基于NB-IOT窄带物联网智能路灯云端控制系统的设计与实现

随着经济和 社会 的发展，城市公共照明已经成为城市现代化水平的重要标志之一，城市照明设施规模日益增大，用电量节节攀升， 社会 各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，主要表现在以下几个方面：

监控管理方式相对粗放。传统“三遥”系统只能实现回路级别的采集和控制，对单灯运行情况无法实时、准确监控，不能实现智能化监控和精细化管理；部分城市仍停留在“时控”时代，缺少基本的信息化管理手段。

运行维护效率低、成本高。现有的照明设施故障发现机制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并且还可能留有盲区，运维效率低、成本高，难以实现主动服务、保障服务质量。

照明能耗偏大。缺少灵活有效的节能控制手段，过度照明和照明不足的矛盾难以调和，无法实现按需照明，从而在保障照明质量的前提下有效降低照明能耗设施安全难以保障。缺少实时监管措施，设施被盗时有发生，给照明管理部门造成直接的经济损失，严重影响城市照明的正常运行，同时带来安全隐患。

1 设计与实现

本系统由3大部分组成：NB-IoT通信模块、云端控制系统、手机端APP。

图1

11 NB-IoT通信模块

基于高通MDM9206平台高性能、低功耗的CAT-M1/CAT-NB1/GSM三模无线通信模块，支持全球各主流定位系统GNSS，不仅支持当前运营商的主流物联网频段，对未来可能会部署的频段也最大可能性的支持 ，其尺寸仅 为 225mm265mm27mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，

通过该模块实现路灯信息传输、调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明节约电能，真正实现节能、环保、安全、舒适的照明，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。

12 云端控制中心

是根据路灯管控开发的一款远程 *** 作与监控管理平台，方便了管理人员的管理与维护。通过灯联网集中监控管理平台可以远程控制每一个回路的开、关状态，也可以实时监测每个设备的当前信息，并根据采集到的参数的情况，实时判断线路情况，给用户直观的解析。系统同时还具备短消息报警和声音报警的功能。

13 手机端APP

一种基于智能手机APP应用的城市路灯控制方法，包括将智能手机APP应用与路灯管理系统相关联，形成APP调节城市路灯的架构，构建智能手机 APP 节点，每个 APP 节点代表一个APP 注册用户；当用户登录 APP 应用时，APP 应用将包含用户地理位置、行进方式的 APP 应用信息传送到路灯管理系统；路灯管理系统根据APP应用信息，查询用户所属路段的路灯实时状态，并对路灯进行调节控制。采用NB-IoT物联网概念，通过手机 APP 应用按照用户实际需求开启路灯、调节路灯亮度，合理分配路灯照明资源，降低了路灯能耗、节约了路灯使用成本。

2 测试与分析

硬件调试：分为电源电路、通信链路、LED驱动电路调试。

21 电源电路

图2 电源电路

图 2 中，EUP3420 是一款恒定频率，采用电流模脉宽调制（PWM）架构的降压型变换器。芯片集成了主开关和同步整流开关，可以获得更高的效率。本系统采取5V适配器输入，转化给NB-IoT无线通讯模块VBAT网络33V供电。

C1000：适配器的输入端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为5V。

L1000：开关电源 buck 电感输出端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为33V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。

22 通信链路

NB-IoT模块上电后sim卡状态测试。

图3 NB-IoT模块Sim卡状态查询

23 LED驱动电路

图4 LED驱动电路

上图中，三极管驱动电路由Q11、R128、D30、J26（焊接LED模组）组成，NB-IoT通信模块通过GPIO口控制三极管的基集，使三极管Q11工作在开关状态，实现对LED的开断。

3 软件测试

安卓手机端可以控制指定路灯的亮与灭以及全开全灭。

图5 手机控制端界面

PC端实现对各个端口的控制。

图6 云端控制端界面

4 控制系统特性

41 管道NB-IoT设计

一是广覆盖：NB-IoT 覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍。它不仅可以满足广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。因此不只是道路照明，在室内、工业照明领域的应用前景也十分广阔。

二是强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。这将意味着，基于 NB-IoT 通信技术的照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。

三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能家居的应用。

四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给 NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。单个接连模块预期价格不超过 5美元，最终低至 1 美元，这对降低智慧照明应用的成本起到关键性作用。

42 云端智能管理

采用单灯控制技术，构建路灯物联网，精准控制每一盏路灯，在保证照明需求的前提下，根据季节、路段、天气、特殊场合等条件设定路灯运行方案，真正实现“按需照明”，深化节能减排。因本项目范围内 LED 路灯电源不具备调光接口，单灯节能方式采用开关灯控制方式。

通过单灯“在线巡测”，及时发现路灯故障并在地图上进行精准定位，转变“人工巡检、热线报修”的传统运维方式，实现定向运维、主动服务，减轻劳动强度，提高路灯运维效率，降低运维成本。

43 客户端APP

智慧公共照明管理平台具有全面和优化的路灯智能控制功能，为路灯管理人员提供更高效的管理和维护手段，主要体现为：实时监控：可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光。同时支持多终端，支持基于 Android *** 作系统的移动终端远程控制，可采用平板电脑、手机等终端下发开关灯、调光等控制命令等。

5 应用前景分析

对于 NB-IoT 产业的发展，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划。工信部也发文要求加快 NB-IoT 在国内落地，到今年年底建成基站规模 40万个，到 2020 年建成基站规模 150 万个。中国 NB-IoT 产业加速布局，将是全球 NB-IoT 产业领跑者。目前在上海、广州、江

门、鹰潭、长沙落地了NB-IoT智慧路灯项目，实现了到处开花、处处结果。

6 结束语

城市智慧照明是智慧能源的开端，以 NB-IoT 新一代通信技术为支撑，实现整个城市一张网，对城市道路每盏灯实现全面的感知、智能的控制、广泛的交互和深度的融合，在满足市民正常照明需求的前提下，通过智能调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明，电能节约率可达30% 60%，真正实现节能减排，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。同时通过对城市照明设施实现精细化管理，通过对城市道路每个灯具的运行状态进行准确分析和故障报警，并根据故障等级启动相应的处置流程，将被动巡检改为定点维护，反应更加敏捷处置效率更高，将使城市的灯光管理水平与现代化的大都市相适应，提高亮灯率，减少各种故障，合理照明，美化照明，安全照明，营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立和提升城市的品牌形象。

2006至2020年，物联网应用从闭环、碎片化走向开放、规模化，智慧城市、工业物联网、车联网等率先突破。中国物联网行业规模不断提升，行业规模保持高速增长，江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。

截至到2019年，我国物联网市场规模已发展到15万亿元。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

近年来，我国政府出台各类政策大力发展物联网行业，不少地方政府也出台物联网专项规划、行动方案和发展意见，从土地使用、基础设施配套、税收优惠、核心技术和应用领域等多个方面为物联网产业的发展提供政策支持。在工业自动控制、环境保护、医疗卫生、公共安全等领域开展了一系列应用试点和示范，并取得了初步进展。

目前我国物联网行业规模已达万亿元。中国物联网行业规模超预期增长，网络建设和应用推广成效突出。在网络强国、新基建等国家战略的推动下，中国加快推动IPv6、NB-IoT、5G等网络建设，消费物联网和产业物联网逐步开始规模化应用，5G、车联网等领域发展取得突破。

政策推动我国物联网高速发展

自2013年《物联网发展专项行动计划》印发以来，国家鼓励应用物联网技术来促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变，对于提高国民经济和社会生活信息化水平，提升社会管理和公共服务水平，带动相关学科发展和技术创新能力增强，推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义。

以数字化、网络化、智能化为本质特征的第四次工业革命正在兴起。物联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，通过对人、机、物的全面互联，构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型生产制造和服务体系，是数字化转型的实现途径，是实现新旧动能转换的关键力量。

我国物联网行业呈高速增长状态 未来将有更广阔的空间

自2013年以来我国物联网行业规模保持高速增长，增速一直维持在15%以上，江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。中国通信工业协会的数据表明，随着物联网信息处理和应用服务等产业的发展，中国物联网行业规模已经从2013年的4896亿元增长至2019年的15万亿元。

虽然我国物联网发展显著，但我国物联网行业仍处于成长期的早中期阶段。目前中国物联网及相关企业超过3万家，其中中小企业占比超过85%，创新活力突出，对产业发展推动作用巨大。

物联网作为中国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。

物联网在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

在政策、经济、社会、技术等因素的驱动下，2020年GSMA移动经济发展报告预测，2019-2025年复合增长率为9%左右，2020年中国物联网行业规模目标16亿元，按照目前物联网行业的发展态势，十三五规划的目标有望超预期完成;预计到2025年，中国物联网行业规模将超过27万亿元。

未来物联网行业将向着多元方向发展

标准化是物联网发展面临的最大挑战之一，它是希望在早期主导市场的行业领导者之间的一场斗争。目前我国物联网行业百家争鸣，还未有一个统一的标准出现。因此在未来可能通过不断竞争将会出现限数量的供应商主导市场，类似于现在使用的Windows、Mac和Linux *** 作系统。

合规化同样是当下物联网面临的问题之一，特别是数据隐私问题。目前数据隐私已成为网络社会的一个关键词，各种用户数据泄露或被滥用的事件频发，特别是Facebook的丑闻引发了全球担忧。

因此在未来，我国各种立法和监管机构将提出更加严格的用户数据保护规定，，用户的敏感数据可能会随着时间的推移而受到更严格的监管。

安全化是指预防物联网软件遭受网络黑客攻击，在未来，以安全为重点的物联网设施将受到更多的关注，特别是某些特定的基础行业，如医疗健康、安全安防、金融等领域。

多重技术推动物联网技术创新

从技术创新趋势来看，物联网行业发展的内生动力正在不断增强。连接技术不断突破，NB-Iot、eMTC、Lora等低功耗广域网全球商用化进程不断加速;物联网平台迅速增长，服务支撑能力迅速提升;

区块链、边缘计算、人工智能等新技术题材不断注入物联网，为物联网带来新的创新活力。受技术和产业成熟度的综合驱动，物联网呈现“边缘的智能化、连接的泛在化、服务的平台化、数据的延伸化”等特点。

——以上数据来源于前瞻产业研究院《中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》

随着各类厂商不断发力低功耗广域网络（LPWA），物联网专用网络的话题在此引起业内的热议。物联网智库曾持续关注并推出多篇LPWA的文章，向业内介绍SigFox、LoRa、LTE-M等市场上已开始商业化的LPWA协议。作为一个新兴的、刚起步的技术和市场，LPWA网络协议应该是呈现多家争鸣的状态，那么，这一领域还有哪些技术，它们之间在多个指标上各有哪些特点？物联网智库本周为大家编译推出一篇LPWA协议的综述性文章，希望能对大家对这一领域的理解有所帮助。
通信协议无疑是物联网中争论最多的领域之一，这些争论中，有些是标准之争，有些是专利之争，其中无线通信是物联网领域普遍关注的话题。我们讨论过WiFi、蓝牙、Zigbee之争，但这些协议均为局域网络协议，广域网络方面当前功耗和成本的经济性越来越吸引物联网的应用者，被称为低功耗广域网络（Low Power Wide Area，LPWA）。
此前，我们曾看到SigFox属于此类技术，但随着研究的深入，我们发现其实还存在着不少类似的技术，当一项协议成为主流协议前，它一定是经过与其他协议的一番斗争之后才形成的。本文的目标是对它们进行比较，不过人们对此立即会产生一个问题：你如何去做比较？通过查阅和研究相关文献，我试图提炼一些通用线索来串起各种协议，并对每一协议的代表性企业进行访谈，形成了对LPWA协议的比较。
功耗和成本看似重要，实则无法纳入比较参数
功耗和成本是每一个协议宣称其所具备的特征，但是，还没有人成为这方面的赢家。
影响功耗的因素很多，有些可能无法计量，功耗是否可以进行比较其实并不明确。根据一位拥有多年LPWA实践经验的Telensa专家所述：“功耗唯一可计量的是电池寿命”。另一专家认为，LPWA网络协议虽然是低功耗的，但如果比较单位数据功耗的话，其功耗是大于2G网络的。低传输功耗意味着只有很低的数据速率，因此可能需要很长时间来传输，也就是说设备平均休眠状态时间就很短。因低传输功耗而形成的微弱数据需要更敏感的接收线路，因此接收端可能需要更多平均功耗。
哪些参数可以拿来进行比较？
距离
我们知道任何无线技术传输距离随着其信号传输方式不同而不同，这一规律自然适用于LPWA网络。在人口密集的城市环境中，围墙、建筑物、反射以及交通状况等，使得无线传输距离短于农村地区；而在平整的、无障碍的农村环境下，传输距离会大大增加。但我们仍不可忽视一些因素——无线电干扰等。
因此，距离是各协议代表厂商热议的话题，有些协议宣称可以达到数十公里距离，但其竞争对手可能会说在实际环境中其效果会大打折扣。距离作为比较标准实际上是一个比较谨慎的选择，但至少它是可计量的指标。
另外需要注意的是：你可能发现这些LPWA协议在市场宣传资料中会与诸如Zigbee之类的协议进行比较。你可能觉得Zigbee是一个局域组网协议，与LPWA比较有些奇怪，但实际上Zigbee通过Mesh组网也可以形成广域网络。
频谱
几乎所有LPWA协议均使用ISM频段，虽然有少量协议使用授权频谱。我们将给出每个协议的频段，有些使用的是超低频段，有些是低频段，还有些是采用宽频。
上行/下行对称性
这些LPWA协议均对数据的上下行采取非对称的方式，比较表格中简单给出了它们是否采用上下行对称方式。
数据速率
这是另一个易变的参数，它依赖于距离、障碍以及数据拥堵情况，所以仅仅给出一般性的范围。
最大节点数
最大节点有两种表述方式，一个是整个网络中的节点数，另一个是星形网络中每一Hub配置的节点数。
最大节点数受一些因素的影响，节点数有可能在协议中已设定，但即使一个协议的理论容量是百万，但其容量受制于ISM频段，这不仅仅是一个数字，而是依赖于在给定时间有多少其他协议也在使用该频段。
空中升级（OTA）的可能性
这可能是一个随机的参数，但这一参数反映网络有效的下行能力。如果网络仅提供几个比特的下行容量，那它是无法下载一个大的软件数据包来更新其远程节点的。
切换
我们很容易理解物联网edge nodes作为静态单位无线传输，但是很多设备——如汽车、农用机械等是移动的，还有一些本身可能不是移动的，但别人会不断移动它们——比如仓储中贴有电子标签的货物。因此，我们自然想知道一个协议是否可以实现设备在不同Hub之间的无缝切换。
运营模式
一些协议只是由网络运营商来掌握，并向工作提供网络服务，就像为电话提供蜂窝网络系统一样。而也有其他协议通过公有或私有网络提供。
标准状况
一些协议已制定了相应的标准，或者正在制定中，有些协议拥有者将其标准公开出来，而有些所有者申请专利保护。在一些情况下，你可以获取其细则，而有些情况下你需要获得认证。
现存的LPWA网络协议知多少
除了我们耳熟能详的LoRa、SigFox、LTE-M外，这一领域也是多家争鸣的状态，包括NWave、OnRamp、Platanus、Telensa、Weightless、Amber Wireless等，本文主要对这些适用于物联网的低功耗广域网络协议相关参数进行比较，下期将推出一篇文章，详细介绍每一通信协议的情况。

对于物联网传感器的作用，咻享智能是这么认为的：
1、预测性维护预测性维护
预测性维护预测性维护一直是工业物联网最显著的作用之一，用过传感器对机器各部分温度、振动、耗电量等数据的监测，用户可以随时发现设备的异常，提前停产时间维护，避免意外停机影响生产。甚至用户可以通过模拟场景功能，通过易云系统内置或自行上传，搭建出相应的场景，将采集到的各类数据展示在场景中的相应位置，通过场景中数据和的变化，来随时监测设备状况。
2、自动控制一般传感器采集到的数据
自动控制一般传感器采集到的数据，往往需要在电脑或人机界面展示，工作人员观察数据状况后手工控制设备启停或升降功率。通过易云系统自带的逻辑控制功能，可以直接在设备和需要控制的设备之间架设逻辑，通过PLC、或其他控制方式，根据数据变化，自动调整设备运转状态，减少时间浪费。
3、挖掘数据内涵
挖掘数据内涵。传感器采集到的数据、设备反馈之后的数据最终都是要经过分析研究，成为对企业有利的信息，为企业提供决策支持。如对产品端的监测数据分析，找到机械的弱点或故障发生规律，在改进工艺时针对性加强，提升产品质量和竞争力等。

张凯  17021211121

嵌牛导读：随着物联网的发展，传感器会越来越多地分布到日常生活中。传感器分布在各个角落，通常需要保证至少能不跟换电池使用一年以上（尤其是对于植入人体的传感器更是如此，因此更换电池需要做手术成本和安全性都有问题）；而且，出于传感器成本和尺寸的考虑，传感器内置电池的电量不可能太大。

嵌牛鼻子：超低功耗射频电路 通讯

嵌牛提问：零功耗的无线黑科技，物联网的救星？

随着物联网的发展，传感器会越来越多地分布到日常生活中。传感器分布在各个角落，通常需要保证至少能不跟换电池使用一年以上（尤其是对于植入人体的传感器更是如此，因此更换电池需要做手术成本和安全性都有问题）；而且，出于传感器成本和尺寸的考虑，传感器内置电池的电量不可能太大。

另一方面，为了能传递传感器收集到的信息，传感器通常需要使用无线连接来与中心节点通信。然而，传统射频集成电路的功耗都不低，会过快消耗电池电量。因此，为了进一步普及物联网传感器，需要设计新的超低功耗射频电路。

信号传递真的需要发射射频信号吗？

如何设计超低功耗射频电路？我们不妨分析物联网射频电路中的功耗。首先，作为物联网中的传感器节点，以发送信息为主，接受端主要是一些控制信息，因此发射端的使用频率更频繁；其次，目前的主流无线协议至少要求发射功率达到0dBm，即1 mW，考虑到发射机整体10%左右的效率，即需要至少10mW的整体功耗，这样的功耗在物联网传感器应用中就太大了，必须想办法减小。

那么，如何降低发射端的功耗呢？除了常规的电路优化提升效率之外，有没有办法可以降低功耗呢？我们不妨先看看信息传递的物理基础。根据信息论和物理学，传递一比特信息需要消耗的能量是kTln2，在常温下大约为27510-21焦耳，远小于无线传输中每比特数据传输消耗大约110-12焦耳能量的数字。因此，限制我们的并非物理学基本定律，而是工程学上信号传递方式的设计。

我们不妨再想一想，无线传递信号，真的需要传感器端发射射频信号吗？在日常生活中，确实存在着不需要自己消耗能量就传递信号的方法。例如，用在航海和野外探险中的日光信号镜，就是通过不同角度的反射太阳光来传递信息。在这里，信号的载体是太阳光，但是太阳光能量并非传递信号的人发射的，而是作为第三方的太阳提供的。所以，我们完全可以实现由第三方提供能量来实现信号传输。

阳光信息镜，使用第三方（太阳）提供的能量作为信息载体，传递信息的人本身无需提供信息传输能量
无源WiFi-接近零功耗实现无线传输

之前提到了使用太阳光可以无需提供能量就传输信号的例子。事实上，太阳光和我们常规无线通讯使用的都是电磁波，因此我们完全可以把阳光反射镜移植到无线通讯中。

最早这种方法使用在了卫星通讯中。由于卫星通讯中卫星和地面基站距离很远，信号衰减很大，因此需要非常强的信号发射功率，显然在地面发射大功率会比在卫星发射大功率要简单一些。因此，工程师们的解决办法就是在卫星上安装可以调制反射光的发射器（retro-reflector），而由地面来发射大功率信号（照射信号）。该发射器可以通过改变反射器角度来调制反射信号来传递信息。举例来说，当卫星完全反射地面发出的信号时表示1，而当完全没有反射时表示0，这样就可以实现卫星不发射无线信号的无线传输。在这里，地面的发射站就相当于日光反射镜例子里的太阳，而卫星上的反射器则相当于镜子。

随着物联网的普及，使用反射来传递信号的方法也开始进入了传感器领域。美国华盛顿大学计算机科学与工程系的教授Shyam GollakotaJoshua和R Smith提出了Interscatter的概念，并将结果发表在了SIGCOMM上。Interscatter的思路与之前提到的阳光信息镜以及卫星反射通信相同，也是通过反射来传递信息。一个典型的应用例子如下图，Interscatter芯片是植入体内的传感器或类似RFID的需要超低功耗的芯片，外界的设备（如手表，蓝牙耳机）发射射频信号（照射信号），Interscatter芯片通过改变天线的阻抗来调制反射信号，该反射信号由手机接收并解调得到Interscatter芯片传递的信息。在整个过程中，Interscatter芯片并不发射射频信号，需要做的仅仅是将比特流转换为对于天线阻抗的调制，因此功耗可以极低。

Interscatter芯片使用场景示意图，由外界设备发射射频信号而Interscatter芯片通过改变天线阻抗来调制反射信号完成信息传递。整个过程中Interscatter芯片并不产生射频信号。

在Interscatter之后，华盛顿大学的研究组更是将此概念扩展到了WiFi上，提出了无源WiFi，通过WiFi路由器来发射射频信号，而无源WiFi芯片只需要负责调制天线阻抗就能通过WiFi协议与路由器通信。由于省去了发射射频信号这一环节。芯片的功耗主要来源于频率综合器以及天线调制模块（见下图）。这样，无源WiFi可以实现高达11Mbps的通信速率，而其功耗仅仅只有50uW。 

无源WiFi

在电路系统设计上，passive wifi的基本过程是中心射频源（路由器等）发射射频信号至passive wifi芯片，因此需要精确控制波束方向，否则如果多个passive wifi芯片同时反射的话会造成互相干扰，因此在射频源的部分需要用到波束成形技术。 然而，由于波束不可能每次都对得非常准，于是另一个passive wifi系统的挑战是多路反射和环境反射。为了解决这个问题，UCLA电子工程系Frank Chang教授带领的实验室与NASA／JPL合作完成了一款芯片。这个项目实现了基于反射概念数据率高达54Mbps的芯片组（包括发射端和反射端）外，该芯片组同时还能使用equalization技术解决多路反射的问题。由此可见，无源WiFi不仅能实现低功耗通讯，在数据率方面与传统WiFi也不遑多让。 具体论文“A 58 GHz 54 Mb/s Backscatter Modulator for WLAN with Symbol Pre-Distortion and Transmit Pulse Shaping”发表在了IEEE Microwave Wireless Component Letters上。

UCLA与JPL合作实现的芯片组，包括发射端和反射端两部分芯片

当然，无源WiFi也存在自己的局限性。目前，无源WiFi最适合的场景是点对点通信，这样即可最大化照射信号的利用效率，也能减小不同无源WiFi反射的互相干扰。因此，在需要多节点同时通讯的场合下，无源WiFi并不是最好的选择 。另外，无源WiFi并不能减小接收机的功耗。综上所述，无源WiFi最适合的应用场景还是发射端站最主要部分，且无需节点之间通信的物联网传感器。在未来，为了能让多个节点同时通信，可以使用类似CDMA的技术。

随着 科技 的发展，物联网已经成为了大多数人所不能离开的一项高新技术，它通过各式各样的传感器实实在在地改变了我们日常生活，在生活中的几乎所有场景都可以见到它的身影。无论是家居、交通还是物流、工业领域，都因为物联网技术而变得更加智能化。

物联网究竟是什么

物联网，顾名思义就是万物相连的互联网，它是由互联网引申出来的含义，目前广泛运用在工业、农业、交通、家居、安保等领域内，有效推动了这些领域的智能化发展，也进一步拓展了发展潜力，将智能与数据化慢慢渗透于这些行业内。

同时物联网不仅可以提供信息传递功能，还具备对信息智能处理功能。它通过每一个传感器上的信息获取能力，通过互联网的方式进行有效传达，做到实时更新数据信息，并与智能分析、AI等技术进行结合，使其通过智能处理技术分析获取的海量信息，实现更有意义的传递。

不过物联网并不能脱离互联网而单独存在，它的核心仍然是互联网。它所收集的海量信息以及分析结果都需要互联网进行传递，这才能够实现万物互联的效果。

物联网当前所遇到的难题

根据GSMA（全球移动通信系统协会）预测，在2020年物联网的连接数将达到126亿，2025年物联网的连接数将达到252亿。虽然已经达到如此体量，但是从物联网推进到普及的过程中，仍遇到不少难题，这也为物联网之后的发展带来一定程度上的阻碍。

由于物联网的传感器身材都比较小，所以能耗问题一直都没有很好地解决。要么需要增加身材，要么需要降低性能，而且耗电量、成本等问题依然是物联网的痛点所在。此外，有很多物联网设备由于使用场景复杂，并无法使用外接电源，而且电池更换成本昂贵，所以低功耗就是物联网在这些场景下的一个最基础必备条件。

虽然目前4G已经大规模普及，而且市面上已经出现了很多5G手机，但是在物联网方向上，大多数物联网设备仍采用2G网络。这与网络覆盖率和成本息息相关，所以这是2G网络迟迟没有退网的一个原因。

此外，由于物联网每天会收集和传输大量信息，所以在安全方面也是物联网一直面对的一个难题。

NB-IoT芯片解决痛点，已经准备就绪

在过去，很多物联网产品每天传输的数据很低，而且不需要高速的传输效率，所以物联网芯片一直以低成本的2G为主。不过随着当前物联网的快速发展，物联网的连接数大幅度增长，过去的2G物联网不足以支撑目前的体量，需要一种新型的技术来引领物联网升级。

于是NB-IoT作为一种覆盖度广、低功耗、低成本的一种新型物联网技术，便进入众多开发者的视野中，这种技术在一些低功耗低成本的通信场景中，相比现在的2G物联网技术表现要更加出色、优秀。

目前NB-IoT芯片行业以华为、高通等一线大厂为主。

NB-IoT能否担负重任？

在提及到NB-IoT行业的前景和展望时，NB-IoT行业经历了四个阶段，分别是燥热、绝望、冷静和成熟，目前产业已经逐渐走向成熟，包括运营商的网络、芯片模组终端应用以及整个市场对于这项技术所持有的期望，这些都是非常理性和成熟的。

过去大家认为包括功耗、成本、性能在内的，这些阻碍NB-IoT发展的几个因素都已经被整个产业一一解决掉了，所以随着运营商网络的进一步的提高覆盖率增强，那么NB-IoT便会得到迅速的爆发。同时，NB-IoT的网络标准会在未来的5年内与5G网络完全融合，在未来的5~8年内，4G网也将开始步入退网通道，所以将与5G网络融为一体的NB-IoT的生命周期也会非常长的。

相比于智能手机这种3C市场来说，目前NB-IoT仍然是一个小市场，它具备非常清晰的细分，当前需求最刚性的就是抄表市场。而对于像共享单车、医疗 健康 设备、资产跟踪管理、宠物跟踪等在内的其他的新型市场来说，这些都是NB-IoT正在 探索 的领域。

总结

未来几年，物联网仍然将保持着急剧式增长，产业需要通过不断更替，吸收新鲜技术才可以保障长久发展。目前已经到了物联网需要更新换代的时刻，在以NB-IoT技术驱动为核心的公司支持下，相信会持续发力，承担起物联网中部分领域的重任。

NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网（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。
移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术，45G除了具有高达1Gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量M2M连接以及更低时延，将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。
对于电信运营商而言，车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生海量连接，远远超过人与人之间的通信需求。
NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。[1]
NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IOT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。[4]
因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP标准的首个版本预计在今年6月发布，到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。
目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状，余泉详细阐述了三个精彩观点：一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年，标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。
转向窄带物联网
对于LPWA网络所用到的窄带物联网（NB-IoT），运营商业已达成共识，应使用授权频谱，采用带内、防护频带独立部署。这一新兴技术可以提供广域网络覆盖，旨在为吞吐量、成本、能耗都很低的海量物联网设备提供支撑。
2015年11月，数家全球主流运营商联合设备商、芯片厂商和相关国际组织，在香港举办NB-IoT论坛筹备会，旨在加速窄带物联网生态系统的发展，成员包括中国移动、中国联通、Etisalat、LG Uplus、意大利电信、Telefonica、沃达丰、GSMA、GTI、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔。六家运营商成员还宣布，将在全球成立六个窄带物联网开放实验室，聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互 *** 作性测试和产品兼容验证。
目前，运营商已经在客户中展开预标准NB-IoT技术试点工作。例如，德国电信和沃达丰已经采取行动，利用现有基站进行预部署试点，预计试商用部署在2016年下半年进行，正式商用将从2017年初开始。
沃达丰的Ibbetson表示，对3GPP标准的整合充满信心，但他也指出这一过程缓慢而艰难。“希望窄带物联网能在2016年3月份前成为独立标准，同时我们需要尽快决定使用哪个频段。”
华为也希望相关标准能尽快得到确认，这样行业才能启动大规模的物联网部署。胡厚昆指出：“华为在技术方面已经准备就绪，希望能尽快抓住窄带物联网的机遇。”
窄带物联网具有四大优势：电池寿命长（超过十年）、成本低（每个模块不足5美元）、容量大（单个小区能支持10万连接）、覆盖广（能覆盖到地下）。
Ibbetson认为：“如果产业链不能将单模块成本降到两三美元以下，实现大规模应用，NB-IoT市场就做不起来。我们需要从全局角度出发，以极低的成本将物联网模块嵌入设备中。”
胡厚昆也认为，要想刺激NB-IoT大规模发展，通信模块成本必须低于5美元。如果成本降到1美元以内，则会带来爆发式增长。
即将步入爆发期
随着网络连接、云服务、大数据分析和低成本传感器等所有核心技术的就绪，物联网已经从萌芽期步入迅速发展的阶段，大多数分析师对此都表示认可。
埃森哲亚太区高科技和电子产业主管David Sovie指出，每个CIO都应尽快制定物联网发展策略，否则将会在竞争中落败。IBM研究院物联网全球战略计划主管Wei Sun表示，IBM各行各业的大客户都在探索物联网产品和服务。
越来越多的行业已经在使用物联网技术提高效率，提升客户满意度并降低运营成本。例如，汽车零部件、家用电器及安全系统制造商博世已经将很多产品线连接起来，并从移动互联技术，尤其是车联网领域的崛起中直接获益。
在医疗领域，飞利浦已经开发了多款电子医疗应用，包括一款供慢性病患者使用的贴片。该贴片使用传感器实时收集患者健康数据，并传输到云平台，医护人员可以对数据进行监控，并适时采取医疗干预措施。
飞利浦数字加速项目主管Alberto Prado指出，设备和系统的互 *** 作性是数字医疗行业崛起的关键。随着协作护理模式日益盛行，未来的医疗必然将整合所有资源，并以主动预防为主。
为了迎接物联网领域的巨大机遇，整个产业不仅需要推动技术创新，还需要推动商业模式创新和跨行业协作。由于用例、应用和商业模式纷繁多样，物联网市场将比移动市场更加碎片化。
胡厚昆表示：“这将有赖于产业链上不同的利益相关者精诚合作。在物联网时代，运营商需要将关注的重点由管理技术扩展至管理整个生态系统。整个行业正处在紧要关头，运营商需要立即行动起来，抓住这一新的蓝海机遇。”[4]
NB-IoT亟需开放的平台
“NB-IoT产业生态系统正在快速成长，它更需要运营商与IoT相关产业参与者精诚合作，携手共进。”谈及NB-IoT落地的挑战，余泉介绍。
就在MWC2016举办前一天，GSMA联合企业各方举办全球首届NB-IoT峰会，并在会上成立NB-IoT forum。该联盟成员包括全球主流运营商、网络设备厂家以及主要芯片模组厂家等诸多产业链企业。
余泉强调，有超过20家垂直行业企业参加了此次峰会，这是非常可喜的开端。“当然垂直行业供应商可能不是几十家，而是几千家，业界还有很多的工作要做。”余泉以智能抄表行业为例表示，目前家庭拥有水表、电表、煤气表以及暖气表等很多表，这些背后的企业很多。
如此多的参与方，会出现大量协同方面的问题，业界需要一个开放的平台加速产业的前进步伐。而且，新标准制定需要开放平台去推动。
对此，诸多运营商联合包括华为在内的电信设备商一起搭建了Open Lab。据悉，借助Open Lab，垂直行业厂家就能很轻松地在实际现网上验证自身的物联网应用、网络以及商业模式。

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