上海羊羽卓进出口贸易有限公司物联网LPWA通信技术（1）：NB-IOT通信特点及主要场景应用
编辑导语：随着科技的发展，除了我们平常用到的网络之外，还有一个连接设备与设备之间的物联网；它把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理；本文作者分享了关于物联网LPWA通信技术，我们一起来看一下。
01 什么是NB-IoT？
要明白什么是NB-IOT，我们首先要了解什么是低功耗广域网，它的英文全称为Low Power Wide Area Network（简写：LPWAN) ，即低功耗广域网络，是区别于我们日常所熟知的3-4-5G远距离通讯网络；它是一种远距离低功耗的无线通信网络技术，主要包含NB-IOT、LoRa、Sigfox、eMTC四种，其中NB-IOT、LoRa近年来备受市场的关注和追捧尤其是NB-IOT。
我们都知道物联网是万物互联，随着我们第6版互联网协议（IPv6）的诞生，支持2^128个网络地址，就意味着地球上每平方英寸可分配4.3×10^20网络地址，而这为每一个物联设备尤其是传感器都能分配一个网络地址扫除了障碍。
未来每一个设备都能够基于自己的网络地址实现“上网”、与其他设备“交流”，我们日常接触的3-4-5G，主要是用于人与人之间的网络通讯；而LPWAN存在的意义我们可以理解为，为设备之间的通讯打好通信网络基础，而且这种通讯技术具有网络覆盖范围广、终端功耗低等特点比较适合大规模的物联网应用部署。
说完LPWAN，开始来介绍其中的主角，NB-IOT。
NB-IOT全称之为Narrow Band-Internet of Things，窄带物联网；基于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，部署成本低；它的传输距离可达十几公里，每个网络单元可以支持接入50，000个设备终端。
速度方面，NB-IoT的频射网络带宽为200kHz。传输速率一般在160kbps-250kbps之间；又由于NB-IOT通讯结构及设备本身的数据接收及上报模式的设置等因素，NB-IOT通讯常会具有10s内的传输延时。
02 NB-IoT组网通讯及工作方式？
NB-IoT通讯通常具有以下几个部分：
NB-IoT通讯模块：具有NB-IoT通讯模块的相关设备就可具备NB-IoT通讯能力；供电模块：设备运行需要用电。对时延有高要求的业务需要采取持续有线供电，如智慧路灯；若是对时延要求不高的业务场景，则会采用纽扣电池或家里常见的5号电池，如埋在地下的用电池的NB-IoT水表，一用就是3-5年。物联网卡：给设备上网用的流量卡，用于设备通讯，可对应理解为人们上网需要开通流量包；NB-IoT通讯基站：NB-IoT设备获取到的信息需要发送给专门的NB-IoT基站，不支持自组网模式；目前国内的3大运营商甚至华为等厂商都已经在积极布局NB-IoT基站，国外如沃达丰、德国电信、日本软银等十几家运营商也都纷纷入局参与NB-IoT基站网络的建设。用户服务器：基站收到设备的数据发送到对应的用户服务器，并基于服务器的数据在对应的PC、手机APP端进行相关的数据管理及页面展示。NB-IoT三种工作模式
设备除了本身上报数据之外可能还需要进行相应的业务动作，如关煤气阀门等，这时候操作指令需要下发至设备，被设备接收并执行；但是发送指令首先要搜索到相关设备，于是就存在了以下几种工作模式。
模式一：随时待命模式
DRX，随时接收数据，和随时监视一样，所以耗电量最高，（DRX待机功率约为1mA），但随时可以搜到设备。
模式二：间歇性休眠偷懒模式
eDRx：是指打开网络一段时间，然后关闭网络一段时间；数据on时可以接收，但停止时不能接收；停止时间可以设定为数十秒到数小时（每隔5分钟eDRX的待机功率约为0.2mA）——睡眠不工作、省电，找到设备需要几分钟甚至1-2h。
模式三：间歇性休眠偷懒模式PLUS+
PSM：eDRX省电升级版，降低eDRX交换网络的频率，低到每隔几天开放一次网络的程度，找到设备可能需要一两天时间；同样，网络打开时可以接收数据，但网络没有打开时不能接收数据（在PSM模式下，待机功耗是微安全级别，在这种情况下，“一个电池一般可用5年”）。
总结：
各种模式的存在的核心还是在于满足各场景应用需求、最大限度的降低设备运行能耗，延长设备工作时间和寿命。
各模式可转换，通过相关传感器实现工作状态的切换，如加速度传感器、动作切换触发器；如智能井盖，加速度传感器检测到反转，可以由“偷懒休息模式”切换到DRX（随时待命）模式，随时准备上报最新的井盖状态，做好安全防范。
03 NB-IoT适用于什么条件？哪些场景、？
NB-IoT网络通讯比较适合于终端较为分散、环境网络信号不好、没有稳定电源、传输速率要求相对较高、中&高频上行数据传输等情况。
主要场景应用有，共享单车、智慧门锁、智慧路灯、智慧监控、水电抄表、智慧烟感等。
04 NB-IoT典型应用介绍——水电抄表
NB-IoT通讯技术，目前在能源电力行业应用的最为成熟，只要装一个具有NB-IoT通讯模块的水电表就能实现远程抄表，而且NB水电表通常都是通过电池来进行供电。
一般来说，NB水、电表设备15分钟（可DIY）采集一次实时数据，既每天96个数据，数据可以通过既定的协议采取实时发送（比较耗电），也可以一天上报一次，几天上报一次都可以，只需要将采集好的数据打包好就行。
如图，水电表将收集上的数据定时定点通过NB-IoT通讯模块上传到NB-IoT通讯基站，由基站将收到的数据发送到对应的服务器上；并且PC管理后台、手机应用端都是基于服务器来进行相应的数据展示及管理。
05 NB-IoT优、缺点？
NB-IoT优点：
连接多：每个单元可以支持50，000个设备终端连接管理。信号好：NB-IoT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍，即使将水表埋在人孔的复盖下，NB-IoT也不会影响信号的收发。不需要网关组网：成本低、组网运行更灵活、简单。低功耗：待机可用10年。NB-IoT缺点：
高密度网络不适合使用中央管理模式，一个单元可以支持100，000个NB-IoT终端访问，轮训增加系统负担。模块成本高：相较而言，NB-IoT模块比ZigBee、lora等芯片NB-IoT更贵。相关人力及实施成本如：如硬件成本、安装成本、服务成本较高。本文由 @知识农夫 原创发布于人人都是产品经理，未经许可，禁止转载。
题图来自Unsplash，基于CC0协议。
未来智能网络长啥样？感知、通信、计算协同融合
来源：科技日报
科技日报记者 金凤
12月11日，2020年全国通信理论与技术学术会议暨通信领域创新发展论坛召开。来自全国的高校、学术团体、科研机构的专家，就毫米波异质集成电路、信息超材料、未来智能网络、6G全频段全场景普适信道建模探索等话题进行探讨。
当前全国新一轮科技革命和产业变革深入推进，信息技术日新月异，5G与工业互联网的融合将加速数字中国、智慧社会的建设，加速中国新型工业化进程，为中国经济发展注入新的动能，为疫情笼罩下的世界经济创造新的发展机遇。
那么，未来智能网络长啥样？在浙江大学张朝阳教授看来， 感知、通信、计算协同融合，是大势所趋。“未来网络的核心目标是要提供智能的服务，提供智能、高效、敏捷、安全、可靠的端到端一体化的集成服务，比如说互联网需要提供一体化的感知、通信服务；城市大脑提供的是一体化的感知、通信与计算的服务。未来网络感知、通信、计算能力是逐步集成在一起的，不管是终端还是路由，会慢慢把很多能力集成在一起，形成超级融合的节点。”
张朝阳认为， 网络不仅是数据管道，它是数据生产、运输、加工和利用的一体化机器。我们过去一直把数据当做网络的原料，但数据更是网络当中流动的血液，数据本身携带很多的知识，当流经每个节点的时候，它将会使得这个节点的感知、通信和计算能力增强和升级，从而促使网络部断的更新和持续演进。“网络要提供智能服务，未来网络的是智能协同融合的，网络智能是机器智能的高级发展阶段。
打造真正的网络智能，我们需要所有节点、感知、通信与计算能力高度协同融合，必须实现高效分布式的数据融集、群智式的协同学习、云边端一体化的算法部署，才能实现未来的智慧应用。”
随着6G、移动通信技术、物联网、边缘计算、人工智能等新兴技术为代表的信息通信技术的快速迭代，下一代通信技术将赋能物与物、物与人、人与人的万物互联，实现可感知、可辨识、可计算、可控制、可管理，满足虚拟现实、高清视频、智能制造、自动驾驶等各行各业的应用需求。
东南大学王承祥教授表示，如果说4G之前的通讯研究，聚焦移动互联网的问题，5G将移动互联网的场景扩展到万物互联、物联网，6G将在5G基础上不断深化移动互联网、扩展万物网联的范围，并且最终和大数据、人工智能深度融合，实现万物智联。
“应用需求驱动技术需求，从传输速率的角度，6G可能在5G的基础上继续提高数十倍，达到Tbps的超高传输速率。”王承祥描绘的6G愿景是全覆盖、全频谱、全应用、强安全。他说，为了实现全球深度覆盖，地面移动通信网络将会和卫星通信网络、无人机网络、海洋通信网络，甚至是水下通信网络、光通信网络深度融合。全频谱是要继续深耕6G赫兹以下的频段，甚至是水中通信，太赫兹、光线等等都会用到，为了实现超大连接、超高的传输速率，更高的频段还是需要的。全应用指的是通信不仅仅要解决垂直应用，还要和感知、存储、控制、计算、人工智能、大数据等深度融合，应用于各个垂直行业。强安全就是网络工作的同时，就是安全的网络，不必再后续打补丁。
随后， 王承祥从6G的关键技术、6G普适性的模型及6G信道研究方面的挑战，对6G进行解读 。
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