NB-IoT在智能家居中應(yīng)用及市場(chǎng)前景

NB-IoT 技術(shù)一直以來(lái)都備受關(guān)注？這個(gè)技術(shù)究竟能用來(lái)干什么？小編特意為大家整理了一份 NB-IoT 技術(shù)實(shí)用寶典，幫助大家一起揭開(kāi) NB-IoT 的神秘面紗。

NB-IoT 是什么？

為了應(yīng)對(duì)日漸強(qiáng)烈的物聯(lián)網(wǎng)需求，于是國(guó)際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 3GPP 決定制訂一個(gè)新的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)(CIOT：Cellular Internet of Thing)的標(biāo)準(zhǔn)。

這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)要實(shí)現(xiàn)四個(gè)目標(biāo)：

• 超強(qiáng)覆蓋，相對(duì)于原來(lái) GPRS 系統(tǒng)，增加 20dB 的信號(hào)增益；

• 超低功耗，終端節(jié)點(diǎn)要能達(dá)到 10 年的電池壽命；

• 超低成本，終端芯片的目標(biāo)定價(jià)為 1 美元，模塊定價(jià)為 2 美元；

• 超大連接，200kHz 小區(qū)容量可達(dá) 100k 用戶設(shè)備。

針對(duì)這些目標(biāo)，很多通信公司及運(yùn)營(yíng)商都提出了自己設(shè)計(jì)的空中接口的建議方案，希望被3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織采納為正式標(biāo)準(zhǔn)。在 2015 年 9 月的 RAN #69 會(huì)議上，經(jīng)過(guò)一番激烈 PK，最終確定了蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的空中接口方案為 NB-IoT。

這個(gè) NB-IoT 空口標(biāo)準(zhǔn)是由華為、高通、沃達(dá)豐主導(dǎo)的 NB-CloT 建議以及愛(ài)立信、諾基亞主導(dǎo)的 NB-LTE 建議融合而成，其中 NB-CIoT 的成分要更多一些，換句話說(shuō)就是華為和高通在 NB-IoT 領(lǐng)域所擁有的核心專(zhuān)利數(shù)量更多。

NB-IoT 是一個(gè)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要是在終端與基站 eNB 之間的約定，包括物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的一些設(shè)計(jì)規(guī)定。

考慮到與 LTE 的兼容性，NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)與 LTE 的空口標(biāo)準(zhǔn)有很多相同或相似之處。比如 NB-IoT 沿用 LTE 定義的頻段號(hào)，Release 13 為 NB-IoT 指定了 14 個(gè)頻段。

NB-IoT 的多址技術(shù)，上行采用 SC-FDMA，下行采用 OFDMA;下行發(fā)射功率為 43dBm, 上行為 23dBm。調(diào)制方式以 QPSK 和 BPSK 為主。

Release 13 NB-IoT 僅支持 FDD 半雙工 type-B 模式，F(xiàn)DD 意味著上行和下行在頻率上分開(kāi)，半雙工意味著 UE 不會(huì)同時(shí)處理接收和發(fā)送。

CIoT 接入網(wǎng)架構(gòu)圖

CIoT 的接入網(wǎng)構(gòu)架與LTE一樣，沒(méi)有改變。eNB 同樣是通過(guò) S1 接口連接到 MME(Mobility Management Entity)和 S-GW(Serving GateWay)。如果要說(shuō) CIoT 接入網(wǎng)與 LTE 有何不同，那就是 S1 接口上傳送的是 NB-IoT 消息和數(shù)據(jù)。

NB-IoT 到底

能干啥？

NB-IoT到底能干些啥？

專(zhuān)業(yè)的解釋說(shuō)完了，小伙伴們是否明白了呢？我們?cè)賮?lái)看看 NB-IoT 在實(shí)際生活中的應(yīng)用例子，以后真的就是這個(gè) NB 東西的天下啦。

畜牧業(yè)主要分為圈養(yǎng)和放養(yǎng)，中國(guó)的北部和西部邊疆為主要放牧區(qū)。放養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)在于牲畜肉質(zhì)品質(zhì)高、降低飼料成本等，但是隨之而來(lái)的是在牲畜管理上的諸多不便。

人工放牧是最原始和最直接的辦法，但是會(huì)有一些弊端：

• 人工放養(yǎng)需要專(zhuān)人放養(yǎng)，浪費(fèi)人力

• 人工放養(yǎng)有安全隱患，有被野生動(dòng)物襲擊的危險(xiǎn)

• 人工放養(yǎng)不善于系統(tǒng)性管理

利用 GPS+GPRS 畜牧定位系統(tǒng)可以解決這種問(wèn)題。但是，牛、羊群個(gè)體規(guī)模龐大，GPRS 通訊基站容量會(huì)有不足的情況，電池續(xù)航也會(huì)存在問(wèn)題。再者，農(nóng)場(chǎng)都比較偏遠(yuǎn)，信號(hào)覆蓋強(qiáng)度也會(huì)有問(wèn)題…

NB-IoT 技術(shù)的誕生，完美解決一系列困擾：

• NB-IoT 能容納通訊基站用戶容量是 GPRS 的 10 倍。

• NB-IoT 擁有超低功耗，正常通信和待機(jī)電流是 mA 和 uA 級(jí)別，模塊待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)十年，從出生到宰割都無(wú)需更換電池，減少工人工作量。

• NB-IoT 擁有更強(qiáng)、更廣的信號(hào)覆蓋，真正實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)數(shù)據(jù)正常傳輸。

NB-IoT 技術(shù)真正突破了 GPRS 技術(shù)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了畜牧養(yǎng)殖者之所想，在龐大的畜牧業(yè)有巨大的市場(chǎng)。

水氣表和我們的生活息息相關(guān)，每家每戶都會(huì)使用。最原始的方法是，人工上門(mén)抄表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 隨著社會(huì)的發(fā)展，人工抄表衍生出各種弊端：

• 效率低

• 人工成本高

• 記錄數(shù)據(jù)易出錯(cuò)

• 業(yè)主對(duì)陌生人有戒備心理會(huì)無(wú)法進(jìn)門(mén)

• 維護(hù)管理困難等

GPRS 遠(yuǎn)程抄表從而應(yīng)運(yùn)而生。它解決了人工抄表一系列問(wèn)題，比人工抄表技術(shù)先進(jìn)，效率更高，更安全。 但是， GPRS 遠(yuǎn)程抄表也有缺點(diǎn)導(dǎo)致無(wú)法大面積推廣：

• 通訊基站用戶容量小

• 功耗高

• 信號(hào)差

而 NB-IoT 技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表則解決了這一問(wèn)題：

• NB-IoT 遠(yuǎn)程抄表在繼承了 GPRS 遠(yuǎn)程抄表功能的同時(shí)還擁有海量容量，相同基站通訊用戶容量是 GPRS 遠(yuǎn)程抄表的 10 倍。

• 更低功耗，在相同的使用環(huán)境條件下 NB-IoT 終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)十年以上。

• 新技術(shù)信號(hào)覆蓋更強(qiáng)（可覆蓋到室內(nèi)與地下室）。

• 更低的模塊成本。

綜上所述，NB-IoT 在遠(yuǎn)程抄表方面的有很大的應(yīng)用空間。

我們的城市正在快速的建設(shè)中，市政公共基礎(chǔ)設(shè)置的地下工程增多，井蓋的增加是不可避免的。井蓋的作用巨大，如無(wú)法及時(shí)獲取井蓋狀態(tài)信息，將有可能對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的損失。目前大部分城市都是人工巡檢來(lái)管理。但是井蓋數(shù)量龐大，人工巡檢效率有限，往往無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確的獲取井蓋狀態(tài)信息，從而導(dǎo)致各類(lèi)安全隱患。

井蓋被盜或者破壞，不僅會(huì)直接造成公共財(cái)產(chǎn)的損失，而且還可能會(huì)對(duì)附近的行人和車(chē)輛造成不可挽回的人身傷害和經(jīng)濟(jì)損失。如何排除這些安全隱患成為當(dāng)務(wù)之急。

使用 NB-IoT 對(duì)井蓋進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)管理，可以及時(shí)掌握井蓋的狀態(tài)信息，并在井蓋移動(dòng)或者被破壞時(shí)利用 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)出警報(bào)通知管理人員，從而最大程度避的免傷害與損失。

使用 NB-IoT 技術(shù)進(jìn)行井蓋監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)：

• 不再需要人工巡查，數(shù)據(jù)全部自動(dòng)傳輸?shù)狡脚_(tái)上，節(jié)省了大量人力資源。

• NB-IoT 能容納通訊基站用戶容量是 GPRS 的 10 倍，可滿足井蓋數(shù)量龐大的需求。

• NB-IoT 擁有超低功耗，正常通信和待機(jī)電流是 mA 和 uA 級(jí)別，模塊待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)十年，極大程度的簡(jiǎn)化了井蓋監(jiān)測(cè)在后期的維護(hù)。

• NB-IoT擁有更強(qiáng)、更廣的信號(hào)可覆蓋至室內(nèi)和地下室，真正在井蓋監(jiān)測(cè)中實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。

隨著近幾年智能家居行業(yè)的火爆，智能鎖在生活中出現(xiàn)的頻率也越來(lái)越高。目前智能鎖使用非機(jī)械鑰匙作為用戶識(shí)別 ID 的技術(shù)。主流技術(shù)有：感應(yīng)卡，指紋識(shí)別，密碼識(shí)別，面部識(shí)別等，極大的提高了門(mén)禁的安全性。但是以上安全性的前提是通電狀態(tài)下，如果處于斷電狀態(tài)下智能鎖則形同虛設(shè)。

為了提升安全性，需要智能鎖擁有內(nèi)置電池，采集各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，采集到異常數(shù)據(jù)自動(dòng)向用戶發(fā)出警報(bào)。由于在智能鎖安裝后不易拆卸，所以要求智能鎖電池使用壽命長(zhǎng)。門(mén)的位置處于封閉的樓道中，則需要更強(qiáng)的信號(hào)覆蓋以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。智能家居終端數(shù)量多，必須保證足夠的連接數(shù)量。最重要的是在加入以上功能后，還能保證設(shè)備成本控制在可接受范圍下。

NB-IoT 再次顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)：

• NB-IoT 擁有低功耗的特點(diǎn)，僅使用兩節(jié) AA 電池可待機(jī)十年，大大減少后期維護(hù)成本。

• 超強(qiáng)信號(hào)覆蓋，可覆蓋室內(nèi)和地下室，保證了信號(hào)穩(wěn)定性。

• 海量的連接，滿足智能家居多個(gè)終端同時(shí)連接。

每當(dāng)夜幕降臨，城市中各種各樣、色彩繽紛的路燈亮起，為城市披上了一層絢麗的外衣。

但在這絢麗的外表下則隱藏著巨大缺點(diǎn)：

• 能源浪費(fèi)：由于城市的夜晚進(jìn)入后半夜后，人們已經(jīng)開(kāi)始休息，街上人流量開(kāi)始減少，有些地段在特殊時(shí)段根本不需要過(guò)多的路燈照明，導(dǎo)致能源浪費(fèi)，增加了不必要的成本；

• 維護(hù)困難：由于使用人工巡檢，需要大量人力，而路燈數(shù)量龐大，路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)不能及時(shí)獲取，導(dǎo)致路燈故障維護(hù)、排查效率極低。

監(jiān)控中心是整個(gè)路燈監(jiān)控系統(tǒng)操作、維護(hù)、處理、統(tǒng)計(jì)、分析和監(jiān)管的中心。它集中數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)鎖定、快速查找等操作。它還可以自定義控制策略，分時(shí)間段控制道路兩側(cè)路燈全亮、全關(guān)、隔桿亮燈。NB-IoT 可以發(fā)揮的作用如下：

• 采用 NB-IoT 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程分布式遠(yuǎn)程控制。

• 路燈故障檢測(cè)功能，通過(guò) NB-IoT 主動(dòng)上報(bào)故障路燈位置。

• NB-IoT 的通信容量大，不會(huì)擔(dān)心路燈過(guò)多過(guò)于密集導(dǎo)致個(gè)體無(wú)法通訊的情況。

新聞報(bào)道里時(shí)常有火災(zāi)發(fā)生，每一次火災(zāi)都伴隨著家破人亡，每一次的場(chǎng)面都觸目驚心。

提高消防意識(shí)，并合理使用消防設(shè)備，才能最小程度減少損失和傷害。

煙霧傳感器是消防系統(tǒng)的哨兵，可實(shí)時(shí)檢測(cè)煙霧，傳感器檢測(cè)到煙霧濃度超標(biāo)，會(huì)發(fā)送信息到后臺(tái)服務(wù)器，并啟動(dòng)警鈴，廣播喇叭等相關(guān)設(shè)備，服務(wù)器會(huì)自動(dòng)推送信息到相關(guān)人員及部門(mén)，實(shí)現(xiàn)消防安全智能化。

在實(shí)際應(yīng)用中按照消防要求，煙感器的安裝分布密集，不方便走線并且成本大。使用 NB-IoT 可以完全地滿足要求：

• 使用 NB-IoT 無(wú)線煙感器可避免走線困難的問(wèn)題,大大節(jié)約了安裝成本。

• NB-IoT 擁有海量的連接數(shù)，同時(shí)接入的煙感器可高達(dá)到十萬(wàn)個(gè)以上，可滿足海量的煙感器同時(shí)接入。

• NB-IoT 擁有超低功耗，在待機(jī)狀態(tài)下可工作十年，極大程度的降低了安裝后的維護(hù)成本。

• NB-IoT 擁有超強(qiáng)信號(hào)覆蓋，可覆蓋至室內(nèi)和地下室。

隨著信息化和各種智能終端設(shè)備的深入發(fā)展，人員及資產(chǎn)定位的需求將持續(xù)升溫。位置服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用也呈現(xiàn)出碎片化的特點(diǎn)，如：智慧園區(qū)的資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)，醫(yī)療廢棄物跟蹤處理，寵物的定位......

如今市面上跟蹤器在廣域通信技術(shù)絕大部分基于 GSM，功耗是個(gè)大問(wèn)題。GSM 的大芯片面積，高成本，相當(dāng)?shù)偷母采w等特點(diǎn)，恰巧和定位跟蹤器需求相悖。GSM 的技術(shù)落后，造成定位跟蹤器的產(chǎn)品體驗(yàn)較差，而且部分國(guó)家 GSM 已經(jīng)退網(wǎng)或正在面臨退網(wǎng)，從而造成這類(lèi)產(chǎn)品和技術(shù)延續(xù)的短缺。NB-IoT 技術(shù)的低功耗和深度覆蓋屬性，正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)通信技術(shù)的諸多不足。

以上我們只是列舉了 NB-IoT 應(yīng)用的其中一部分。其實(shí)它還有很多應(yīng)用場(chǎng)景，比如：NB-IoT 共享單車(chē)智能鎖、NB-IoT 兒童防丟失手表（紐扣）等等，限于篇幅，我們就不一一介紹了。

總而言之，NB-IoT 技術(shù)作為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的代表性技術(shù)，憑借其低功耗，廣覆蓋，低成本，小尺寸等特點(diǎn)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值，值得大家予以重視和關(guān)注！