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?編輯導語：隨著科技的發(fā)展，除了我們平常用到的網(wǎng)絡之外，還有一個連接設備與設備之間的物聯(lián)網(wǎng)；它把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理；本文作者分享了關于物聯(lián)網(wǎng)LPWA通信技術，我們一起來看一下。

01 什么是NB-IoT？

要明白什么是NB-IOT，我們首先要了解什么是低功耗廣域網(wǎng)，它的英文全稱為Low Power Wide Area Network（簡寫：LPWAN)? ，即低功耗廣域網(wǎng)絡，是區(qū)別于我們日常所熟知的3-4-5G遠距離通訊網(wǎng)絡；它是一種遠距離低功耗的無線通信網(wǎng)絡技術，主要包含NB-IOT、LoRa、Sigfox、eMTC四種，其中NB-IOT、LoRa近年來備受市場的關注和追捧尤其是NB-IOT。

我們都知道物聯(lián)網(wǎng)是萬物互聯(lián)，隨著我們第6版互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPv6）的誕生，支持2^128個網(wǎng)絡地址，就意味著地球上每平方英寸可分配4.3×10^20網(wǎng)絡地址，而這為每一個物聯(lián)設備尤其是傳感器都能分配一個網(wǎng)絡地址掃除了障礙。

未來每一個設備都能夠基于自己的網(wǎng)絡地址實現(xiàn)“上網(wǎng)”、與其他設備“交流”，我們日常接觸的3-4-5G，主要是用于人與人之間的網(wǎng)絡通訊；而LPWAN存在的意義我們可以理解為，為設備之間的通訊打好通信網(wǎng)絡基礎，而且這種通訊技術具有網(wǎng)絡覆蓋范圍廣、終端功耗低等特點比較適合大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應用部署。

說完LPWAN，開始來介紹其中的主角，NB-IOT。

NB-IOT全稱之為Narrow Band-Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)；基于蜂窩網(wǎng)絡，可直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，部署成本低；它的傳輸距離可達十幾公里，每個網(wǎng)絡單元可以支持接入50，000個設備終端。

速度方面，NB-IoT的頻射網(wǎng)絡帶寬為200kHz。傳輸速率一般在160kbps-250kbps之間；又由于NB-IOT通訊結構及設備本身的數(shù)據(jù)接收及上報模式的設置等因素，NB-IOT通訊常會具有10s內的傳輸延時。

02 NB-IoT組網(wǎng)通訊及工作方式？

NB-IoT通訊通常具有以下幾個部分：

1. NB-IoT通訊模塊：具有NB-IoT通訊模塊的相關設備就可具備NB-IoT通訊能力；
2. 供電模塊：設備運行需要用電。對時延有高要求的業(yè)務需要采取持續(xù)有線供電，如智慧路燈；若是對時延要求不高的業(yè)務場景，則會采用紐扣電池或家里常見的5號電池，如埋在地下的用電池的NB-IoT水表，一用就是3-5年。
3. 物聯(lián)網(wǎng)卡：給設備上網(wǎng)用的流量卡，用于設備通訊，可對應理解為人們上網(wǎng)需要開通流量包；
4. NB-IoT通訊基站：NB-IoT設備獲取到的信息需要發(fā)送給專門的NB-IoT基站，不支持自組網(wǎng)模式；目前國內的3大運營商甚至華為等廠商都已經在積極布局NB-IoT基站，國外如沃達豐、德國電信、日本軟銀等十幾家運營商也都紛紛入局參與NB-IoT基站網(wǎng)絡的建設。
5. 用戶服務器：基站收到設備的數(shù)據(jù)發(fā)送到對應的用戶服務器，并基于服務器的數(shù)據(jù)在對應的PC、手機APP端進行相關的數(shù)據(jù)管理及頁面展示。

NB-IoT三種工作模式

設備除了本身上報數(shù)據(jù)之外可能還需要進行相應的業(yè)務動作，如關煤氣閥門等，這時候操作指令需要下發(fā)至設備，被設備接收并執(zhí)行；但是發(fā)送指令首先要搜索到相關設備，于是就存在了以下幾種工作模式。

模式一：隨時待命模式

DRX，隨時接收數(shù)據(jù)，和隨時監(jiān)視一樣，所以耗電量最高，（DRX待機功率約為1mA），但隨時可以搜到設備。

模式二：間歇性休眠偷懶模式

eDRx：是指打開網(wǎng)絡一段時間，然后關閉網(wǎng)絡一段時間；數(shù)據(jù)on時可以接收，但停止時不能接收；停止時間可以設定為數(shù)十秒到數(shù)小時（每隔5分鐘eDRX的待機功率約為0.2mA）——睡眠不工作、省電，找到設備需要幾分鐘甚至1-2h。

模式三：間歇性休眠偷懶模式PLUS+

PSM：eDRX省電升級版，降低eDRX交換網(wǎng)絡的頻率，低到每隔幾天開放一次網(wǎng)絡的程度，找到設備可能需要一兩天時間；同樣，網(wǎng)絡打開時可以接收數(shù)據(jù)，但網(wǎng)絡沒有打開時不能接收數(shù)據(jù)（在PSM模式下，待機功耗是微安全級別，在這種情況下，“一個電池一般可用5年”）。

總結：

各種模式的存在的核心還是在于滿足各場景應用需求、最大限度的降低設備運行能耗，延長設備工作時間和壽命。

各模式可轉換，通過相關傳感器實現(xiàn)工作狀態(tài)的切換，如加速度傳感器、動作切換觸發(fā)器；如智能井蓋，加速度傳感器檢測到反轉，可以由“偷懶休息模式”切換到DRX（隨時待命）模式，隨時準備上報最新的井蓋狀態(tài)，做好安全防范。

03 NB-IoT適用于什么條件？哪些場景、？

NB-IoT網(wǎng)絡通訊比較適合于終端較為分散、環(huán)境網(wǎng)絡信號不好、沒有穩(wěn)定電源、傳輸速率要求相對較高、中&高頻上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)惹闆r。

主要場景應用有，共享單車、智慧門鎖、智慧路燈、智慧監(jiān)控、水電抄表、智慧煙感等。

04 NB-IoT典型應用介紹——水電抄表

NB-IoT通訊技術，目前在能源電力行業(yè)應用的最為成熟，只要裝一個具有NB-IoT通訊模塊的水電表就能實現(xiàn)遠程抄表，而且NB水電表通常都是通過電池來進行供電。

一般來說，NB水、電表設備15分鐘（可DIY）采集一次實時數(shù)據(jù)，既每天96個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以通過既定的協(xié)議采取實時發(fā)送（比較耗電），也可以一天上報一次，幾天上報一次都可以，只需要將采集好的數(shù)據(jù)打包好就行。

如圖，水電表將收集上的數(shù)據(jù)定時定點通過NB-IoT通訊模塊上傳到NB-IoT通訊基站，由基站將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到對應的服務器上；并且PC管理后臺、手機應用端都是基于服務器來進行相應的數(shù)據(jù)展示及管理。

05 NB-IoT優(yōu)、缺點？

NB-IoT優(yōu)點：

• 連接多：每個單元可以支持50，000個設備終端連接管理。
• 信號好：NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，即使將水表埋在人孔的復蓋下，NB-IoT也不會影響信號的收發(fā)。
• 不需要網(wǎng)關組網(wǎng)：成本低、組網(wǎng)運行更靈活、簡單。
• 低功耗：待機可用10年。

NB-IoT缺點：

• 高密度網(wǎng)絡不適合使用中央管理模式，一個單元可以支持100，000個NB-IoT終端訪問，輪訓增加系統(tǒng)負擔。
• 模塊成本高：相較而言，NB-IoT模塊比ZigBee、lora等芯片NB-IoT更貴。
• 相關人力及實施成本如：如硬件成本、安裝成本、服務成本較高。

本文由 @知識農夫 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產品經理，未經許可，禁止轉載。

題圖來自Unsplash，基于CC0協(xié)議。