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史上最全面的物联网NB-IoT通信技术的系列经典问题清单及应用详解......

日期: 2018-01-30
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物联网各垂直应用领域里,先看看暂定为国际标准的NB-IoT技术的部署,看看适合NB-IoT技术的垂直应用场景有哪些?垂直应用服务商又该如何部署?

1 NB-IoT适合的垂直应用场景有哪些?

史上最全面的物联网NB-IoT通信技术的系列经典问题清单及应用详解......

2 NB-IoT垂直应用领域的部署成本是什么?

NB-IoT垂直应用领域的部署成本包含硬件成本、网络成本、安装成本、服务成本。若想实现应用领域的规模化,必须降低部署成本。


3 垂直应用领域对NB-IoT的关注点在哪里?


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。


4 NB-IoT的芯片厂家有哪些?


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2017年Q3进入价格竞争状态。


5 电力抄表是否青睐NB-IoT?


电力抄表的场景分为用户侧通信和配网通信系统。电力负荷监控系统频段采用230MHz+1.8GHz的TD-LTE专网。


用户电表的远程抄表采用过很多技术,包括GPRS、3G、LTE、PLC、Zigbee、433MHz等等,抄表频率的目标是15分钟一次采集和上传,每天96个点,以便实现电网的在线监测控制。


中国等居住集中的地方主要是采用集中式抄表,主要有电力光纤集抄和GPRS集抄(占比超过50%),欧美等居住分散的地方主要采用独立抄表。由于电力抄表供电不是问题,数据量相对较大,目前尚未体会到电力抄表利用NB-IoT的迫切需求。

史上最全面的物联网NB-IoT通信技术的系列经典问题清单及应用详解......

6 水表抄表是否青睐NB-IoT?


预计2016 年全球智能水表安装数将上升到3250万只,占全部水表的比例将超过30%。目前,中国智能水表安装比例仅为15%,预计从2016年起年均复合增长率超过30%。


水表的增量市场大多采用M-Bus总线通信。水表的存量市场是无线水表的机会。无线水表的施工简单,因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题,迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题。


7 气表抄表是否青睐NB-IoT?


气表对安全性要求较高,需要测试时间1-2年。现阶段,燃气表计开始大量使用GPRS通信,一周抄一次,一年资费约6元人民币。


目前,自动抄表成本高于人工成本,但燃气面临阶梯定价的问题。因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题,迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题,但前提是解决安全性测试问题。


8 智能停车是否青睐NB-IoT?


场库停车已经有很多技术手段的落地应用,各有特色,目前的难题是通信网络覆盖问题。占道停车方便了车主停车,但不利于道路通行,超大城市的占道停车位置呈现减少的趋势。占道停车通常是采用人工收费、POS机收费、地磁车检器辅助收费等方式。


NB-IoT技术用于车检器,可以几年不用更换电池、网络覆盖到位、节省人工成本、减少道路拥堵、培养良好的停车习惯等。

9 智慧路灯是否青睐NB-IoT?


智慧路灯属于市政工程,供电不是问题,主要是资费。目前主要是路段管理。也有单灯管理,采用PLC+GPRS方式通信,因网关固定位置,对信号覆盖要求高。综合性的智慧路灯,因需要WiFi覆盖,采用LTE通信。


NB-IoT的网络覆盖优势加上资费的优势,可渗透到单灯管理的系统中。


10 电梯物联网是否青睐NB-IoT?


电梯的控制箱大多是在楼顶,通过接入CAN总线来获取数据。有采用GPRS单独通信的模式,也有采用Zigbee+GPRS的组网模式。因电梯的独立性和高值特性, NB-IoT的网络覆盖优势,可方便管理固定资产。


11智慧物流是否青睐NB-IoT?


高值物品跟踪通常采用M2M+GNSS的模式,主要用于集装箱锁、钱箱、疫苗箱等领域。为了保证1~3个月的工作时间,需要很大的电池供电。


NB-IoT技术可解决低功耗问题,但需要建立在网络覆盖到位,并且全球漫游接入。


12 农业物联网是否青睐NB-IoT?


农业物联网通常采用M2M、Zigbee、433MHz、WiFi、有线等方式,主要问题集中在网络覆盖、供电和成本方面。


NB-IoT技术和传感器结合,全密封外壳,低成本、散布在田野、水下、山林,只要网络覆盖到位,可辅助农业生产上升一个大台阶。对于城郊和一些覆盖到位的区域, NB-IoT可大大提升水产养殖、大棚、花卉等高附加值的农业生产流通领域。


13智能制造是否青睐NB-IoT?


目前很多大型厂区的无线信号覆盖很差,有线通信方式实施困难或成本太高,要实现智能制造的目标,必须保证关键设备和仪器仪表等进行物联网通信。


NB-IoT的网络覆盖能力,配合厂区的光纤网络、宽带网络等,打造一套简单行之有效的全网覆盖能力,这是实现智能制造的基础。


14垃圾桶是否青睐NB-IoT?


垃圾桶具有数量多、分布广、环境差、分类实施难等特点。浙江在试点智能垃圾桶的应用,新加坡和欧洲一些城市采用NB-IoT技术部署垃圾桶。大多数的出发点是监测垃圾桶的满箱,辅助指导垃圾车的行驶路线,以节省司机数量和车辆油耗。


目前来看,国外部分国家因为路线较长、人力较贵等因素,通过NB-IoT来实现垃圾桶的自动化管理。但国内较难实施。

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15消防栓是否青睐NB-IoT?


目前,水务公司为了让消防栓的浪费率从30%降低到10%,在消防栓的大栓盖增加GPRS通信功能,便于对消防栓的偷漏水进行平台化管理。因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题,迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题。


16智能家居是否青睐NB-IoT?


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。


17可穿戴智能设备是否青睐NB-IoT?


独立可穿戴设备迫切需要NB-IoT技术,尤其是长期的慢病监测、老人小孩和宠物的跟踪管理,因其不依赖智能手机,可以几年不用充电,可以不丢失数据,可以做到易抛型,可以解决目前依赖WiFi、蓝牙通信手段的多种弊端。


18智能建筑是否青睐NB-IoT?


智能建筑的能耗分项计量、环境监测、大型固定资产管理等,比较适合NB-IoT技术。各种表计、空调、灯光、报警、温湿度、环境参数、地下空间、管道管廊等等, NB-IoT可简化现有体系的复杂度。


19报警探测器是否青睐NB-IoT?


家用报警探测器通常采用9V电池供电,多数属于本地报警。联网式报警很难普及的因素是供电以及安装位置。NB-IoT技术可保证设备超过5年的工作时间,并可提醒传感器失效或者电池缺电,为家庭、社区、出租户等提供安全放心的便捷手段。


20NB-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。



21中国的NB-IoT产业落地会不会走在全球的前列?


未来三年全球M2M物联网连接数高速增长,中国物联网连接数将保持全球第一,极大促进国内物联网上层应用蓬勃发展。


截止到2015年年底,中国的物联网M2M连接数已经达到了7400万,占到全球物联网M2M连接数的23%,全球第一,远超美国和欧洲国家。


中国人口基数大,对智能制造、智慧物流、智能交通等方面的需求不断增加,未来中国物联网上层应用需求也将持续蓬勃发展,创造巨大的商业价值。

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22中国的NB-IoT产业能否摆脱国外体系的依赖性?


未来LTE从高速和低速两个方向上向5G演进,满足物联网应用的多样化需求,促进行业上层应用蓬勃发展。NB-IoT在物联网低速、低成本领域提供通信支持,满足不同细分市场的需求。


在无人驾驶、VR、远程手术等复杂应用方面对传输带宽要求高、传输数据量极大并且要求超低时延的应用场景,对网络技术提出了新需求,只有到5G规模化部署才能实现这些物联网复杂应用场景。


物联网产业的发展趋向于扁平化,中国的技术和市场将和全球产业链趋于同步,最终实现万物互联。


该部分分享的是关于NB-IoT技术方面的问题清单与答案:


23 NB-IoT和其它低功耗广域网的技术对比?


24 NB-IoT标准会支持TDD LTE吗?


目前,FDD LTE系统支持NB-IoT技术,目前TDD LTE系统不支持NB-IoT技术。


NB-IoT的物理层设计大部分沿用LTE系统技术,如上行采用SC-FDMA,下行采用OFDM。高层协议设计沿用LTE协议,针对其小数据包、低功耗和大连接特性进行功能增强。核心网部分基于S1接口连接,支持独立部署和升级部署两种方式。


25 NB-IoT支持基站定位吗?


R13不支持基站定位,但运营商网络可以做私有方案,比如基于小区ID的定位,不会影响终端,只需要网络增加定位服务器以及与基站的联系即可。


R14计划做定位增强,支持E-CID、UTDOA或者OTDOA,运营商希望的定位精度目标是在50米以内。


如果从终端复杂度角度考虑,UTDOA更好,因为对终端几乎没有影响,并且在覆盖增强情况下(地下室164dB),UTDOA(上行)功耗更低;如果大部分场景不需要覆盖增强,从网络容量角度来看,OTDOA(下行)会更好。


26NB-IoT的部署方式有哪些?


NB-IoT支持3种不同部署方式,分别是独立部署、保护带部署、带内部署。


独立部署:可以利用单独的频带,适合用于GSM频段的重耕。

保护带部署:可以利用LTE系统中边缘无用频带。

带内部署:可以利用LTE载波中间的任何资源块。

27NB-IoT采用什么调制解调技术?


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。


28NB-IoT基站的连接态用户数和激活用户数是多少?


NB-IoT比2G/3G/4G有50~100倍的上行容量提升,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。200KHz频率下面,根据仿真测试数据,单个基站小区可支持5万个NB-IoT终端接入。


29NB-IoT基站的覆盖范围是多少?


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。

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30NB-IoT上下行传输速率是多少?


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)。


31NB-IoT是否支持重传机制?


NB-IoT为实现覆盖增强采用了重传(可达200次)和低阶调制等机制。


32NB-IoT是否支持语音?


NB-IoT在没有覆盖增强的情况下,支持的语音是Push to Talk。在20dB覆盖增强的场景,只能支持类似Voice Mail。NB-IoT不支持VoLTE,其对时延要求太高,高层协议栈需要QoS保障,会增加成本。


33NB-IoT的芯片为什么功耗低?


设备消耗的能量与数据量或速率有关,单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小。

NB-IoT引入了eDRX省电技术和PSM省电模式,进一步降低了功耗,延长了电池使用时间。NB-IoT可以让设备时时在线,但是通过减少不必要的信令和在PSM状态时不接受寻呼信息来达到省电目的。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。eDRX省电技术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,大幅度提升了下行可达性。


34NB-IoT休眠唤醒模式是否影响电池寿命?


目前NB-IoT给出的工作时间是基于仿真数据提供,未考虑电池本身因素和环境因素,比如电池的自放电和老化问题、高低温环境影响等。实际使用时需根据现实情况综合评估电池供电时间。NB-IoT采用休眠唤醒的省电方案,电池在睡眠期间被唤醒时会收到瞬时的强电流,这将极大影响电池寿命。


抄表类的应用通常采用锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池配合超级电容。消费类电子和其他应用通常采用聚合物锂电池来供电。


35NB-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。

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36NB-IoT对设备移动速率的范围是多少?


NB-IoT是为适用于移动性支持不强的应用场景(如智能抄表、智能停车等),同时简化终端的复杂度、降低终端功耗。NB-IoT不支持连接态的移动性管理,包括相关测量、测量报告、切换等。


37NB-IoT的网络时延是多少?


NB-IoT允许时延约为10s,但在最大耦合耗损环境中可以支持更低的时延,如6s左右。


此部分为解秘书长从12个角度来阐述运营商在部署NB-IoT技术时的问题:


38 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。


39 国内外运营商对NB-IoT的频段是如何划分的?


全球大多数运营商使用900MHz频段来部署NB-IoT,有些运营商部署在800MHz频段。


中国联通的NB-IoT部署在900MHz、1800MHz频段,目前只有900MHz 可以试验。中国移动为了建设NB-IoT物联网,将会获得FDD牌照,并且允许重耕现有的900MHz、1800MHz频段。中国电信的NB-IoT部署在800MHz频段,频率只有5MHz。


40国内运营商拥有的可使用的NB-IoT频段

中国联通在2016年在7个城市(北京、上海、广州、深圳、福州、长沙、银川)启动基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外场规模组网试验,以及6个以上业务应用示范。2018年将开始全面推进国家范围内的NB-IoT商用部署。中国移动计划于2017年开启NB-IoT商用化进程。中国电信计划于2017上半年部署NB-IoT网络。华为联合六家运营商(中国联通、中国移动、沃达丰、阿联酋电信、西班牙电信、意大利电信)在全球成立六个NB-IoT开放实验室,聚焦NB-IoT业务创新、行业发展、互操作性测试和产品兼容验证。中兴通讯联合中国移动在中国移动5G联合创新中心实验室完成NB-IoT协议的技术验证演示。融创芯城一站式电子元器件,项目众包方案共享平台!


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