窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性

劉眷燕

摘要 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是最近幾年才興起的一項(xiàng)基于信息網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也是當(dāng)今世界步入信息化社會的最有力證明，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多關(guān)鍵的領(lǐng)域，獲得人們普遍的認(rèn)可和接受。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展情況，重點(diǎn)針對窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做以深入的分析，對該技術(shù)在實(shí)際生活中的具體應(yīng)用，有很強(qiáng)的實(shí)用性和參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】窄帶 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 探討

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不單是指一項(xiàng)技術(shù)，而是許多通信技術(shù)的統(tǒng)稱，因?yàn)樗鼈冊诠δ苌系南嗨菩?，都被統(tǒng)一劃歸到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的范疇。一般情況下，人們會根據(jù)傳輸?shù)木嚯x對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分類，大體可分兩類：

（1）短距離物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括我們所熟知的Wi-Fi和藍(lán)牙技術(shù)，這種短距離物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛用于智能家居等領(lǐng)域。

（2）低功耗的廣域網(wǎng)系統(tǒng)，比如智能化電子抄表系統(tǒng)就屬于這個(gè)范疇。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起源于2014，當(dāng)年5月，華為及沃達(dá)豐公司在共同的研究中首次提出了NB-M2M技術(shù)，就在同一年，高通公司也正式發(fā)布窄帶正交頻技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)在第二年被統(tǒng)一合并成為新的一項(xiàng)通信技術(shù)，即NB-CIoT。而就在7月，愛立信公司也提出與此類似的NB-LTE技術(shù)方案。當(dāng)年9月，經(jīng)過激烈的討論之后，最終把兩項(xiàng)技術(shù)：NB-CIoT和NB-LTE做以進(jìn)一步的融合處理，并將新技術(shù)命名作NB-IoT，而這個(gè)NB-IoT技術(shù)，其就是現(xiàn)在我們所說的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在2016年6月RAN全會上成為一項(xiàng)非常重要的課題，獲得廣泛的關(guān)注。最終，該技術(shù)執(zhí)行的3GPP協(xié)議及其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容獲得正式批準(zhǔn)，這也宣告了窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的正式登場，為后繼的應(yīng)用和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性

與其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著自己獨(dú)特的技術(shù)性能，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域獲得更多的應(yīng)用發(fā)展空間。具體來說，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性表現(xiàn)在如下的4個(gè)方面。

2.1 靈活部署有助于對頻帶的成分利用

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可支持3種主要的部署方式：獨(dú)立部署、保護(hù)帶部署、帶內(nèi)部署。當(dāng)進(jìn)行獨(dú)立部署時(shí)，用戶能利用網(wǎng)絡(luò)提供的單獨(dú)頻率使用范圍的頻帶，比較適合于采用GSM重耕頻段的通信使用。對于保護(hù)帶部署，用戶可通過LTE系統(tǒng)中那些無用邊緣頻帶范圍，實(shí)現(xiàn)對頻帶的最高效利用。當(dāng)執(zhí)行帶內(nèi)部署時(shí)，用戶通過LTE載波中任意資源塊進(jìn)行信息傳輸，此時(shí)，NB-IoT可實(shí)現(xiàn)無限趨近LTE頻帶內(nèi)的資源塊，為防止電磁干擾，窄帶物聯(lián)網(wǎng)3GPP協(xié)議明確NB-IoT信號以及LTE信號的功率密度不允許大于6dB。

2.1.1 覆蓋范圍增強(qiáng)導(dǎo)致低時(shí)延的情況

按照TR42.120系統(tǒng)的數(shù)據(jù)仿真結(jié)果，可得出獨(dú)立部署下，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋能力也能達(dá)到164dB的強(qiáng)度，對于帶內(nèi)部署以及保護(hù)帶部署的情況，目前還沒有相關(guān)的仿真模擬測試。為達(dá)到增強(qiáng)覆蓋范圍的目標(biāo)，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用低階調(diào)制和重傳等措施。當(dāng)耦合信號的損耗達(dá)到158 dB的情況下，若此時(shí)能夠提供穩(wěn)定的信息傳輸性能，因?yàn)樾枰獙⒋罅康臄?shù)據(jù)進(jìn)行重傳處理，這將造成時(shí)延不同程度的增加，TR42.120系統(tǒng)的仿真測試中，對于報(bào)告異常的業(yè)務(wù)環(huán)境、確保99%以上的可靠性、不一致耦合損耗條件下的實(shí)際時(shí)延問題。就目前的情況，3GPP IoT協(xié)議預(yù)設(shè)的合理時(shí)延取作lOs，但在實(shí)際工作中也可支持系統(tǒng)保有更低的時(shí)延狀態(tài)，經(jīng)驗(yàn)測試值大概6s上下。

2.1.2 不具備連接態(tài)移動性的支持管理

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最初的設(shè)計(jì)目的就是要適應(yīng)移動性要求不高的應(yīng)用環(huán)節(jié)，這樣就可以對復(fù)雜的終端進(jìn)行簡化，進(jìn)而促進(jìn)了終端功耗的進(jìn)一步下降，在Rel-13中窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將對連接態(tài)的入網(wǎng)設(shè)備移動管理不會形成實(shí)質(zhì)的支持，這些方面主要包括連接狀態(tài)的測量及其相應(yīng)的質(zhì)量報(bào)告等內(nèi)容。

2.1.3 更低的功耗

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過采用節(jié)電模式以及非連續(xù)超長接收這兩種方式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備更長的待機(jī)時(shí)間設(shè)計(jì)目標(biāo)。而PSM通信技術(shù)屬于Rel-12協(xié)議中新出現(xiàn)的技術(shù)內(nèi)容，在該工作模式下，用戶終端還可以網(wǎng)上注冊，但實(shí)際上其信息和指令是無法送達(dá)的，這樣可以讓終端有更多時(shí)間處于深睡眠狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)省電目標(biāo)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的節(jié)能目標(biāo)體現(xiàn)在對于那些比較典型的低頻次和低速率的業(yè)務(wù)類型，實(shí)現(xiàn)該省電目標(biāo)的等容量電池，其預(yù)期的使用壽命至少要達(dá)到超過10年的目標(biāo)。

2.2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具備4個(gè)比較顯著的特點(diǎn)：

（1）覆蓋面積廣，該技術(shù)可以改進(jìn)數(shù)據(jù)傳播在室內(nèi)的覆蓋質(zhì)量，同頻段下，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要比目前主流通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)信號增益超過20dB，實(shí)際覆蓋的面積也可以擴(kuò)大100倍。

（2）提供海量數(shù)據(jù)連接的支持能力，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)工作扇區(qū)就可以支持超過10萬個(gè)客戶端的連接請求。

（3）更低的運(yùn)行功耗，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的終端模塊其理論待機(jī)時(shí)長可以滿足10年以上的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）更低的制造成本，企業(yè)級別的單獨(dú)連接模塊其均價(jià)低于5美元。

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特性的考慮，該技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，完全符合各種對于低功耗、深覆蓋、大容量需求的低速率通信業(yè)務(wù)。因?yàn)檎瓗锫?lián)網(wǎng)的移動性功能較差，所以適合一些靜態(tài)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，或者非連續(xù)性移動狀態(tài)下實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)環(huán)境。作為窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)起者，華為公司己聯(lián)合多家運(yùn)營商在許多國家完成包括智能水表、停車、垃圾箱等業(yè)務(wù)功能的驗(yàn)證，對智能化城市的建設(shè)有非常大的支持作用。沃達(dá)豐公司與華為一起在2015年底完成了窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的首個(gè)商用項(xiàng)目測試，將窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成功整合進(jìn)沃達(dá)豐已經(jīng)使用的移動信息網(wǎng)絡(luò)，有效地解決了存在的信號覆蓋以及過大功耗等一系列問題。

2.3 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所面臨的問題和挑戰(zhàn)

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)比傳統(tǒng)意義上的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢，但同時(shí)也還有其技術(shù)上的局限性問題，有待今后的研究中得到很好地解決。按照對典型通信業(yè)務(wù)建模的仿真模擬測試結(jié)果，單獨(dú)小區(qū)能夠支持超過10萬個(gè)窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的終端申請接入。但同時(shí)，這種依靠中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)管理的運(yùn)作方式，會導(dǎo)致時(shí)間過長的插詢等待周期，而就物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這種類型的高密度數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)而言，這種中心管理的方式未必適合，進(jìn)行以此查詢的時(shí)間，其造成的成本非?？赡茏屨麄€(gè)系統(tǒng)無法承受。更好的選擇是采用分層設(shè)計(jì)模式，這樣運(yùn)作起來會有更高的執(zhí)行效率。

3 結(jié)束語

綜上所述，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種新型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其具備一些非常優(yōu)異的性能，比如，它的覆蓋面積更大，它的節(jié)能效果更好等，但同時(shí)，其也要受到一定的技術(shù)局限，這也使得其在具體的應(yīng)用中表現(xiàn)有待提高?？紤]到該技術(shù)只是最近兩年才出現(xiàn)的新技術(shù)，隨著各個(gè)技術(shù)難題被不斷克服，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必然會有一個(gè)非常廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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