什么是窄带物联网，与物联网的区别是什么，主要用在哪些方面

物联网（IoT）已经开始走入现实，到 2020 年，预计将有数十亿的服务和设备实现随时随地互联。智能家居、可穿戴设备、智慧城市、智慧医疗、智慧交通、智慧农业和智能仪表等等，各种新应用层出不穷，推动新业务模式飞速发展。

为了支持物联网的进一步发展，移动行业开发了新的无线接入技术，其中包括低功耗广域网（LPWAN）。这项技术能够更好地支持这些设备和其应用的特征和要求。

3GPP 在 2014 年开始推动一项标准化任务，窄带物联网（NB-IoT）是这项工作的成果。作为 3GPP 第 13 版标准的一个组成部分，窄带物联网技术规范的首个版本在 2016 年 6 月冻结并发布，旨在支持具有以下要求的类似应用：

– 优化在现有 LTE 空中接口之上的网络体系结构

– 更佳的部署灵活性

– 扩大的室内覆盖范围（与 GSM 相比 +20 dB）

– 支持数量庞大的双向通信设备（数据传输速率仅为几十 kbps）

– 低成本设备（单价低于 5 美元）

– 低功耗（电池使用寿命超过 10 年）

窄带物联网是一种新型无线接入技术，虽然与现有的 3GPP 设备不兼容，但是其继承了 LTE 的很多特征，例如频带、物理层基础、参数值定义和高层复用（NAS、RRC、RLC 和 MAC 过程）。但是，必须注意的是，因为其带宽减少到 180 kHz（加上防护频带为 200 kHz），所以需要创建与 LTE 不同的新物理信道和程序。

与其他物联网技术一样，此应用的终极目标就是更大的覆盖范围和更低的功耗。为了减少设备复杂性和成本，它不支持很多基础 LTE 功能，例如空间复用、载波聚合、演进的多媒体广播组播业务（eMBMS）和双连通性。也不支持高层服务，例如 IP 多媒体子系统（IMS）。

在现有 LTE 空中接口之上优化的网络体系结构

虽然窄带物联网与现有 3GPP 设备不兼容，但它仍然继承了很多 LTE 特征，例如物理层基础和高层体系结构。

唯一实现标准化的双工模式是频分双工（FDD）；因此，上行链路和下行链路使用不同的频率。目前，窄带物联网没有时分双工（TDD）版本，而 3GPP 在短期内也没有计划定义该版本。

为了减少设备复杂性和成本，3GPP 制定了三个主要的设计决策。首先，窄带物联网遵照半双工设计，这样就无需使用昂贵的双工器滤波器来分离发射和接收链路；您可以使用开关代替。其次，不支持 MIMO，特别是空间多路复用技术，因此用户设备（UE）仅需要实施一个接收机链路。最后，非常重要的一点是，信道带宽仅为 180 kHz，这减少了整体平台成本。

总之，窄带物联网 NB IoT 是一项新兴的 3GPP 窄带无线技术，其优点是可以充分利用现有的蜂窝基础设施。这项新技术将促使物联网实现长足增长，在不同领域催生各类物联网应用。

窄带物联网设计挑战

窄带物联网设备和系统要求经过严格的测试，以确保高度的可靠性，避免意外故障。下列是窄带物联网面对的一些设计挑战：

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。

物联网其实到目前为止也没有一个精确的定义，一般来说，我们认为物联网是传统的互联网向物理世界的一个延伸。通过连接物理世界，使得网络能够更好的为人类服务。物联网能够广泛用在生产和生活的各个方面，产生了如智慧家庭、智慧城市、智慧农业、智慧医疗、智慧环境等一系列相关的应用场景。
涉及的主要技术包括以下几种：
1、传感器网络技术
传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。传感器网络是由各种各样的传感器节点所组成，用以进行信息的收集、传输和处理的网络系统。
作为物联网感知和获取数据信息的重要手段，传感器网络在物联网中发挥着极为重要的作用。无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。
无线传感器网络主要由三大部分组成，包括节点、传感网络和用户这3部分。其中，节点一般是通过一定方式将节点覆盖在一定的范围，整个范围按照一定要求能够满足监测的范围；传感网络是最主要的部分，它是将所有的节点信息通过固定的渠道进行收集，然后对这些节点信息进行一定的分析计算，将分析后的结果汇总到一个基站，最后通过卫星通信传输到指定的用户端，从而实现无线传感的要求。
构成传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。
（1） 数据采集单元，通常都是采集监测区域内的信息并加以转换，比如温湿度、光照度等；
（2） 数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主；
（3） 数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等；能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积，会选择微型电池的构成形式。
2、RFID技术
射频识别（Radio Frequency Identification， RFID），是一种利用无线电波进行信息交换与存储的技术，通过无线射频来对电子标签进行读写，以达到自动识别目标以及信息交换目的。
RFID系统通常由读写器、电子标签与数据管理系统组成，其工作原理一般是由读写器在一定范围内发送无线电射频信号，当电子标签接收到读写器所发射的无线电信号时，就会利用感应电流所获得的能量（无源RFID），或者主动发送无线电信号（有源RFID）将标签芯片内所存储的产品信息发送出去，读写器接收到电子标签所发射的信息并解码后，再将这些数据信息反馈至数据管理系统进行数据处理。
RFID系统主要由标签、阅读器和天线三部分组成。一般由阅读器收集到的数据信息传送到后台系统进行处理。
（1）标签：标签由耦合元件及芯片组成，每个电子标签都具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；每个标签都有一个全球唯一的ID号码——UID（用户身份z明），其在制作标签芯片时存放在ROM中，无法修改，其对物联网的发展有着很重要的影响。
（2）阅读器：阅读器是读取或写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式等多种工作方式。对标签进行识别、读取和写入 *** 作，一般情况下会将收集到的数据信息传送到后台系统，由后台系统处理数据信息。
（3）天线：天线是用来在标签和阅读器之间传递射频信号。射频电路中的天线是联系阅读器和电子标签的桥梁，阅读器发送的射频信号能量，通过天线以电磁波的形式辐射到空间，当电子标签的天线进入该空间时，接收电磁波能量，但只能接收其很小的一部分。
3、嵌入式系统技术
嵌入式系统一般是用户针对特殊需求而定制的，能够被内部计算机控制的设备或系统。嵌入式系统往往结合了计算机技术、通信技术以及自动化技术，使得传统的机电产品智能化，并具有故障诊断、自动报警以及信息传输和远程控制等多种功能，用以实现产品使用与管理的信息化、智能化。
由于嵌入式系统体积小、功能强且成本较低等，使其广泛应用于智能家居、车联网等领域。嵌入式系统的核心由一个或多个微处理器或微控制器组成，这些微处理器或微控制器经过预编程以执行一些任务。嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的。嵌入式系统需要与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。用先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的知识集成系统。
从应用角度可分为通用型嵌入式 *** 作系统和专用型嵌入式 *** 作系统。常见的通用型嵌入式 *** 作系统有Linux、VxWorks、Windows >据相关数据显示，中国每天有28亿次出行，是两个轮子上的大国，单车日均骑行需求超2亿次，两轮电动车日均骑行需求达7亿次，用户群体覆盖16至60岁各行业人群，需求与体量是单车市场的3倍多，电动车堪称“国民出行工具”。
电动车虽然便捷，但是不可否认也存在很多痛点，让电动车用户苦不堪言。其中包括：
1、体积大
市面上铅酸电池组重量一般都在16-30公斤,体积较大。对于家住小区高层的电动车用户来说，扛着几十斤重的电池爬楼充电是一天中最痛苦的事。
2、续航短
电动车电池长时间使用导致电池老化，影响电池正常续航，给日常出行带来麻烦的同时也增加了更换电池的费用成本。
3、隐患多
充电不当引发的安全事故数不胜数，电池故障、长时间充电、充电器不匹配、室内楼道内充电等原因占了很高的比例。
4、充电难
做为节能首选，电动车数量持续增长，电池充满电需要8-12小时，等待时间漫长。
电动车传统充电模式已经无法满足用户的实际需求。为了解决电动车充电、续航等痛点，高效便捷的共享换电柜应运而生。共享换电柜的出现将会极大解决电动车用户充电痛点难题，成为未来电动车续航的主流趋势。
那么究竟什么是共享换电柜呢？
用于负责电池设备的存放，外形类似储物柜，有不同的格子，每个格子存储一个电池，电池柜体上通常有一个显示屏或者一个二维码，可以显示柜子的 *** 作二维码。柜子通过控制柜门的开启来完成电池出租，同时每个柜子类别都带充电装置，可自动给电池充电，电动车可以使用换电柜实现自助更换电池服务。共享换电柜采用电池共享的模式，使用户的电动车电池能随换随用。
相较于传统充电方式，共享换电柜优势有哪些呢？
1、速度超快：换电仅需10秒，无需等待，即刻出发。
2、 *** 作便捷：APP扫码换电，轻松一扫，简单方便。
3、安全性高：远离充电不当带来的安全隐患，为骑行过程保驾护航。
4、电池维护：提供统一电池维护及保养服务，无需考虑购买新电池及废旧电池更换等问题。
5、适用场景：社区、校园、停车场、景区。
共享换电柜该如何使用呢？
*** 作步骤：扫码——取出满电电池，放入没电电池——将电池放入换电车中——用车
在中国数亿辆电动车保有量的前提下，安全会成为政府重点关注的问题，换电作为更可控的安全充电方式，极有可能成为民生基础设施。所有的电动车骑行用户都存在电量焦虑症，而换电带来的无限续航，则是目前解决电量焦虑症的最佳方案，用户可以随时在就近换电站网点获取到满电的电池，电池具备物联网定位及多种功能，进而实现高效安全的出行。
物流配送行业的“骑手”，是电动车大军中增速最快的力量，也是电动车电池的高频次使用人群。就市面上存在的99%的铅酸电池电动两轮车来看，大多数旧车续航在50到60公里，大概持续开2小时就没电了，而充电则需要8小时以上，完全满足不了外卖骑手的实际需求。而行业专家雷风换电瞄准的就是这块新型的庞大市场，准备用“换电模式”改变“骑手”出行方式。
由杭州雷风新能源团队打造的雷风共享换电柜因其安全、便捷等优势深受外卖骑手的喜爱。雷风共享换电柜，共享时代的安全充电，以大数据管理，智能化的平台共享电池能源，核心的安全充电系统，每次充电时对电池的内部单元进行均衡，让每次充电都成为一次电池体检，提高电池的安全性。雷风共享换电柜中由雷风自主创新研发的智慧电池有八重保护：IPX7防水保护、短路保护、漏电保护、过压保护、反接保护、超温保护、过流保护、芯片保护，是电池安全的再升级，让骑手不再为充电安全而担忧。
除了充电安全有保障之外，雷风共享换电柜集智能换电、GPS定位、大数据平台和手机客户端于一体，单个换电柜可支持9组或16组电池同时进行充换电，10秒换电，换上就走，骑手再也不用因电动车续航短、充电难、充电慢而苦恼。

大家现在在新闻里听到的区块链，常常与虚拟货币联系起来，实际上区块链远远不止于此。首先，区块链是信任引擎，是保障可信数据的技术；第二，区块链是改变生产关系的技术。有一种说法是，两大改变世界的技术（人工智能、区块链），人工智能改变的是生产力，区块链改变的是生产关系；第三，区块链是整合资源的平台技术，能够把跨行业的资源，包括金融、技术创新、人才参与，有效而极具创造性地整合到各种实体行业中。在接下来的演讲中，我会使用具体案例进行说明。

在进一步推进新能源 汽车 发展的时候，我们看到什么样的挑战和机遇？首先，电池成本与寿命的矛盾毫无疑问是非常大的挑战。电池的高成本带来了消费者购车成本和购车意愿的问题。这必然不利于新能源 汽车 行业的快速成长。

第二是电池整体技术尚未最终“尘埃落定”，还在不断演进。这当然不是一件坏事情，真正有生命力的行业才会这样。刚才张院士讲得非常好，层出不穷的新技术，不可避免地让整车厂商面临如何将快速成长的技术与自身的产品周期相结合的挑战。

第三是安全方面的问题。大家有时候会从新闻上看到电池着火的情况。而据有关统计，截至2020年全国电动 汽车 安全事故分析中，电池问题引发的事故占据60%以上。

此外，新能源 汽车 电池使用效率极大限制单次充电的出行范围，虽然已经较以前大大改进，依然难免影响出行体验。

那么，要解决以上这些问题，我们面临着什么样的数字化挑战呢？关键是动力电池具有很高的产品价值和潜在环境影响，所以生命周期很长，从生产、整车集成、用户使用、二次回收作为储能设施、电力使用、最终环保回收，跨越了很多行业。跨行业数据收集和可信流转、共享非常困难。特别是电池厂商和整车厂商，这两个数据孤岛如何打通，如何进行数据共享共用？电池使用过程中，消费者和充电站运营方也掌握着一部分数据。能储环节的当地供电商，回收环节的环保回收厂商，也都会有自己的数据。进而，不要忘记，金融行业也可以是数据流的利益相关方：动力电池占整车成本四成以上，从资源整合的角度来说，如何在可信数据流转的基础上，引入金融资源，降低整车厂商和消费者的成本压力？

前面提到，区块链是跨行业数据整合的引擎。它能做到让不同来源的数据通过隐私计算，在数据所有权被有效保护的前提下形成数字孪生。这个数字孪生有很强的针对性。此前，当出现产品问题的时候，因为跨平台跨行业数据无法互通等问题，很难进行精准定位， 汽车 产品的召回往往具有较大的盲目性。

例如，原来发现了一个问题，需要召回60万台车。现在我们在区块链技术提供的可信数据保障下，通过此前很难做到的跨平台数据整合和数据分析——对动力电池和新能源 汽车 进行非常精准的分析，发现非常高颗粒度的“问题组合”，或许就可以把召回的规模缩小到几千台甚至几百台。精准召回不但对消费者的安全是一种保障，而且可以极大降低整车厂商的成本。

电池数据的价值也还有待挖掘，不单单是电池生命周期和整体使用情况。还有一点非常重要，新能源 汽车 各个组件当中，动力电池能源供应系统收集上来的数据是最完整的。这样完整的数据不仅在动力电池自身的商业模式当中具有很高的价值，对用户体验提升甚至城市管理也都有价值。

可以说，动力电池，是新能源 汽车 的关键 。我们可以把动力电池中嵌入相关的物联网设备；这个物联网设备和区块链技术相结合，在确保数据可信、不可篡改同时保护隐私的前提下收集数据，不仅可以形成动力电池可信的数字孪生，也帮助形成新能源 汽车 本身可信有效的数字孪生。此前，摩联 科技 与万向区块链合作推出了区块链蜂窝无线模组和PlatONE联盟链数据存证平台，能够赋能海量物联网设备数据的安全上云可信上链。

再谈到商业模式，无论是回顾燃油 汽车 的发展 历史 ，还是展望新能源 汽车 的发展前景，如何让实体行业有效引入金融资源，都是拓展商业价值的重要方向。 车电分离指的是在换电模式基础上，车主购买整车后，由电池管理公司回购电池产权，车主以租赁方式获得电池使用权。 车电分离如果能够做到位，动力电池及充电站就可以成为资产包，且和新能源 汽车 本身是分开的，大家就可以针对资产包进行融资。这不仅仅是概念或者梦想，我们已经在和业界领先的公司在这方面展开了合作。

这个商业模式进一步规模化以后，会带来几个好处。第一，串联电池生产、销售、运输、使用、回收、检测和改造再利用等各方的协同网络，高效可信的电池流转助力各方利益计量和分配结算，提高传统业务衔接协作效率；第二，能够让更多金融资源以可信方式进入迫切需要 社会 资源和金融资源的新能源 汽车 行业，有效促进其进一步发展壮大。第三，形成非常好的节奏。在新能源电池行业刚刚起步的阶段，车电分离后带来的商业模式有相当的稳定性。未来无论技术如何演变，这个行业都能够有效得到金融资源的配置，从而反过来为新技术的发展带去非常重要且必要的活力；第四，对于资产管理公司和金融机构，一方面可以对底层资产进行穿透式监管，一方面可以实时掌控资产的运行收益，有效降低了资产和资金风险。

而对消费者而言，购车成本会直接下降。比如以前买辆车30万，现在买车只要18或者20万，剩下的就是每月付车电分离的使用费，这是未来会推动的。同时也可以缩短充电时间，缓解续航焦虑；对新能源电池厂商和整车厂商而言，有机会引入更多的金融资源，提升运营效率，改善电池安全，减缓电池衰减；对政府有关部门和管理机构来说，通过动力电池和物联网设备，通过区块链技术形成可信、可靠的数字孪生并资产化，如碳中和等治理目标就可以更好地通过整合 社会 资源来管理和实现。同时也能够促进电池标准化，推动基础设施建设。

要实现新能源 汽车 的车电分离，我们当前也面临着一些挑战：第一是重资产：换电站建设前期投入高，融资需求大；第二是车企配合难度大：标准化技术应用推广难，不同车企不同车型差异性显著；第三是标准化程度低：难以开放使用形成规模效应；第四是运营服务体系不完善：电池多方流转难追溯。

为什么要讲挑战？传统的信息化技术难以建立多方间的信任，而且需要完整的顶层设计。面对以上的这些挑战，很难进行完整的顶层设计，势必会形成摸着石头过河的局面。要保证过程中整个业务方向不会失控，就是区块链组织生产关系所发挥的作用。

不仅是 汽车 ，所有跟新能源能储相关的行业，如未来城市的能源基础设施，都可以使用物联网+区块链+隐私计算，通过对可信数字底座的打造，实现可信的数字孪生并资产化，从而降本增效，创造企业、消费者、政府机构多方共赢的 社会 经济价值。而这些我们并非仅在策划阶段，都已经实践中了。 包括与合作伙伴共同推进的动力电池资产化、在电动大巴上采用区块链基础上的电池与新能源管理等等。

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