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聯眾物聯M5310 NB-loT評估板

NB-IOT的概述

基于蜂窩的窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成為萬物互聯網絡的一個重要分支。NB-IoT構建于蜂窩網絡,只消耗大約180KHz的帶寬,可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡,以降低部署成本、實現平滑升級。[1] 

NB-IoT是IoT領域一個新興的技術,支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接,也被叫作低功耗廣域網(LPWA)。NB-IoT支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接。據說NB-IoT設備電池壽命可以提高至至少10年,同時還能提供非常全面的室內蜂窩數據連接覆蓋。


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NB-IOT的前景與優勢


編輯

移動通信正在從人和人的連接,向人與物以及物與物的連接邁進,萬物互聯是必然趨勢。然而當前的4G網絡在物與物連接上能力不足。事實上,相比藍牙、ZigBee等短距離通信技術,移動蜂窩網絡具備廣覆蓋、可移動以及大連接數等特性,能夠帶來更加豐富的應用場景,理應成為物聯網的主要連接技術。作為LTE的演進型技術,4.5G除了具有高達1Gbps的峰值速率,還意味著基于蜂窩物聯網的更多連接數,支持海量M2M連接以及更低時延,將助推高清視頻、VoLTE以及物聯網等應用快速普及。蜂窩物聯網正在開啟一個前所未有的廣闊市場。

對于電信運營商而言,車聯網、智慧醫療、智能家居等物聯網應用將產生海量連接,遠遠超過人與人之間的通信需求。

NB-IoT具備四大特點:一是廣覆蓋,將提供改進的室內覆蓋,在同樣的頻段下,NB-IoT比現有的網絡增益20dB,覆蓋面積擴大100倍;二是具備支撐海量連接的能力,NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接,支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構;三是更低功耗,NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年;四是更低的模塊成本,企業預期的單個接連模塊不超過5美元。[1] 

NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯網(IOT)市場,是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優等特點。NB-IOT使用License頻段,可采取帶內、保護帶或獨立載波三種部署方式,與現有網絡共存。[4] 

因為NB-IoT自身具備的低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優勢,使其可以廣泛應用于多種垂直行業,如遠程抄表、資產跟蹤、智能停車、智慧農業等。3GPP標準的首個版本預計在今年6月發布,到時候將有一批測試網絡和小規模商用網絡出現。

目前包括我國運營商在內諸多運營商在開展NB-IoT和研究。就NB-IoT的發展現狀,余泉詳細闡述了三個精彩觀點:一是NB-IoT是蜂窩產業應對萬物互聯的一個重要機會。二是NB-IoT要成功必須要建立開放產業平臺。三是2016年是NB-IoT產業非常關鍵的一年,標準、芯片、網絡以及商用應用場景都會走向成熟。


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NB-IoT

2014年,華為先提出了窄帶技術NB M2M,先后與高通、愛立信等公司的方案融合,演進成了NB-IoT。2016 年 6 月, NB-IoT 核心協議標準在 3GPP 獲得通過。

Sigfox 和 LoRa 屬于私有技術,應用時需要單獨組建網絡,而且使用的頻譜沒有授權,在安全性上也可能存在缺陷。NB-IoT是3GPP推出的標準技術,經過多次討論、已成為了目前被全球廣泛接受的全新窄帶物聯網技術標準,可謂是技術演進和市場競爭的綜合產物。

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從接入網絡上看,由于 NB-IoT 是在 LTE 基礎上發展起來的, 其主要采用了 LTE 的相關技術,并針對自身特點做了相應的修改。 當 NB-IoT 與 LTE 并存部署時,下行鏈路上 NB-IoT 和 LTE 可以 做到互不影響。

從技術特點上看,NB-IoT 的部署方式較為快捷、靈活,支持 3 種部署場景。此外, NB-IoT 也可以部署在 2G/3G 網絡。NB-IoT 單扇區支持 5 萬個連接,比現有網絡連接數高 50 倍,目前全球有約 500 萬個物理站點,假設全球有約 500 萬個物理站點,所有站點全部部署 NB-IoT,每站點三扇區共計可接入終端數將達 4500 億個。

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從功耗和性能上看,

  1. 基站覆蓋范圍廣,終端以低于 2G 的功率即可接入網絡;

  2. 維持網絡接入的開銷減少;

  3. 終端工作在低功耗模式下,如采用節能模式可使得 99%的時間里功耗只需 15 微瓦;

  4. 芯片采用低功耗。對于戶外應用的位置跟蹤(老人、動物、非機動車)的應用,電池可以使 用 2-5 年。對于資產定位,如農林、環境、能耗數據采集與監測,電 池可以使用 5-10 年。和 2G 相比, NB-IoT 能實現多達 20dB 以上的增益,使得 NB-IoT 網絡能夠覆蓋更廣、更深,并有能力覆蓋到地下停車場、地下管網。

從成本和市場推廣上看, 因為 NB-IoT 可直接部署于 2G/3G/4G 網絡,現有無線網絡基站的射頻與天線可以復用。對于小流量、時延不敏感的應用場景,NB-IoT 單個扇區可以支持 5-10 萬個終端的接入,較現有 2G/3G/4G 蜂高出 50-100 倍以上。因此, 運營商只需要很低的建設成本,就可以快速形成 NB-IoT 的承載能力。 目前 NB-IoT 芯片的成本在 5 美元左右,未來有望降低成本至 1 美元左右。

目前,NB-IoT已被沃達豐、中國移動、中國電信、中國聯通等大運營商采納,并被華為、愛立信、高通、英特爾等產業鏈上游廠商追捧。 NB-IoT 陣營得到全球主流電信運營商、設備商和芯片廠商的支持。

全球運營商及主設備商在積極布局NB-IOT

在國外,沃達豐已于 2016 年 9 月 9 日宣布在在西班牙馬德里成功完成首個基于現有網絡的標準化 NB-IoT 商用網絡試驗,并計劃在 2017 年正式商用部署。在國內,中國電信計劃在 2017 年上半年部署基于 800MHz 的 NB-IoT 網絡,并實現全網覆蓋;

中國聯通于 2015 年 7 月在上海建成并開放全球第一個 4.5G NB-IoT 新技術示范點, 2016 年全年已在在國內 7 個城市啟動基于 900MHz、1800MHz 的 NB-IoT 外場規模組網試驗, 2017 年開始推進國內重點城市的 NB-IoT 商業部署。


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