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NB-IOT窄带物联网技术

学号： 20152000356
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NB-IOT窄带物联网技术
NB-IOT（基于蜂窝网络的窄带物联网技术）是3GPP定义的CIoT技术标准。随着新技术标准的诞生，物联网的发展将更加迅速，并覆盖几乎所有的产业，带给运营商新的商业机会。
NB-IoT作为万物互联网络的一个重要分支，日益受到业界关注。近年来，随着物联网的成熟，NBIoT发展也日益迅猛。浙江省无锡市鸿山小镇建成全国首个NB-IoT商用网络，为NB-IoT规模化商用立下了一大里程碑
　随着通信业“人口红利”终结，人与人之间的通信市场日益饱和，物联网百亿级M2M新连接，正成为各方竞逐的下一个万亿市场。其中，NB-IoT作为物联网的重要分支，让运营商的转型之路豁然开朗。随着2016年标准逐渐成型，2017年NB-IoT将迎来规模商用的重要节点。

　　什么是NB-IoT？即蜂窝窄带物联网。物联网的无线通信技术很多，NB-IoT成为万物互联网络的一个重要分支。这是物联网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，也被叫做低功耗广域网

　　试用数据表明，窄带物联网具备四大优势。一是广覆盖、深度覆盖更好，相对相同条件下网络会有约20dB增益；二是大连接，单小区支持5-10万链接数；三是低成本，芯片成本大幅降低；四是功耗低，更低能耗，待机工作最长可达10年。

　　中国信息通信研究院专家称，NB-IoT将成为全球低功耗、大覆盖物联网的统一标准。事实上，近几年，非传统移动通信公司利用免许可频谱部署和运营IoT网的情况已经给移动通信带来一定冲击，传统移动通信行业要求厂商尽快提供能与免许可频谱非公开技术竞争的方案。同时，3GPP针对LPWA市场设计了全新的独立窄带系统，已经基本完成NB-IoT的主要技术要求，一系列原因共同促成了NB-IoT的火热。

　　日前，挪威Telia和华为在挪威奥斯陆发布北欧区域首个NB-IoT网络，将NB-IoT推上风口。浙江无锡首个NB-IoT商用网络的建成又将其推向高潮。
　　距离2016世界物联网博览会重头戏之一的《中国·无锡鸿山物联网小镇规划》 发布不到2个月，无锡移动就已经率先完成了鸿山小镇NB-IoT网络的全覆盖。从无锡市政府获悉，全国首个NB-IoT窄带物联网商用网络日前在该市建成启用。
　　预计在2017年一季度，无锡全市网络将全面覆盖。届时，NB-IoT网络将在智能抄表、智能停车、智能追踪、智能家居以及智慧城市等多个领域发挥出更大作用，全面满足行业、公共、个人、家庭的物联网应用需求。

　　此次NB-IoT商用网络的建成是两方力量所促成。一方面源于中国移动OneNET物联网统一开放平台，以及中国移动在安全加密、云服务、大数据等方面的优势能力；另一方面则是鸿山小镇独有的吴文化特色和江南水乡风貌，内外因素共同助力鸿山小镇打造全球领先的NB-IoT专网，搭建鸿山小镇全球创客中心。
　　可以说，全国首个NB-IoT窄带物联网商用网络的建成，将有利于聚集产业生态资源，吸引高校、创客空间、行业专家、应用开发者和投资机构共同入驻，在智慧旅游、农业、交通、医疗、公共服务和环境等领域孵化出一系列成熟物联网应用，把鸿山小镇打造成集物联网技术研发、产业集聚、创客服务、应用示范的全球知名世界物联网小镇。

　物联网的关键技术和应用场景：
　　有三个关键环节：1、万物互联，用传感器连接灯、表、连接智能家居，首先你要管理的对象，要用网络把它们连接起来；2、感知和获取，比如智能交通、智能路灯、智能抄表、智能穿戴这些应用，通过各种手段，从各种物体表面采集数据，最后传输到网络后台，数据进行保存和管理。3、人机交互，人对物体进行控制，web应用服务器有一个人机界面，连通手机端的界面，物联网采集的数据，利用web应用服务器、网关等对物体进行控制。物联网通讯是采用数据通讯的网络，数据通讯与语音通讯有很大区别，数据通讯对时延不敏感，对可靠性要求高。

　　上海联通协助建设的基于4.5G技术的窄带物联网智能停车项目则是最典型的应用案例。上海联通在新建成的上海国际旅游度假区建设了15个NB-IoT基站，覆盖了整个度假区，并在P1停车场共334个车位上全部安装了带有4.5G NB-IoT芯片和地磁感应芯片的车辆检测器。
　　华为和上海联通实施的上海迪斯尼智能停车项目，所有设备、资金和产品由华为出资，上海联通负责市场运营，包括后期维护和管理工作。华为和联通公司形成一种合作模式，从后期的运营收益中收取分成，这是一种稳定的收益，细水长流的方式。
　　物联网的技术分类
物联网的通信技术有很多，从传输距离上区分，可以分为两类：一类是短距离通信技术，代表技术有ZigBee、WiFi、Bluetooth、Z-Wave等，典型的应用场景如智能家居，另一类是广域网通讯技术，业界定义为LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网技术），典型应用为智慧抄表。李文耀表示，NB-IoT主要应用于智能抄表，水表、电表、气表和热表。在北京某些地区，已经在做四表合一的试点。

　　LPWAN授权的频谱技术有NB-IoT，用了许可频段的好处是直接可以部署在运营商现有的2G/3G/4G网络，与现有网兼容。除此之外还有非许可频段的技术：一个叫Sigfox，一个叫LoRa。
　　NB-IoT射频带宽为200KHz。下行速率：大于160kbps，小于250kbps。上行速率：大于160kbps，小于250kbps（MulTI-tone）/200kbps（Single-tone）。NB-IoT允许时延10秒。除了车联网出现NB-IOT的运营模式外，其他应用的商业模式还没有形成。提供车联网、平安城市，面对高速率的应用场景。
　物联网的技术分类
　　物联网的通信技术有很多，从传输距离上区分，可以分为两类：一类是短距离通信技术，代表技术有ZigBee、WiFi、Bluetooth、Z-Wave等，典型的应用场景如智能家居，另一类是广域网通讯技术，业界定义为LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网技术），典型应用为智慧抄表。李文耀表示，NB-IoT主要应用于智能抄表，水表、电表、气表和热表。在北京某些地区，已经在做四表合一的试点。
　　LPWAN授权的频谱技术有NB-IoT，用了许可频段的好处是直接可以部署在运营商现有的2G/3G/4G网络，与现有网兼容。除此之外还有非许可频段的技术：一个叫Sigfox，一个叫LoRa。
NB-IoT射频带宽为200KHz。下行速率：大于160kbps，小于250kbps。上行速率：大于160kbps，小于250kbps（MulTI-tone）/200kbps（Single-tone）。NB-IoT允许时延10秒。除了车联网出现NBIOT的运营模式外，其他应用的商业模式还没有形成。提供车联网、平安城市，面对高速率的应用场景。

　　为什么物联网会涉及到这么多通信技术？李文耀认为，就是物联网涉及到纷繁复杂的应用场景，不同应用场景有不同的需求，不同的需求就需要不同的技术，导致了无线通信技术多样化。
　　李文耀最后展示了蜂窝物联网多种接入融合组网方案图，核心点包括核心网、接入网和IOT平台，全国一张网，后面有大数据平台和物联网平台。
　物联网（IoT）市场的迅速膨胀给面临用户增长瓶颈的电信业界带来新的方向与红利机会，而蜂窝窄带物联网（NB-IoT）则是打开这个市场的一把钥匙。
　　华为预测，到2025年全球将有1000亿个连接，其中大部分与物联网有关；另一项第三方预测则认为，到2020年IoT全部产业链价值有望达到3万亿欧元。但是直到今天，电信行业对物联网发展的参与程度都相当有限，仅有10%的物联网应用基于蜂窝网络。
　　“NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的首选。蜂窝网络覆盖辽阔，NB-IoT本身又较之现有物联网联接技术具备显著优势。”华为无线网络产品线首席战略官余泉告诉C114。来自全球移动通信系统协会（GSMA）的预测显示，NB-IoT的出现将极大促进蜂窝物联网产业发展，在2020年会达到30亿的联接；Machina亦预测，NB-IoT未来将覆盖25%的物联网连接。
　　他指出，NB-IoT要成功，必须有一个开放的产业平台支持；而2016年将是NB-IoT产业非常关键的一年，标准、芯片、网络以及商用的应用场景都会成熟。

　　华为无线网络产品线首席战略官余泉
　　就在2016年世界移动通信大会（MWC 2016）前夕，全球首届NB-IoT产业全球峰会在巴塞罗那举行，汇聚了业界的最重磅企业和组织。GSMA联合华为、沃达丰、中国移动、中国联通等共同发起成立了NB-IoT Forum。
　　NB-IoT：蜂窝产业应对万物互联首选
　　以手机SIM卡计，移动用户规模已经超过全球人口，即渗透率超过100%。人口红利渐逝下，物联网有望成为运营商们新的增长来源，并且空间巨大。
　　传统行业亦拥有强烈的物联需求，以提升效率、实现数字化转型。各国都已纷纷制定了驱动计划，诸如德国“工业4.0”、美国“先进国家制造战略”、中国“互联网+”和“智能制造2025”，从中可以看到对物联网的巨大需求。
　　“从商业角度出发，蜂窝网络截至目前已经覆盖了全球90%以上的人口和50%以上的地理范围。”余泉指出，如果在现有蜂窝网络上能够提供一项足够有竞争力的技术，运营商很快就能从人的互联世界进入物的互联世界，就能将覆盖优势转化为实际收入。
　　他介绍说，NB-IoT相较现有物联网技术和传统蜂窝技术具备4个方面优势。首先在于覆盖，NB-IoT比传统GSM网络增益20dB，覆盖面积扩大10倍第二海量联接，NB-IoT每扇区可以提供10万个联接，目前全球约有500万个物理站点，假设全部部署NB-IoT、每站点三个扇区，那么可以接入的物联网终端数将高达4500亿个。
　　第三低功耗，NB-IoT功耗仅为GSM的1/10，终端模组使用AA电池可以独立工作10年而不用充电。第四低成本，模组成本有望降至5美元之内。而未来随着技术演进及市场发展带来的规模效应，功耗和成本还有望进一步降低。
在安全性和抗干扰上，基于授权频谱的NB-IoT亦优于基于非授权频谱的WiFi、蓝牙等，从空口上就已经进行了加密，3GPP也会讨论加密机制。

NB-IoT成功离不开开放平台
　　物联网应用将是一个长尾市场，且足够细分而参与者广泛，NB-IoT的成功离不开一个开放平台。
　　“从GSMA网站上可以看到，NB-IoT Forum的创始成员名单非常长，但是我更想强调的是有20家垂直行业玩家参加了峰会。我们要面对的垂直行业玩家可能有数千家，还有很多工作要做，但是这个转变是可喜的。”余泉告诉C114。
　　他认为，NB-IoT的生态系统应该是一个开放的体系，在标准制定的过程中、在应用推动过程中、在技术的实现上，都需要众多玩家一起做贡献：“蜂窝产业历史上几十年来都有着开放、合作这样的一个传统，才能够达到今天这样非常高的成就。我相信在NB-IoT也会重复这样的开放、合作，从而带来新的商业成功，同时对社会、对经济起到非常好的促进作用。”
　　华为常务董事、战略Marketing总裁徐文伟在另一场媒体圆桌中也强调，只有敞开自己、开放合作，才能开拓产业新格局：“所谓的开放，首先就是让大家往同一个方向走，这样的话产业才会做大。”
　　除了NB-IoT Forum，华为Open Lab也是一个重要的开放平台。Open Lab的目的是提供一个开放的合作平台，在此基础上促进产业生态链的健康发展，和合作伙伴进行集成验证、联合创新，实现产业链价值聚合，华为目前正在全球范围建设10个Open Lab。
　　“通过Open Lab，垂直行业的厂商就能够很轻松地在实际的网络环境中去验证他的技术、验证他的网络、验证他的商业模式。”余泉称，在Open Lab中，已经出现了许多用户案例，除了智能抄表、智能停车，还有垃圾处理、智能跟踪、智能物流等。
　 华为希望通过开放态度，吸引更多垂直行业玩家参与到NB-IoT Forum和Open Lab工作中：“有句成语叫越俎代庖，让我们来想具体有哪些应用一定不会特别合适。而提供了一个使能平台之后，他们都能够主动地去基于他们的业务做创新。”
　　华为副董事长、轮值CEO胡厚崑曾提出，在有其他竞争技术的情况下，开拓物联网市场时不我待，呼吁业界发力标准、成本及生态。
　　“2016年是NB-IoT的关键一年，因为产业都将在各方面取得较大进展余泉表示，预计NB-IoT标准将在今年6月的3GPP R13完成。
　　NB-IoT标准化的源头可以追溯至华为与沃达丰于2014年5月共同提出的NB-M2M。由这两家公司首倡的窄带蜂窝物联网概念一经提出即得到了业界的广泛认可，随后高通、爱立信等越来越多的行业巨头加入到这一方向的标准化研究中。为了促进标准的统一有利于产业发展，最终3GPP在2015年9月RAN全会达成一致，确立NB-IoT为窄带蜂窝物联网的唯一标准，并立项为Work Item开始协议撰写。
　　运营商方面，中国移动、中国联通以及沃达丰、德国电信、阿联酋电信、意大利电信、AT&T等全球顶尖运营商皆已围绕NB-IoT发布了各自的发展方略，并展开试点。
　　“我们看到有很多芯片厂家和模组厂家都计划在今年支持NB-IoT。就网络设备供应商来说，华为在今年下半年就会支持NB-IoT；根据其他网络设备供应商的路标，他们也会在今年支持。”余泉坦言，即便如此，运营商还是认为进度不够快。
　　而在用例层面，智能抄表、智能停车、智能跟踪等应用已经完成了验证，预计今年下半年就会有商用网络出现，2017年将进入规模部署阶段。

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