概念介绍
NB-IoT,英文全称Narrow Band Internet of Things,中文为基于蜂窝的窄带物联网,聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。
具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。
技术简介
NB-IoT是一个应运而生的窄带物联网标准。它就是在4G或者5G 的组网中进行彻底的融合的,不需要再组网。
实际上有一个sim卡,只要我有3G,我们4、5G基站覆盖的地方,那我就能做互联网综合解决方案。应该说这是非常好的,就从网络覆盖的角度来看,它是彻底解决了这个问题。
技术优势
NB-IoT具备四大特点:
一是广覆盖,将提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍;NB-IoT室内覆盖能力强,比LTE提升20dB增益,相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求,对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。以井盖监测为例,过去GPRS的方式需要伸出一根天线,车辆来往极易损坏,而NB-IoT只要部署得当,就可以很好的解决这一难题。
二是具备支撑海量连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构;在同一基站的情况下,NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。举例来说,受限于带宽,运营商给家庭中每个路由器仅开放8-16个接入口,而一个家庭中往往有多部手机、笔记本、平板电脑,未来要想实现全屋智能、上百种传感设备需要联网就成了一个棘手的难题。而NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。
三是更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达;
低功耗特性是物联网应用一项重要指标,特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合,如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备,它们不可能像智能手机一天一充电,长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用,因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小,设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。
四是更低的模块成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元。与LoRa相比,NB-IoT无需重新建网,射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例,900MHZ里面有一个比较宽的频带,只需要清出来一部分2G的频段,就可以直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。模块预期价格不超过5美元。
NB-IoT和其它低功耗广域网的技术对比:
发展历程
我们正进入万物互联(IoT)的时代,这对于整个移动通信产业来说是一个巨大的机会。这一点在MWC上展露无疑。无论是运营商大咖,还是设备商巨头,纷纷展示了完整的物联网解决方案和在不同垂直行业的应用。[4]
当然,实现这一切的基础,是要有无处不在的网络联接。运营商的网络是全球覆盖最为广泛的网络,因此在接入能力上有独特的优势。然而,一个不容忽视的现实情况是,真正承载到移动网络上的物与物联接只占到联接总数的10%,大部分的物与物联接通过蓝牙、WiFi等技术来承载。
为此,产业链从几年前就开始研究利用窄带LTE技术来承载IoT联接。历经几次更名和技术演进,9月,3GPP正式将这一技术命名为NB-IoT。MWC上,NB-IoT首次亮相,受到瞩目,运营商和设备商纷纷为其站台和背书。
11月,数家全球主流运营商联合设备商、芯片厂商和相关国际组织,在香港举办NB-IoT论坛筹备会,旨在加速窄带物联网生态系统的发展,成员包括中国移动、中国联通、Etisalat、LGUplus、意大利电信、Telefonica、沃达丰、GSMA、GTI、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔。六家运营商成员还宣布,将在全球成立六个窄带物联网开放实验室,聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互操作性测试和产品兼容验证。
6月16日,NB-IoT技术协议获得了3GPP无线接入网(RAN)技术规范组会议通过,宣告NB-IoT标准形成,成为史上建立最快的3GPP标准之一。9月,将进行NB-IoT性能标准制定,12月完成一致性测试后,NB-IoT将进入商用阶段。
技术应用NB-IoT适合的垂直应用场景垂直应用领域对NB-IoT的关注点
NB-IoT技术可满足对低功耗、长待机、深覆盖、大容量有所要求的低速率业务,更适合静态业务、对时延低敏感、非连续移动、实时传输数据的业务场景。
自主异常报告业务类型:如烟雾报警探测器、设备工作异常等,上行极小数据量(十字节量级),周期多以年、月为单位。
自主周期报告业务类型:如公共事业的远程抄表、环境监测等,上行较小数据量(百字节量级),周期多以天、小时为单位。
远程控制指令业务类型:如设备远程开启/关闭、设备触发发送上行报告,下行极小数据量(十字节量级),周期多以天、小时为单位。
软件远程更新业务类型:如软件补丁/更新,上行下行较大数据量需求(千字节量级),周期多以天、小时为单位。
NB-IoT的芯片厂家
华为海思、Qualcomm、Intel、RDA、简约纳、MTK、TI、SEQUANS、MARVELL、NODRIC、中兴微等。
NB-IoT芯片商主要来自GSM/LTE Modem公司,也有类似WiFi/BT的MCU公司。未来,更多的NB-IoT芯片厂商会介入,预计在Q3进入价格竞争状态。
NB-IoT的产品需要哪些认证
需要各个国家规定的入网许可证。SIM卡与IMEI号码需要绑定
NB-IoT的网络架构如何组成
建设基于NB-IoT技术的物联网垂直行业应用将趋于更加简单,分工更加明晰。
运营商如何保障NB-IoT网络的稳定性
NB-IoT直接部署于GSM、UMTS或LTE网络,即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级,但是使用单独的180KHz频段,不占用现有网络的语音和数据带宽,保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。
NB-IoT的芯片为什么便宜
低速率、低功耗、低带宽带来的是低成本优势。
低速率:意味着不需要大缓存,所以可以缓存小、DSP配置低;
低功耗:意味着RF设计要求低,小的PA就能实现;
低带宽:意味着不需要复杂的均衡算法……
这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小,因此成本就会降低。以某家芯片为例,NB-IoT芯片集成了BB、AP、Flash和电池管理,并预留传感器集成功能。其中AP包含三个ARM-M0内核,每个M0内核分别负责应用、安全、通信功能,这样在方便进行功能管理的同时降低成本和功耗。
NB-IoT上下行传输速率
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基站的覆盖范围
NB-IoT比LTE和GPRS基站提升了20dB的增益,期望能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方。根据仿真测试数据,在独立部署模式下,NB-IoT覆盖能力可达164dB,带内部署和保护带部署还有待仿真测试。
10、NB-IoT调制解调技术
下行采用OFDMA,子载波间隔15kHz。上行采用SC-FDMA,Single-tone:3.75kHz/15kHz,Multi-tone:15kHz。仅需支持半双工,具有单独的同步信号。终端支持对Single-tone和Multi-tone能力的指示。MAC/RLC/PDCP/RRC层处理基于已有的LTE流程和协议,物理层进行相关优化。
11、在智能家居的应用
智能家居的不温不火主要是因为家庭网络覆盖问题,必须通过网关,加上品牌因素、客服因素、工程因素等导致尚未火爆便进入偃旗息鼓阶段。NB-IoT技术可摆脱家庭网关的依赖,独立终端加上城市网络覆盖到位,会衍生出较好的智能家居产业。比较适合白色家电厂家对自身产品的全生命周期管理。
12、NB-IoT产业链
对于低功耗广域网络,从纵向来看,目前已形成从“底层芯片—模组—终端—运营商—应用”的完整产业链。有关纵向产业链上所涉及的巨头企业我们会在周四做详细的探讨。
从横向来看,产业链每一环节都有NB-IoT、LoRa、Sigfox、ZETA、Ingenu等不同技术标准的厂商存在。说到这些,不得不重提下之前的LPWAN,NB-IoT、LoRa、Sigfox、ZETA、Ingenu都是LPWAN的分支。像Lora、Sigfox等,属于工作在非授权频段的技术,这类技术大多是非标、自定义实现;而像GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的2G/3G蜂窝通信技术是工作在授权频段的技术,这类技术基本都在3GPP(主要制定GSM、WCDMA、LTE及其演进技术的相关标准)或3GPP2(主要制定CDMA相关标准)等国际标准组织进行了标准定义。
作为主导者华为提供端到端的解决方案,包括基站、核心网、芯片、操作系统以及数据管理平台
13、NBIOT仪表作为单个个体,接入移动通信基站。有人认为这会导致大量的运营费用,不如采用ZIGBEE等技术先把众多仪表组网后,再统一接入基站,这样省运营费。
对公共事业运营平台来说,主要目的是替代人工抄表的费用,这是大头(一个抄表公认,工资福利+经费,5-10万),运营费用是小头。
其二、其实,NBIOT的运营费用也大幅降低了,因为NBIOT在基站端,把宽信道分割成窄信道后(大约1宽信道分割成100窄信道),运营费用可以大幅降低,100个仪器的费用可以等同于一个宽信道费用。现在,2M/月的流量,中移动收1元;将来或许收0.1元钱。
其三、公共事业物联网需要精准控制每一个仪表,远程诊断、远程控制,全面检测。如果底层用了zigbee等技术组网,那么就会涉及IP协议和zigbee协议的大量切换,许多在IP下轻松实现的功能,在zigbee协议是不是实现不了或者代价很大。这是个问题。另外,复合网络的维护成本也变高了。
如果采用NBIOT仪表,不需组网,即插即用,轻松实现全城一张网。总架构师是考虑综合成本的,不会为了小头大动干戈。
《完》
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