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什么是窄带物联网NB-IoT

2019-04-22

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  窄带物联网(NB-IoT)是一种专为物联网(IoT)开发的新型低功率广域(LPWA)技术,适用于需要少量数据,长时间和室内覆盖的设备。

  3GPP决定在2015年9月的会议上对NB-IoT进行标准化,标准于2016年6月完成。这些标准在其针对LTE Advanced Pro的第13版中被冻结,现在只能进行必要的向后兼容变更。NB-IoT在后期版本中继续发展,具有新功能,例如支持多播和定位。

  什么是LPWAN?

  低功耗广域(LPWA)技术填补了移动(3G,LTE)和短距离无线(例如蓝牙,WiFi和ZigBee)网络之间的空白。它们专为机器通信而设计,为需要低移动性和低数据传输水平的设备和应用程序提供连接,因此对于物联网的开发至关重要。

  顾名思义,它们具有低功耗并提供广域覆盖。它们还必须是低成本的,以便能够在物联网中连接数十亿个设备。

  为何选择NB-IoT?

  LPWA这一术语是在2013年创造的。2015年11月,3GPP成立了一个工作组,合并华为的Cellular IoT(NB-CIoT)技术(与剑桥Neul合作开发,华为以2014年9月的2500万美元收购,以及沃达丰(Vodafone)和诺基亚,爱立信和英特尔提出的NB-LTE技术。NB-IoT就是结果。

  全球三大电信基础设施制造商的支持,以及它可以部署在现有移动网络上并在许可频谱中运营的事实,确保了强大的行业支持,第一个NB-IoT标准于2016年6月完成。

  3GPP还针对不同的用例设置了两种其他LPWA技术的标准。NB-IoT专门针对低吞吐量物联网应用。与LTE-M(也称为LTE-MTC)相比,它被认为具有成本和覆盖优势,LTE-M支持各种IoT应用,包括内容丰富的应用。EC-GSM-IoT(扩展覆盖范围GSM-IoT)通过在GSM网络上部署的新软件优化用于IoT设备的现有GSM网络。这三种技术也被称为“移动物联网”或“蜂窝物联网”技术。

  非标准化LPWA

  还有一些替代的专有LPWA技术,例如LoRaWan和Sigfox,它们已经商业化,但尚未标准化且不使用许可频谱。它们在单独的指南中有详细介绍。

  进一步阅读:什么是LTE-M?

  进一步阅读:什么是LPWAN?

  NB-IoT会做什么?

  NB-IoT(以及其他LPWA技术)将实现物联网中数十亿设备的连接,这些设备将用于机器对机器(M2M,或机器类型通信,MTC,在3GPP中)而非人类通信。后者具有高吞吐量和低延迟需求,例如会话,实时视频和音乐流。

  相比之下,M2M设备具有较低的数据传输速率,并且不经常需要数据,因此NB-IoT处理少量相当不频繁(但通常是常规)的双向数据。

  M2M设备和传感器将用于广泛的行业和应用中,这些行业和应用将需要大量低吞吐量设备,并且通信延迟不会导致物质损失。其中一个早期用例是能量计和水表,其中计量表不需要经常或实时传输数据,并且可以位于难以到达的位置。

  这延伸到其他计量类型的应用,如智能街道照明和停车应用,但潜在的使用案例远远超出了这一点。NB-IoT可用于智能跟踪,从全球物流网络到宠物监控,智能工厂,家用电器到奶牛和绵羊。共享自行车计划或酒店房间的智能锁有机会,名单几乎无穷无尽。

  由于它使用具有许可频谱的网络,因此NB-IoT比非标准化LPWAN更安全,支持用户识别机密性,实体认证,机密性,数据完整性和移动设备身份。与未经许可的频谱LPWA解决方案相比,它也更不容易受到干扰,并且能够实现全球漫游。

  怎么做呢?

  NB-IoT(和其他LPWA技术)开发背后的主要驱动因素是降低成本(在设备和部署方面)和功耗,同时增加覆盖范围和可连接设备的数量,与蜂窝和其他无线网络相比。

  M2M设备通常采用电池供电,不与主电源相连,因此NB-IoT承诺一次充电可实现长达10年的电池续航时间。它采用的技术使设备能够在数据不传输时关闭电源,以及增强的非连续接收(eDRX)以延长电池寿命。

  NB-IoT针对低吞吐量进行了优化,无论是长距离还是短距离,并且具有优化的数据传输以支持小的间歇性数据块。支持大约200kbps的上行链路和下行链路速率。

  必须有无处不在的覆盖范围才能使物联网应用程序正常工作,覆盖远距离和深度渗透。因此,NB-IoT必须覆盖偏远和农村地区,难以到达的地方,如地下位置和内部建筑物。与GSM网络相比,NB-IoT中的功率谱密度(PSD)增强和重复可以提供20dB的覆盖增益,使区域覆盖率提高约10倍。

  NB-IoT仅需要200kH的带宽(因此称为“窄带”),这意味着它可以在现有蜂窝网络附近运行。

  尽管NB-IoT设备的早期成本与GSM和GPRS相当,但由于更简单的底层技术,预计需求将大幅下降。3GPP认为单位成本将降至每个模块5美元以下。

  NB-IoT的发展

  2015年12月,华为,沃达丰和瑞士制造定位和无线半导体及模块的u-blox进行了他们所宣称的首次成功的预标准NB-IoT商业试验。沃达丰和华为将这项技术整合到西班牙沃达丰的网络中,并向水表中的u-blox模块发送消息。u-blox于2016年6月宣布其声称是世界上第一个NB-IO模块,沃达丰和华为于2016年9月在西班牙完成了NB-IoT的首次商业试验。u-blox继续更新其NB-IoT模块,定期推出新产品。

  GSMA NB-IoT论坛旨在促进全球NB-IoT解决方案的商业发布,以加速广泛采用,并促进合作伙伴之间的协作,以确保漫游和互操作性。由沃达丰的Luke Ibbetson担任主席,华为,德国​​电信和T-Mobile美国代表担任副主席。其他三家英国运营商的母公司都是会员。在2018年4月,GSMA发布了其NB-IoT部署指南的第二版,其中包括旨在帮助运营商部署网络和设备以确保互操作性和平滑漫游的非约束性指南。这些建议是由GSMA NB-IoT论坛根据在欧洲,中东,非洲,南美洲和亚太地区的40多个国家部署NB-IoT网络的13家运营商的意见制定的。

  根据GSMA,截至2018年9月全球推出的66个商用移动物联网网络中,有50个是NB-IoT(其他为LTE-M)。大多数人在欧洲,由沃达丰领导,在9个国家(包括南非)部署,T-Mobile则在7个国家部署。那时没有运营商在英国推出。

  2017年5月,O2成为第一家公开确认将试用符合3GPP标准的物联网连接的英国运营商,其“实时试验[2017年]将获得更多实用的技术洞察力”。它没有确认是否会试用NB-IoT或LTE-M,还有本地LoRaWAN和Sigfox部署,并且没有进一步的发展。母公司Telefonica明显对冲其赌注,于2015年2月投资Sigfox,两年后达成全球协议,将Sigfox技术整合到其托管连接平台。Telefonica在西班牙有一个商业NB-IoT网络,但其全球子公司都没有效仿,尽管试验可能正在进行中。

  EE也在保持其选择权。它正在伦敦和米尔顿凯恩斯的智能城市部署中使用LoRaWAN,并在2017年中期表示它将在“未来几个月”部署NB-IoT,同样模糊可能的位置。它还表示正在探索LTE-M。同样,关于NB-IoT的任何试验或可能的商业发布,EE都没有进一步的信息。

  相比之下,沃达丰已经对NB-IoT进行了大赌注,到2018年9月,有9个商业网络正在进行,其他地方可能正在进行试验,尽管英国还没有确认。2016年4月,华为和沃达丰在纽伯里开设了第一个Narrowband-IoT开放物联网实验室,用于开发与NB-IoT技术相关的产品和应用。

  很明显,NB-IoT部署正在全球范围内扩展,部分原因在于GSMA致力于确保互操作性和漫游。但是,与其他LPWAN技术一样,英国显然落后于其他欧洲国家,并且任何运营商都没有坚定承诺在商业基础上部署NB-IoT。

标签 NB-IoT

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