NB-IoT 將塑造智慧城市的未來

作者：佚名 2022-12-26 15:53:10

總體而言，窄帶物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和支持越來越多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，這些設(shè)備正在廣泛的行業(yè)中部署，從農(nóng)業(yè)和制造業(yè)到智慧城市和醫(yī)療保健。

NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))是一種低功耗技術(shù)，專為物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用和其他低數(shù)據(jù)速率通信要求而設(shè)計(jì)。它使用窄帶無線電頻譜和先進(jìn)的電源管理技術(shù)來高效利用可用頻譜并延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命。NB-IoT 基于 LTE蜂窩無線技術(shù)，并已被第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP) 標(biāo)準(zhǔn)化為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的全球無線通信標(biāo)準(zhǔn)。

什么是窄帶物聯(lián)網(wǎng)?

NB-IoT 是一種低功耗廣域網(wǎng) ( LPWAN ) 技術(shù)，專為物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備和其他需要低數(shù)據(jù)速率和長(zhǎng)電池壽命的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它是一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用窄帶無線電頻譜為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供安全可靠的通信。

NB-IoT 在許可頻譜中運(yùn)行，并使用先進(jìn)的調(diào)制和多址技術(shù)來高效利用可用頻譜并支持大量連接設(shè)備。它還使用先進(jìn)的電源管理技術(shù)來延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命，這對(duì)于遠(yuǎn)程傳感器和其他不易維護(hù)或更換電池的設(shè)備等應(yīng)用至關(guān)重要。

除了低功耗和遠(yuǎn)程功能外，與其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，窄帶物聯(lián)網(wǎng)還提供更高的安全性和可靠性。它使用專用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和強(qiáng)大的信號(hào)機(jī)制來提供可靠的通信，即使在密集的城市地區(qū)或地下深處等具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中也是如此。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)安全嗎?

由于底層技術(shù)不如傳統(tǒng)蜂窩模塊復(fù)雜，因此 OEM 可以更輕松地設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和部署他們的產(chǎn)品。

LTE 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)同樣經(jīng)過驗(yàn)證的安全和隱私保護(hù)也可用，包括支持;

用戶身份保密，
實(shí)體認(rèn)證，
數(shù)據(jù)的完整性，
移動(dòng)設(shè)備識(shí)別。

NB-IoT 用例要求

NB-IoT 可滿足許多物聯(lián)網(wǎng)用例的需求，因?yàn)椋?/p>

效率： NB-IoT采用半雙工通信，即模塊和蜂窩基站都不能同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。這種半雙工通信的使用，以及較慢的 NB-IoT 數(shù)據(jù)速率、使用單個(gè)天線和較低的射頻 (RF) 帶寬，最大限度地降低了 NB-IoT 設(shè)備的復(fù)雜性，從而降低了成本。與標(biāo)準(zhǔn) LTE Cat-1 蜂窩模塊相比，這些簡(jiǎn)化使 NB-IoT 模塊的成本降低了 50%。
功耗：得益于省電模式 (PSM) 和 eDRX(擴(kuò)展不連續(xù)接收)等功能，以及 NB 容量物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化用于小數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰浚姵毓╇姷倪吘壞K，它可以傳輸數(shù)據(jù)功率比傳統(tǒng) LTE Cat-1 模塊低 75%。因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用制造商可以制造出電池壽命為十年或更長(zhǎng)時(shí)間的小工具。
容量更大：由于采用了窄帶傳輸、信令優(yōu)化、自適應(yīng)調(diào)制和混合自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求 (HARQ) 技術(shù)，每平方公里可以連接多達(dá) 100 萬個(gè) NB-IoT 設(shè)備。
更好的覆蓋范圍：窄帶物聯(lián)網(wǎng)利用大量信號(hào)重復(fù)。與競(jìng)爭(zhēng)性蜂窩技術(shù)相比，大信號(hào)重復(fù)增強(qiáng)了 NB 覆蓋物聯(lián)網(wǎng) 5-10 倍。但是，它會(huì)降低數(shù)據(jù)吞吐量并增加功耗。由于這種改進(jìn)的覆蓋范圍，NB-IoT 設(shè)備現(xiàn)在可以連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)，即使它們位于地下、建筑物內(nèi)或農(nóng)村地區(qū)。

NB-IoT 的成本是多少?

窄帶物聯(lián)網(wǎng)的成本可能因多種因素而異，包括具體實(shí)施、使用的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施類型以及部署規(guī)模。因此，很難為 NB-IoT 提供精確的成本估算。

實(shí)施 NB-IoT 的成本可能包括購買和安裝必要設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的成本，例如基站、天線和其他硬件。它還可以包括運(yùn)營和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的成本，以及購買或租賃必要頻譜的成本。

此外，NB-IoT 的成本還可能取決于部署類型，例如獨(dú)立的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)或與現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)集成的網(wǎng)絡(luò)。成本也可能因部署規(guī)模而異，更大的部署通常需要更多的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施。

總體而言，實(shí)施 NB-IoT 的成本將取決于一系列因素，并可能因具體實(shí)施和要求而異。

NB-IoT 是雙向的嗎?

是的，NB-IoT是一種雙向通信技術(shù)，即同時(shí)支持上行和下行通信。

在雙向通信中，數(shù)據(jù)可以從設(shè)備傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)(上行鏈路)，也可以從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆O(shè)備(下行鏈路)，從而實(shí)現(xiàn)雙向通信。這與單向通信相反，在單向通信中，數(shù)據(jù)只能在一個(gè)方向上傳輸(從設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)到設(shè)備)。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)使用先進(jìn)的多址技術(shù)，例如時(shí)分多址 (TDMA) 和頻分多址 (FDMA)，以實(shí)現(xiàn)可用頻譜的高效利用并支持雙向通信。這允許物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)并從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用，例如遠(yuǎn)程傳感器監(jiān)控、資產(chǎn)跟蹤和其他物聯(lián)網(wǎng)用例。

總體而言，NB-IoT 的雙向通信功能是其設(shè)計(jì)的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)

在實(shí)踐中，我們會(huì)經(jīng)常聽到 NB-IoT 和 LTE-M 之間的比較，盡管這是制造商、服務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的移動(dòng)行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所提倡的兩種選擇。

假設(shè)您從未聽說過 LPWAN 或其他人將其描述為新事物。在那種情況下，這并不是因?yàn)樗鼘儆跓o線物聯(lián)網(wǎng)通信的全新類別，而是因?yàn)榉涓C LPWA 網(wǎng)絡(luò)在主要由正在提議的各種競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)和業(yè)務(wù)造成的長(zhǎng)時(shí)間延遲之后終于在許多地區(qū)部署移動(dòng)行業(yè)做出的決定。

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，另一個(gè)行業(yè)術(shù)語，簡(jiǎn)單地指那些通常傳輸小數(shù)據(jù)量的“數(shù)十億”設(shè)備，經(jīng)常間隔發(fā)送(因此沒有持續(xù)傳輸，但偶爾傳輸)，并且需要像 NB- 一樣的長(zhǎng)電池壽命IoT 和其他，有時(shí)也用于對(duì) LPWAN 進(jìn)行分類。

在討論規(guī)范、用例、創(chuàng)新和其他主題之前，如果有興趣了解某些細(xì)節(jié)，先簡(jiǎn)單介紹一下標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化可能會(huì)有所幫助。移動(dòng)(蜂窩)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu) 3GPP使用編號(hào)的“版本”，其中在特定時(shí)間點(diǎn)設(shè)置了新標(biāo)準(zhǔn)和改進(jìn)的詳細(xì)信息。這些更新包括移動(dòng)行業(yè)成員開發(fā)的許多移動(dòng)技術(shù)。

NB-IoT是5G還是4G?

窄帶物聯(lián)網(wǎng)不被視為 4G 或 5G 技術(shù)。它是一種低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 技術(shù)，專為物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用和其他低數(shù)據(jù)速率通信要求而設(shè)計(jì)。

4G 和 5G 是蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于為智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)設(shè)備提供高速移動(dòng)寬帶和其他高級(jí)通信服務(wù)。這些技術(shù)使用寬帶無線電頻譜和高級(jí)調(diào)制，以及多址技術(shù)來支持高數(shù)據(jù)速率并支持大量連接的設(shè)備。

相比之下，NB-IoT 旨在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和其他不需要 4G 或 5G 的高數(shù)據(jù)速率和功能的應(yīng)用支持低數(shù)據(jù)速率和長(zhǎng)電池壽命。它使用窄帶射頻頻譜和先進(jìn)的電源管理技術(shù)來高效利用可用頻譜并延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命。

總的來說，4G 和 5G 專注于提供高速移動(dòng)寬帶服務(wù)，而 NB-IoT 旨在支持廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用并推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

NB-IoT 和 LTE 有什么區(qū)別?

NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))和 LTE都是無線通信技術(shù)，但它們的設(shè)計(jì)目的不同，并且存在一些關(guān)鍵差異。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)是一種低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 技術(shù)，專為物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用和其他低數(shù)據(jù)速率通信要求而設(shè)計(jì)。它使用窄帶射頻頻譜和先進(jìn)的電源管理技術(shù)來高效利用可用頻譜并延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命。

相比之下，LTE 是一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于為智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)設(shè)備提供高速移動(dòng)寬帶和其他高級(jí)通信服務(wù)。它使用寬帶無線電頻譜和高級(jí)調(diào)制，以及多址技術(shù)來支持高數(shù)據(jù)速率并支持大量連接的設(shè)備。

NB-IoT 和 LTE 之間的一些主要區(qū)別包括：

數(shù)據(jù)速率： NB-IoT 專為低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可支持高達(dá) 200 kbps 的數(shù)據(jù)速率，而 LTE 可支持高達(dá)數(shù)百 Mbps 的數(shù)據(jù)速率。
頻譜： NB-IoT 在許可頻譜中運(yùn)行，而 LTE 可以在許可和非許可頻譜中運(yùn)行。
范圍：由于使用窄帶頻譜和先進(jìn)的電源管理技術(shù)，NB-IoT 的范圍比 LTE 更長(zhǎng)。
功耗： NB-IoT 專為低功耗和長(zhǎng)電池壽命而設(shè)計(jì)，而 LTE 設(shè)備通常具有更高的功率要求。

總的來說，LTE 專注于提供高速移動(dòng)寬帶服務(wù)，而 NB-IoT 旨在支持廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用并推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

NB-IoT的延遲

與 LTE-M 相比，窄帶物聯(lián)網(wǎng)不太適合需要極低網(wǎng)絡(luò)延遲的情況。因此，它在需要近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用中并不常用。在這些情況下，LTE-M 更適合。NB-IoT 和 LTE-M 都在 5G 的發(fā)展中發(fā)揮著作用，對(duì)于需要速度且通常至關(guān)重要的應(yīng)用來說，極低的網(wǎng)絡(luò)延遲是必不可少的。通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇并不是這里要考慮的唯一因素。

除了NB-IoT和LTE-M在網(wǎng)絡(luò)延遲方面的差異外，值得注意的是邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)也可以起到快速分析傳感器數(shù)據(jù)的作用。邊緣計(jì)算允許在更靠近源頭的地方進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而無需與云或數(shù)據(jù)中心進(jìn)行通信。

具體到NB-IoT的時(shí)延，一般等于或小于10秒，范圍在1.6到10秒之間。相比之下，LTE-M 的延遲為 100 到 150 毫秒。

NB-IoT的移動(dòng)性

NB-IoT 和 LTE-M 之間的一個(gè)主要區(qū)別是 NB-IoT 不完全支持移動(dòng)性，而 LTE-M 支持。這意味著窄帶物聯(lián)網(wǎng)在需要小區(qū)之間切換的情況下可能不那么有效。不過在3GPP Release 14中對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)NB-IoT的特性做了一些增強(qiáng)。相比之下，LTE-M也支持語音。

盡管NB-IoT在移動(dòng)性方面存在局限性，但它仍然廣泛應(yīng)用于涉及固定資產(chǎn)和設(shè)備的應(yīng)用和案例。這在前面提到的應(yīng)用程序類型和用例中很明顯。需要注意的是，這并不意味著 NB-IoT 不能用于移動(dòng)資產(chǎn)和設(shè)備，而是它在這一領(lǐng)域的能力有限。

現(xiàn)實(shí)世界中有帶追蹤器的 NB-IoT 應(yīng)用、共享單車服務(wù)、帶移動(dòng)組件但數(shù)據(jù)吞吐量低的環(huán)境應(yīng)用、智能物流等。

更具體地說，窄帶物聯(lián)網(wǎng)要求設(shè)備在運(yùn)動(dòng)時(shí)定期重新選擇小區(qū)，而 LTE-M 則不需要。因此它不太適合移動(dòng)設(shè)備(并且電池的重新選擇會(huì)影響電池壽命，因?yàn)樗鼤?huì)消耗電量)。智能電表和銷售點(diǎn)終端等固定資產(chǎn)通常是 NB-IoT 的重點(diǎn)，盡管它們并不是唯一的重點(diǎn)。對(duì)于“真正的無縫移動(dòng)”，LTE-M可以算作首選技術(shù)。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)與 LoRa

NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))和 LoRa都是低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 技術(shù)，專為物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用和其他低數(shù)據(jù)速率通信要求而設(shè)計(jì)。它們都使用窄帶無線電頻譜和先進(jìn)的電源管理技術(shù)，以有效利用可用頻譜并延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命。

NB-IoT 和 LoRa 之間存在一些關(guān)鍵差異，包括：

頻譜：窄帶物聯(lián)網(wǎng)在許可頻譜中運(yùn)行，而 LoRa 可以在許可和非許可頻譜中運(yùn)行。
數(shù)據(jù)速率： NB-IoT 可支持高達(dá) 200 kbps 的數(shù)據(jù)速率，而 LoRa 可支持高達(dá) 50 kbps 的數(shù)據(jù)速率。
范圍：由于使用專有的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，LoRa 的范圍比窄帶物聯(lián)網(wǎng)更長(zhǎng)。
功耗： NB-IoT 是為低功耗和長(zhǎng)電池壽命而設(shè)計(jì)的，而 LoRa 設(shè)備通常具有更高的功率要求。
網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施：窄帶物聯(lián)網(wǎng)采用專用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，而LoRa采用分散控制的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

總體而言，雖然 NB-IoT 和 LoRa 都是為低數(shù)據(jù)速率物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，但它們?cè)诩夹g(shù)實(shí)現(xiàn)和功能方面存在一些關(guān)鍵差異。

未來的NB-IoT應(yīng)用

對(duì)于傳感器的廣泛部署，負(fù)擔(dān)得起的調(diào)制解調(diào)器是必不可少的。有必要改進(jìn)監(jiān)測(cè)和報(bào)告各種變量的程序，例如溫度和濕度。對(duì)于涉及大量傳感器的應(yīng)用，應(yīng)降低數(shù)據(jù)速率和延遲。該解決方案可以滿足這些標(biāo)準(zhǔn)這一事實(shí)支持了 NB-IoT 將提高效率的說法。對(duì)于單音設(shè)備，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已經(jīng)表明它們可以處理低至 100–200kbps 甚至更低的峰值物理層數(shù)據(jù)速率。

我們還可以看看設(shè)備優(yōu)化的其他方面。例如，LTE MBB 需要兩根天線，而 NB-IoT 設(shè)備只需要一根接收天線。因此，比率和基帶解調(diào)器只需要一個(gè)接收器鏈。

窄帶寬的一個(gè)好處是難以進(jìn)行模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換、信道估計(jì)和較低的緩沖(NB-IoT 為 200kHz，而其他技術(shù)為 1.4MHZ 至 20MHZ)。

農(nóng)業(yè)

得益于窄帶物聯(lián)網(wǎng)連接，農(nóng)民將擁有高級(jí)跟蹤選項(xiàng)，因此帶有 u-blox NB-IoT 模塊的傳感器可以在動(dòng)物運(yùn)動(dòng)異常時(shí)發(fā)送警報(bào)。這些傳感器可用于跟蹤環(huán)境特征，包括污染、噪音、雨水以及溫度和濕度等土壤特征。

智能計(jì)量

可以使用 NB-IoT 使用頻繁、微小的數(shù)據(jù)傳輸來完成煤氣表和水表監(jiān)控。智能電表的推出面臨著巨大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋挑戰(zhàn)。儀表經(jīng)常出現(xiàn)在具有挑戰(zhàn)性的位置，例如地窖、地下隧道或偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)。針對(duì)這一問題，NB-IoT具有突出的覆蓋和滲透能力。

智慧城市

地方政府可以使用窄帶物聯(lián)網(wǎng)來管理路燈、決定何時(shí)需要清空垃圾桶、定位空置停車位、關(guān)注天氣以及評(píng)估道路狀況。

智能建筑

具有 NB-IoT 連接的傳感器可以管理照明和溫度，并傳輸有關(guān)建筑物維護(hù)問題的通知。此外，窄帶物聯(lián)網(wǎng)可以作為建筑物的備用寬帶連接。在一些安全解決方案中，傳感器甚至可以使用 LPWA 網(wǎng)絡(luò)直接連接到監(jiān)控系統(tǒng)，因?yàn)檫@種配置更易于安裝和維護(hù)，而且入侵者更難以禁用。