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浅析NB—IOT物联网技术及应用

作者:未知

  摘要:本文综述了物联网的基本概念、基本特征、体系模型和国内外发展状况,并预见了未来物联网技术的广泛应用以及将为人们生活带来的变革。
  关键词:物联网;NB-IOT;应用
  一、物联网的概念及分类
  物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。顾名思义,“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,物联网的用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。其目的就是实现物与物、人与物,所有物品与网络的连接。因此“人联系人”的通信网、“人物互连”、“物物互连”网络都可以归纳到物联网的范畴。
  二、NB-IOT物联网介绍及应用
  窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)业务是中国移动面向物联网领域,为具有“小数据量、低速率、低功耗”特点的应用所提供的低功耗、广覆盖的移动通信接入服务。NB-IoT基于极好的覆盖范围、极高的系统容量为时延、速率不敏感(不提供语音功能)类业务提供服务。
  1、业务特征
  NB-IoT具有低速率、低功耗、广覆盖、低成本、海量连接等特征,适用并可广泛应用于智能抄表、智能家居、可穿戴设备、智能建筑、物流追踪、市政、物联等应用领域。
  低速率:NB-IoT具有较低的傳输速率,单用户下行速率峰值为21.25kbps,上行速率峰值为56kbps(Multi-tone)/4.5-15.625kbps(Single-tone)。
  低功耗:NB-IoT引入了低功耗模式(Power Saving Mode,PSM)和扩展的非连续接收(Extended Discontinuous Reception,eDRX)省电技术,可实现终端设备的极低功耗。例如:NB-IoT抄表终端,假设每天发送一次200B报文,5Wh电池可使用10年。
  广覆盖:NB-IoT具有超强的覆盖能力,在同等条件下,相比2G和LTE网络增强20dB。例如NB-IoT能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等2G和4G网络难以到达的地方。
  低成本:NB-IoT对物理层、协议栈和硬件(射频天线、缓存Flash/RAM、PA等)进行了简化,与4G相比,大幅降低了芯片/模组成本,随着规模的增加,可实现与2G成本相当。
  海量连接:NB-IoT网络相比2G/3G/4G的上行容量提升50-100倍,单小区单载波每天可服务物联网用户数50000个。
  2、业务分类
  窄带物联网一般可按照服务内容和通信方式进行不同的服务分类。
  2.1按照不同的服务内容,NB-IOT物联网服务可分为基础通信服务和智能通道服务。
  基础通信服务:即窄带物联网可承载的短信、数据等基本的通信服务。智能通道服务:即可提供终端通信状态查询、账务信息查询、用户鉴权和低功耗模式设置等增强服务。
  2.2按照不同的通信方式,可分为短信业务和数据业务。
  (1)短信业务
  NB-IoT终端和应用平台间可通过短信方式通信,即:终端通过短信方式上传采集到的业务数据,应用平台通过短信方式下发业务数据。
  例如:安装在监控车辆上的终端通过内置标准短信模块定期上传终端状态信息,应用平台通过短信下发车辆调度指令。
  (2)数据业务
  NB-IoT终端与应用平台间可采用数据方式通信,即:终端通过数据方式上传终端状态、终端报警等信息,应用平台通过数据方式给终端下发参数配置、控制命令等信息。
  例如:NB-IoT终端向应用平台回传油井工作状态信息、设备基本参数等信息。
  3、业务架构
  (1)NB-IoT核心网:包括移动性管理设备(MME)、服务网关(S-GW)、PDN网关(P-GW)、用于存储用户签约信息的HSS/HLR、移动交换中心服务器(MSC sever)、短消息服务中心(SMS-SC)。其中,HSS/HLR、SMS-SC、P-GW为物联网专用网元,全网集中设置;MME、S-GW、MSC sever为各省本地网元。
  (2)运营支撑平台:包括物联网业务网关、物联网连接管理平台、OneNET平台,实现自助服务、通信管理、终端管理、业务统计、API能力开放等功能。其中,应用平台可以连接OneNET平台,也可以不经过OneNET平台直连P-GW。
  4、典型的业务应用-智能抄表
  对于现有抄表类业务,主要存在3个问题,一是海量人工抄表和更换电池导致的人力成本,这点在欧洲尤其明显,二是繁杂的收费模式,人工计算/银行刷卡流程复杂,三是抄表的刚性需求,表类根据地区很有可能部署在信号比较差的地方,当前GPRS无法解决全覆盖的问题,当前一般都采用有线多跳或无线多跳的方式,如在中国地区气表一般入户,覆盖可以100%,水表和电表会安装在竖井内,竖井内有金属管、钢筋等结构,对于信号的屏蔽作用很强,所以普通的GPRS覆盖根本无法满足要求。
  基于NB-IoT网络的智能抄表解决方案,在核心网协同无线的基础上可完美解决传统抄表存在的问题。
  (1)深度覆盖:NB-IoT可以为智能抄表系统提供经济高效的基础网络,解决在2/3/4G覆盖不足的问题。
  (2)超低功耗:为了表的电池生命周期,可以采用如上介绍的PSM、长周期TAU/RAU和快速释放连接以降低终端功耗;
  (3)超低成本:为了降低海量抄表的终端部署成本,核心网引入了一系列降低UE成本、提供网络效率的方案,如NAS协议简化、Data over NAS等。
  综上,NB-IoT的深度覆盖可以提供无处不在的覆盖,支持箱内、地下室等部署场景;NB-IoT的UE低功耗和基于运营商平台的简单架构使部署和运维更方便,并且可以提供运营商级别的高可靠性和高质量。
  三、结束语
  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。物联网应用的市场前景将非常广阔,涉及工、农、商、贸等各个领域,这将为社会、企业、家庭和人们生活方式带来全新的管理方式和变革。
  参考文献
  [1]刘爱军,物联网技术现状及应用前景展望[J].物联网技术,2012(1)
  [2]刘强,崔莉,陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学
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