NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)——窄带物联网

作者:张成哲    班级:1402019    学号:14020199042

【嵌牛导读】:NB-IoT是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,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

【嵌牛鼻子】:IoT NB-IoT

【嵌牛提问】:什么是NB-IoT?它相比于传统的IoT主要的优势在哪里?

【嵌牛正文】:

       基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

       NB-IoT基本的几个技术点:

       (1)NB-IoT系统带宽仅200kHz,传输带宽为180kHz,两侧各保留10K的保护带宽。

       (2)物理层下行采用12个子载波,每个子载波间隔15kHz。

       (3)物理层编码、调制和传输模式相比于LTE均有不同程度的简化。

       (4)为降低终端功耗,减小终端处理的复杂度,下行不支持波束赋型与空分复用等较复杂的传输方式。

       (5)物理层上行除常规的15kHz子载波间隔外,还增加了3.75kHz的子载波间隔,支持用户上行使用单子载波传输,以提升上行传输的功率谱密度,增加覆盖能力。

       首先看传输速率,从传输速率来看,NB-IOT是典型的窄带应用速率,那么就具备窄带通信的速率低,延时较长等基本特点。TR45.820中对速率的预期指标要求是上下行至少支持160kbps,目前NB-IoT速率预估的范围为下行小于250kbps,那么通信速率高于这个数值的应用领域无法适用。从速率角度来看,基本和当前国网智能电表中使用的窄带电力线载波芯片速率相当。

       其次,关于时延问题,如果提供可靠的数据传输,需要引入重传机制,那么也会带来由于大量数据重传将导致时延增加。TR45.820中仿真测试了异常报告业务场景,在保证99%可靠性,不同耦合耗损环境下的时延。目前3GPPIoT设想允许时延约为10s,但实际可以支持更低时延,大概6s左右,如果时延要求高于此数值类型的通信网络也不适用。所以我们可以得出结论:NB-IOT适用于速率在250Kbps以下,时延容忍度大于10秒的场景。

       在低功耗方面,NB-IoT借助PSM(Power Saving Mode,节电模式)和eDRX(Enhanced Discontinuous Reception,延长的非连续接受)可实现更长待机。在PSM模式下,终端仍旧注册在网但信令不可达,从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的,实际上是可以看成是深度睡眠状态。eDRX是Rel-13中新增的功能,进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期,减少接收单元不必要的启动,相对于PSM,大幅度提升了下行通信链路的可到达性。

       总结下来可以得出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;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;三是更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10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。

       因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势,使其可以广泛应用于多种垂直行业,如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP标准的首个版本预计在今年6月发布,到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。

       目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状,余泉详细阐述了三个精彩观点:一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年,标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。

      德国电信和沃达丰已经采取行动,利用现有基站进行预部署试点,预计试商用部署在2016年下半年进行,正式商用将从2017年初开始。沃达丰的Ibbetson表示,对3GPP标准的整合充满信心,但他也指出这一过程缓慢而艰难。“希望窄带物联网能在2016年3月份前成为独立标准,同时我们需要尽快决定使用哪个频段。如果产业链不能将单模块成本降到两三美元以下,实现大规模应用,NB-IoT市场就做不起来。我们需要从全局角度出发,以极低的成本将物联网模块嵌入设备中。”

        华为也希望相关标准能尽快得到确认,这样行业才能启动大规模的物联网部署。胡厚昆指出:“华为在技术方面已经准备就绪,希望能尽快抓住窄带物联网的机遇。要想刺激NB-IoT大规模发展,通信模块成本必须低于5美元。如果成本降到1美元以内,则会带来爆发式增长。”

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