国内主流的窄宽带物联网技术有哪些?

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通信世界消息(CWW)物联网是“中国制造2025”的核心组成部分,而NB-IoT是目前物联网众多标准技术当中最热门、最被看好的一项技术。窄带物联网(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。

全球范围内的运营商都在寻找新的应用模式,物联网的迅猛发展给通信产业带来新的生机。与传统的蜂窝通信不同,物联网要求有海量的连接数、低的终端成本、低的终端功耗和超强的覆盖能力。物联网通信能否成功发展的一个关键因素是标准化。这些年来,不同行业和标准组织都制定了一系列物联网通信方面的标准,大的就有LTE

R12和R13的低成本终端Category0及eMTC,小的更是难以计数。但从至今的部署情况来看,无论从终端成本、终端能耗和穿透覆盖等方面,这些技术标准都难以与免授权频谱的LoRA,
Sigfox等技术相竞争。

NB-IoT的出现一下子带来了希望。NB-IoT从2015年9月在3GPP

RAN立项以后,得到全球大多数的运营商、系统设备商、终端厂商的关注和响应。R13的NB-IoT协议于2016年6月冻结,这标志着一个具有巨大商业前景的、世界范围统一的物联网通信标准已经产生,为今后物联网的发展提供了广大的先机。

三位作者针对中国的NB-IoT、乃至物联网的产业链发展会起到积极的作用创作的《窄带物联网:标准与关键技术》对LTE
R13
NB-IoT的整体协议做了比较详尽和全面系统的描述,涉及网络架构、物理层的各类信道、空口控制面、空口用户面、关键过程、射频指标和后续演进。不仅讲述协议中涉及的关键技术,而且对重要的、但未被采纳的候选技术也进行了对比,呈现部分标准化的过程。书中还配有大量的性能分析。

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。

物联网的应用如下:

1、智慧物流

智慧物流是指在大数据、物联网、人工智能等信息技术支持下,实现运输、仓储、配送等物流各环节的系统感知、综合分析和处理。

目前物联网领域的应用主要体现在仓储、运输监控、快递终端三个方面。通过物联网技术实现对货物和运输车辆的监控,包括货物车辆的位置和状态、温湿度、油耗和货物的速度。物联网技术的使用,可以提高整个物流行业和运输效率的智能化水平。

2、智慧交通

智能交通是物联网的重要体现,它利用信息技术改善交通环境,将人、车、路紧密结合,保障交通安全,提高资源利用率。物联网技术的具体应用领域包括智能公交、自行车共享、车联网、充电桩监控、智能交通灯和智能停车。其中,车联网是近年来互联网公司和各大厂商争相进入的领域。

3、智能安全

这是一个很大的安全物联网应用市场,因为安全永远是人们的基本需求。传统安防非常耗费人力,严重依赖人员,而智能安防可以通过设备实现智能判断。目前智能安防的核心部分在于智能安防系统,将采集到的图像进行分析处理,并进行传输存储。

4、智慧能源与环境保护

智慧能源环保是智慧城市的一部分,其物联网应用主要集中在电、气、水、路灯等能源和公共设施,以及垃圾桶、井盖等环保设备。

比如智能井盖监测水位及其状态,智能垃圾桶自动感应,智能水电表实现远程抄表。将物联网技术,应用于传统电、水、光能设备的联网,通过监控,降低能耗,提高利用效率。

5、智能医疗

在智能医疗领域,必须以人为中心。物联网技术是数据采集的主要方式,可以有效帮助医院实现人和物的智能管理。对人的智能管理是指通过医疗可穿戴设备,传感器对人的生理状态(如心跳频率)进行监测,并将采集到的数据记录到电子健康档案中。

6、智能仓库

物联网一个很好的应用。它能准确地提供仓库管理各个环节数据的真实性,对于生产企业,可以根据这个数据合理的把控库存量,调整生产量。物联网中利用SNHGES系统的库位管理功能,可以准确提供货物库存位置,这就大大提高了仓库管理的效率。
7、智能家庭

物联网的出现让我们的日常生活更加的便捷。不远的将来一台手机,就可以 *** 作家里大多数的电器,查看它们的运行状态。寒冷的冬天,我们可以提前打开家里的空调,回到家就暖暖的。物联网还能准确的定位家庭成员的位置,你再也不用担心孩子跑得找不见人,省心省力。
8、智能农业

物联网在农业中的应用就更加的广泛。监测温湿度,监视土壤酸碱度,查看家禽的状态。在这些数据的支持下,农户就可以合理进行科学评估,安排施肥,灌溉。监测到的天气情况比如降水,风力等又为我们抗灾、减灾提供了依据。提高了产量,降低了减产风险。
9、智能电力

电力工程是一项重大的民生工程,对电网的安全检测是一项必修科目。以南方电网与中国移动通过M2M技术进行的合作为例,因为物联网的运用,使得自动化计量系统开始启动,使得故障评价处理时间得到一倍的缩减。

5G技术带来的绝不仅仅是更快的网速,而是将万物智能互联成为可能其实,而NB-IoT是5G商用的前奏和基础,因此,NB-IoT的演进更加重要,例如支持组播、连续移动性、新的功率等级等等,只要NB-IOT等基础建设完整,5G才有可能真正实现。

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网),属于5G技术的窄带部分,基于蜂窝网络构建,消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,因其低功耗、连接稳定、成本低、架构优化出色等特点备受关注。

Cat-NB1精简的更为彻底,基本上把LTE的能力压缩到极致了,追求最低的成本,最长的续航时间,没有移动性、没有语音通讯能力、数据速率非常低,适合对成本很敏感但是终端数量级大,同时单个能力要求比较弱的应用,比如各种表计类(水表、电表、气表等),定期上传数据。

3典型场景网络覆盖不足 ,例如深井、地下车库等覆盖盲点,4G室外基站无法实现全覆盖。而在广覆盖方面,eMTC比LTE增强15dB(可多穿一堵墙),比GPRS增强了11dB,信号可覆盖至地下2-3层。

1、智慧物流。智慧物流指的是以物联网、大数据、人工智能等信息技术为支撑,在物流的运输、仓储、运输、配送等各个环节实现系统感知、全面分析及处理等功能。当前,应用于物联网领域主要体现在三个方面,仓储、运输监测以及快递终端等,通过物联网技术实现对货物的监测以及运输车辆的监测,包括货物车辆位置、状态以及货物温湿度,油耗及车速等,物联网技术的使用能提高运输效率,提升整个物流行业的智能化水平。

2、智能交通。智能交通是物联网的一种重要体现形式,利用信息技术将人、车和路紧密的结合起来,改善交通运输环境、保障交通安全以及提高资源利用率。运用物联网技术具体的应用领域,包括智能公交车、共享单车、车联网、充电桩监测、智能红绿灯以及智慧停车等领域。其中,车联网是近些年来各大厂商及互联网企业争相进入的领域。

3、智能安防。安防是物联网的一大应用市场,因为安全永远都是人们的一个基本需求。传统安防对人员的依赖性比较大,非常耗费人力,而智能安防能够通过设备实现智能判断。目前,智能安防最核心的部分在于智能安防系统,该系统是对拍摄的图像进行传输与存储,并对其分析与处理。一个完整的智能安防系统主要包括三大部分,门禁、报警和监控,行业中主要以视频监控为主。

4、智慧能源环保。智慧能源环保属于智慧城市的一个部分,其物联网应用主要集中在水能,电能,燃气、路灯等能源以及井盖、垃圾桶等环保装置。如智慧井盖监测水位以及其状态、智能水电表实现远程抄表、智能垃圾桶自动感应等。将物联网技术应用于传统的水、电、光能设备进行联网,通过监测,提升利用效率,减少能源损耗。

5、智能医疗。在智能医疗领域,新技术的应用必须以人为中心。而物联网技术是数据获取的主要途径,能有效地帮助医院实现对人的智能化管理和对物的智能化管理。对人的智能化管理指的是通过传感器对人的生理状态(如心跳频率、体力消耗、血压高低等)进行监测,主要指的是医疗可穿戴设备,将获取的数据记录到电子健康文件中,方便个人或医生查阅。除此之外,通过RFID技术还能对医疗设备、物品进行监控与管理,实现医疗设备、用品可视化,主要表现为数字化医院。

6、智慧建筑。建筑是城市的基石,技术的进步促进了建筑的智能化发展,以物联网等新技术为主的智慧建筑越来越受到人们的关注。当前的智慧建筑主要体现在节能方面,将设备进行感知、传输并实现远程监控,不仅能够节约能源同时也能减少楼宇人员的运维。亿欧智库根据调查,了解到目前智慧建筑主要体现在用电照明、消防监测、智慧电梯、楼宇监测以及运用于古建筑领域的白蚁监测。

7、智能制造。智能制造细分概念范围很广,涉及很多行业。制造领域的市场体量巨大,是物联网的一个重要应用领域,主要体现在数字化以及智能化的工厂改造上,包括工厂机械设备监控和工厂的环境监控。通过在设备上加装相应的传感器,使设备厂商可以远程随时随地对设备进行监控、升级和维护等 *** 作,更好的了解产品的使用状况,完成产品全生命周期的信息收集,指导产品设计和售后服务;而厂房的环境主要是采集温湿度、烟感等信息。

8、智能家居。智能家居指的是使用不同的方法和设备,来提高人们的生活能力,使家庭变得更舒适、安全和高效。物联网应用于智能家居领域,能够对家居类产品的位置、状态、变化进行监测,分析其变化特征,同时根据人的需要,在一定的程度上进行反馈。智能家居行业发展主要分为三个阶段,单品连接、物物联动和平台集成。其发展的方向是首先是连接智能家居单品,随后走向不同单品之间的联动,最后向智能家居系统平台发展。当前,各个智能家居类企业正在从单品向物物联动的过渡阶段。

物联网技术主要应用在哪些领域呢?
1、智能交通领域:改进道路环境、确保道路交通安全,运用技术让人和车、道路密不可分。常见的应用行业有智能公交车、共享自行车、智能信号灯和智慧停车场系统等。
2、智慧物流领域:运用物联网、人工智能、大数据等技术在物流运送、派送等环节,完成系统软件的认知、分析和解决。主要应用在运送检测、快递终端设备等方面。
3、智能安防领域:传统的安防对工作人员需求量大,人员成本高,而智能安防系统可以通过机器来完成智能化的分辨工作。常应用在门禁系统和视频监控系统。
4、智慧医疗领域:技术的应用可以根据感应器对患者进行智能化的管理,关键是指医疗智能穿戴设备可以检测记录患者的心率、血压等,方便本人或者医生查看。
5、智能电网和环境保护领域:将物联网技术运用到水、电、太阳能、垃圾箱等设备中,提高资源利用率,降低资源损耗。比如智能水表抄表、智能感应垃圾桶、智能检测水位线等。
6、智慧建筑领域:智慧建筑可以节约资源,降低工作人员的运维管理,现有的智慧建筑主要应用在消防安全检测、智慧电梯轿厢等。
7、智能家居领域:物联网应用在智能家居上,让家越来越舒适、安全、高效,比如扫地机器人,让人们解放了打扫卫生的双手。
8、智能零售领域:智能零售将传统的自动售卖机和便利店进行了智能化的升级和改造,形成了无人零售的方式。
9、智慧农业领域:现代农业通过和物联网技术的紧密结合,可以实现数据的可视化分析、远程 *** 作和灾害预警,在种植业体现为通过监控、卫星等收集数据,畜牧业体现为动物耳标、监控、智能穿戴设备等收集数据,对收集到的数据进行分析,从而做到精确的管理。
10、智能制造领域:制造行业是物联网技术运用的主要领域,主要应用于智能化的加工生产设备监管和厂区的环境监测,设备上可以安装传感器对机器进行远程控制,环境上可以监测湿度、温度和烟感。


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