【物联网通信技术】——NB-IoT

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概述

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things 窄带物联网)是运营商主力推动的低功耗广域网技术(LPWAN);物联网无线通讯网络的特点是需要低功耗、广覆盖、海量数据连接、低速率。这些特点造就了NB-IoT的快速发展,尤其是在中国三大运营商的推动下,发展迅速。

NB-IOT

移动网络由于手机的迅速发展而遍布全球,因此借助于移动网络而兴起的NB-IoT网络,就比我们常用的WiFi蓝牙ZigBee等无线短距离连接而获取了更多的优势。相比低功耗广域网其他几项技术(LoRa、SigFox、eMTC),其中NB-IoT、eMTC是使用的授权频段,并构建于蜂窝网络。NB-IoT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。由于可以与现有网络并存,得到了运营商的大力推进,让产品的价格、部署的成本都逐步降低。

历史

NB-IoT由运营商来主导的原因是因为运营商发现市场对于物联网的需求越来越多,从20世纪80年代开始就出现了很多窄带数据传输的技术,ARDIS网络(Motoral与IBM合作开发)、Mobex(爱立信和Televerket Radio联合开发)、Alarm.net(霍尼韦尔)等都通过窄带技术传输相关的数据和服务。

但随着GSM网络的快速发展,数据服务开始向2G的网络进行转移,尤其很多企业开始整合GPRS模组,让运营商很快的理解到这块市场的快速发展。大名鼎鼎的3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)基于对整个无线广域通讯体系的能量,同样也想称霸整个物联网通信,因此不遗余力的推广物联网的标准。因此在2016年6月在西班牙巴塞罗那举行的世界移动通信大会,3GPP进行组织确定了其技术名称为NB-IoT。

NB-IoT发展路线图
NB-IoT发展路线图

NB-IoT特点

NB-IoT可以在不同的无线频率上进行部署,部署方式有独立部署(Stand alone)、保护带部署(Guard band)、带内部署(In band)。照字面意思,独立部署就是单独部署频段,没有干扰(800MHz);保护带部署是利用LTE系统的边缘保护频率;带内部署是利用LTE载波的某一个频段。

运行频段

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, 频宽分别为6MHz 和20MHz。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,频宽10MHz。中国电信的NB-IoT部署在800MHz频段,频宽15MHz.

网络覆盖

为了增强信号覆盖,其下行信道上,网络系统通过重复向终端信号发送数据,再由终端信号将重复的数据进行合并以提高其通信的质量。在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,相当于提升了100倍覆盖区域的能力

终端连接数量

一个扇区能够支持几万个连接,尤其是在独立部署的情况下,其容量可以超过10万个。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。

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)。

功耗

NB-IoT有两种工作模式来保障通信模块的休眠,以让其低功耗运行,其通信只在约定的时间进行短暂的工作,用以监听其它设备的信号,其它的时间都是处于关闭状态。这两种模式是PSM(省电模式,Power Saving Mode)和eDRX(不连续接收模式,Extended Discontinuous Reception).

成本

NB-IoT的通信协议是基于LTE进行设计,但是简化了其中的协议栈,因此软件和硬件成本都相应的降低了配置,也可以减少功耗,延长电池寿命。NB-IoT采用半双工的通信方式,终端产品无法同时发送和接收数据,这样也减少了元件的配置降低了成本。

安全性

NB-IoT网络需要提供用户与网络之间的双向身份识别和安全通道,实现信令和用户数据的安全传输。还可基于网络接入认证功能进行安全能力开放,即业务应用直接使用网络层认证结果或认证参数,不再对终端进行单独认证,降低因设备双层认证而带来的消耗

网络稳定性

由于运营商的加入,稳定和可靠有一定的保障,能提供电信级的可靠性接入,稳定支撑IoT应用场景

芯片供应商

主要模组供应商

  1. U-BLOX
  2. Telit
  3. Sierre Wireless
  4. Gemalto
  5. 深圳广和通无线股份有限公司
  6. 深圳高新兴
  7. 深圳美格智能
  8. 深圳有方科技股份有限公司
  9. 上海移远通信技术有限公司
  10. 利尔达科技有限公司
  11. 上海移柯通信技术有限公司
  12. 芯讯通无线科技(上海)有限公司
  13. 龙尚科技(上海)有限公司
  14. 中移物联网有限公司
  15. 联想懂的通信
  16. 厦门骐俊物联网股份有限公司

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