观点，因为智能制造有很多途径。实际上，IIoT可以在一些可能定义智能制造的正常边界之外使用。
与智能制造相比，IIoT确实发展可能会更快，因为解决整个价值链上的项目是一个超出公司内部的挑战。像通用动力公司、通用磨坊和通用汽车这样的大公司可以展示他们的力量，并帮助推动特定行业的智能制造行动，但是IIoT项目可以取得很大的进展，并在公司的内部提供许多好处。如果消费者市场上的物联网计划提高了工厂内部的期望门槛，那么实现类似的互联互通、数据访问、控制和分析能力也会有压力。
此外，生产仍将涉及人员，以及未配备IIoT的设备和产品。对于一些智能制造方案，IIoT没有也不可能是商业案例，这些情景可能关注人员和价值链流程。
推动第四次工业革命的是什么？
有些人会认为智能制造或IIoT可能导致第四次工业革命。我也有一个观点：智能制造是这场革命的基础，而IIoT不是。即使IIoT的发展比智能制造快得多，我也不认为它足以让生产企业进入下一个生产力阶段。
那么IIoT缺少了什么来推动第四次工业革命呢？首先是企业环境。智能制造不仅整合了工厂或智能连接工厂，还包括智能连接的供应链和贯穿产品生命周期的数字线程。与其他工业革命一样，技术的转变--比如IIoT--必须与新的流程和人们工作的方式协同工作，以达到我们在第四次工业革命中所追求的生产力水平的提高。
IIoT是一项基础技术，但它只做它所做的事情--在"事物"之间创建通信，以便更容易地获取数据和分析。第四次工业革命需要许多其他技术和工艺。其中一些将针对一件设备或生产过程；其他人将在工厂、企业或价值网络上工作。
真正让商界人士兴奋的是，当新技术和新方法将它们整合在一起时，就会扰乱市场，并让公司提供新的服务和与新产品所能产生的数字数据绑定的新价值。例如，基于IoT的智能产品可以向工程师和生产者提供关于产品如何在该领域执行的反馈。基于这些数据，我们能提供什么样的新见解和服务？
这就是为什么我认为，要实现第四次工业革命需要更多的时间。它将把IoT和IIoT引入智能制造策略，以创建新的方法来协调和优化整个价值链中的流程，并向客户交付新的服务级别。

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位，重要性不言而喻。值得注意的是，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种，一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司；二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商，包括微芯 科技 （Microchip）等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac，速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段， 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露，它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达254个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品，且能带来更高速、更远传输距离的优势。

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