NB-IoT究竟是什么？从概念到技术详解

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NB-IoT究竟是什么？

　　物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z－wave等短距离通信技术；另一类是LPWAN（low－powerWide－AreaNetwork，低功耗广域网），即广域网通信技术。LPWA又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2／3／4G蜂窝通信技术，比如EC－GSM、LTECat－m、NB－IoT等。

　　NB－IoT是指窄带物联网（NarrowBand－InternetofThings）技术。NB－IOT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。NB－IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。

　　NB-IoT是新兴的物联网技术，因为低功耗、连接稳定、成本低、架构优化出色等特点而备受关注，华为作为国内研发NB-IoT技术的领军企业，也颇受科技界关注。

　　NB-IOT开发流程

　　NB-IoT芯片模组开发流程图示如下：

    NB-IOT增强技术

　　为了满足更多的应用场景和市场需求，3GPP在Re-14中对NB-IoT进行了一系列增强技术并于2017年6月完成了核心规范。

　　增强技术增加了定位和多播功能，提供更高的数据速率，在非锚点载波上进行寻呼和随机接入，增强连接态的移动性，支持更低UE功率等级。

　　具体如下：

　　1、定位功能

　　定位服务是物联网诸多业务的基础需求，基于位置信息可以衍生出很多增值服务。NB-IoT增强引入了OTDOA和E-CID定位技术。终端可以向网络上报其支持的定位技术，包括基于OTDOA、A-GNSS、E-CID、WLAN和蓝牙等的定位技术，网络侧根据终端的能力和当下的无线环境，选择合适的定位技术。

       2、多播功能

　　为了更有效地支持消息群发、软件升级等功能，NB-IoT增强引入了多播技术。多播技术基于LTE的SC-PTM，终端通过SC-MTCH接收群发的业务数据。

　　3、数据速率提升

　　Rel-14中引入了新的能力等级UECategoryNB2，CatNB2UE支持的最大传输块上下行都提高到2536比特，一个非锚点载波的上下行峰值速率可提高到140/125kbps。

　　4、非锚点载波增强

　　为了获得更好的负载均衡，Rel-14中增加了在非锚点载波上进行寻呼和随机接入的功能。这样网络可以更好地支持大连接，减少随机接入冲突概率。

　　5、移动性增强

　　Rel-14中NB-IoT控制面CIoTEPS优化方案引入了RRC连接重建和S1eNBRelocationIndicaTIon流程。RRC连接重建时，原基站可以通过S1eNBRelocaTIonIndicaTIon流程把没有下发的NAS数据还给MME，MME再通过新基站下发给UE。用户面CIoTEPS优化方案在无线链路失败时，使用LTE原有切换流程中的数据前转功能。

　　6、更低UE功率等级

　　Rel-14在原有23/20dBm功率等级的基础上，引入了14dBm的UE功率等级。这样可以满足一些无需极端覆盖条件，但是需要小容量电池的应用场景。

　　注：本节资料源于中国信息通信研究院CAI。

　　NB-IOT产业链

       以基础设施层中的硬件为例：

　　芯片处理企业有：

　　1、英特尔

　　简介：英特尔公司（IntelCorporation，NASDAQ：INTC、港交所：4335），是世界上最大的半导体公司，也是第一家推出x86架构处理器的公司，总部位于美国加利福尼亚州圣克拉拉。

　　2、高通

　　简介：高通（Qualcomm）是一家美国的无线电通信技术研发公司，成立于1985年7月，在以技术创新推动无线通讯向前发展方面扮演着重要的角色，以在CDMA技术方面处于领先地位而闻名，而LTE技术已成为世界上发展最快的无线技术。

　　3、东芝

　　简介：东芝(Toshiba)，是日本最大的半导体制造商，也是第二大综合电机制造商，隶属于三井集团。公司创立于1875年7月，原名东京芝浦电气株式会社，1939年由东京电气株式会社和芝浦制作所合并而成，业务领域包括数码产品、电子元器件、社会基础设备、家电等。

　　4、TI

　　简介：德州仪器(TexasInstruments)，简称TI，是全球领先的半导体公司，为现实世界的信号处理提供创新的数字信号处理(DSP)及模拟器件技术。除半导体业务外，还提供包括传感与控制、教育产品和数字光源处理解决方案。TI总部位于美国得克萨斯州的达拉斯，并在25多个国家设有制造、设计或销售机构。

　　5、Atmel

　　简介：Atmel公司为全球性的业界领先企业，致力于设计和制造各类微控制器、电容式触摸解决方案、先进逻辑、混合信号、非易失性存储器和射频(RF)元件。凭借业界最广泛的知识产权(IP)技术组合之一，Atmel为电子行业提供针对工业、消费、安全、通信、计算和汽车市场的全面的系统解决方案。

　　6、ARM

　　简介：ARM公司是苹果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合资企业。ARM(AdvancedRISCMachines)是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

　　7、英伟达

　　简介：NVIDIA（全称为NVIDIACorporation，NASDAQ：NVDA，官方中文名称英伟达），创立于1993年1月，是一家以设计智核芯片组为主的无晶圆（Fabless）IC半导体公司。Nvidia是全球图形技术和数字媒体处理器行业领导厂商，NVIDIA的总部设在美国加利福尼亚州的圣克拉拉市。

　　8、LG集团

　　简介：韩国LG集团于1947年成立于韩国首尔，是领导世界产业发展的国际性企业集团，事业领域覆盖化学能源、电子电器、通讯与服务等领域。LG是乐喜金星的翻译LuckyGoldstars的首字母合称，同时亦涵盖了企业领域的各种不同品牌形象。

　　9、西门子

　　简介：德国西门子股份公司是全球电子电气工程领域的领先企业，创立于1847年，主要业务集中在工业、能源、医疗、基础设施与城市四大业务领域。

　　10、恩智浦

　　简介：恩智浦半导体(NXPSemiconductors)是全球前十大半导体公司，创立于2006年，先前由飞利浦于50多年前所创立，公司总部位于荷兰Eindhoven。2016年北京时间10月27日，被高通以约470亿美元的企业价值收购。

　　11、芯科科技

　　简介：SiliconLabs是由NavSooch、DaveWelland和JeffScott在1996年于美国德州奥斯汀(Austin,Texas)成立，专门开发世界级的混合信号器件。今天，公司已成为营运、销售和设计活动遍及世界各地资本额约5亿美元的上市跨国公司，并且在各种混合信号产品领域居于领先地位。

　　12、InedaSystems

　　简介：InedaSystems成立于2011年，是一家为智能手表等可穿戴设备设计低能耗芯片的技术公司。

　　13、Movidius

　　简介：Movidius成立于2006年，创始人是爱尔兰人肖恩•米切尔(SeanMitchell)和大卫•莫洛尼(DavidMoloney)。总部位于硅谷，在罗马尼亚、爱尔兰设有分支机构，是一家计算机视觉创业公司，2016年已被英特尔收购。

　　传感器企业有：

　　1、恩智浦

　　简介：恩智浦半导体(NXPSemiconductors)是全球前十大半导体公司，创立于2006年，先前由飞利浦于50多年前所创立，公司总部位于荷兰Eindhoven。2016年北京时间10月27日，被高通以约470亿美元的企业价值收购。

　　2、Atmel

　　简介：Atmel公司为全球性的业界领先企业，致力于设计和制造各类微控制器、电容式触摸解决方案、先进逻辑、混合信号、非易失性存储器和射频(RF)元件。凭借业界最广泛的知识产权(IP)技术组合之一，Atmel为电子行业提供针对工业、消费、安全、通信、计算和汽车市场的全面的系统解决方案。

　　3、TI

　　简介：德州仪器(TexasInstruments)，简称TI，是全球领先的半导体公司，为现实世界的信号处理提供创新的数字信号处理(DSP)及模拟器件技术。除半导体业务外，还提供包括传感与控制、教育产品和数字光源处理解决方案。TI总部位于美国得克萨斯州的达拉斯，并在25多个国家设有制造、设计或销售机构。

　　4、NationalInstruments公司

　　简介：NI是一家美国的仪器公司。在进行测试、控制和嵌入式设计应用的过程中，全球工程师和科学家设计、原型、发布系统的方式因NI而改变。NI开放的图形化编程软件和模块化硬件，每年帮助25,000多家公司的客户简化开发、提高效率，并极大地缩短了上市时间。

　　5、libelium

　　简介：Libelium是西班牙知名物联网科技公司,座落于西班牙工业城市萨拉戈萨市。公司成立于2006年，经过十年的稳步发展已成为集科技研发，生产，销售于一体的专业物联网科技公司，并在国际上享有盛名。

　　6、psikick

　　简介：Psikick公司位于夏洛茨维尔，是一家致力于电池芯片研发的公司，其团队一直在研究名为亚阈值处理（subthresholdprocessing）的技术。经过多年的试验，Psikick团队得以设计出这样一种片上系统（SoC），它拥有与市面上或实验室中同类片上系统相同或更强大的功能，但能耗却只有前者的百分之一甚或千分之一。

　　7、Qualtre

　　简介：Qualtré™成立于2008年，是全球领先的固态、硅MEMS运动传感器开发商，解决方案应用于各种市场，包括工业，移动，消费和汽车等。Qualtré已经开发了下一代多轴体声波运动传感器（BAW）MEMS陀螺仪技术。

　　8、美新

　　简介：美新半导体有限公司是一家从事制造、研发和销售微电子机械集成(MEMS，IC)科技芯片的半电子机械集成(MEMS，IC)科技芯片的半导体企业导体企业。美新公司是全球首家将微机械系统(MEMS)和混合信号处理电路集成于单一芯片的惯性传感器公司。

　　9、Valencell

　　简介：Valencell是位于美国北卡莱罗纳州的一家心率传感器公司，是高性能生物识别数据传感器技术创新领导者，公司并不直接面向消费者销售产品，而是授权其PerformTek心率传感技术给各种类型的穿戴设备公司。

　　10、petasense

　　简介：Petasense是一家位于美国硅谷的工业物联网公司。

　　11、xerafy

　　简介：xerafy是全球领先的工业RFID金属标签供应商。

　　12、mcube

　　简介：mcube是一家MEMS运动传感器的供应商。

　　13、moog

　　简介：穆格MOOG公司是全球设计，制造和精密运动控制产品和系统集成商。穆格的高性能系统的控制军用和商用飞机，卫星和航天器，运载火箭，导弹，工业机械，风能，海洋应用和医疗设备。

　　14、ThingMagic

　　简介：ThingMagic是全球知名的RFID设备制造商，成立于2000年，总部设在美国波士顿，5名公司创始人全部来自麻省理工学院。作为全球领先的超高频设备制造商，ThingMagic专注于读写器、传感器和嵌入式系统技术的研发和生产。

　　15、SkyeTek

　　简介：SkyeTek公司，这是一家位于美国科罗拉多州提供嵌入式和独立的超高频RFID解决方案的OEM设备供应商。

　　充电设备企业有：

       配件企业有：

       NB-IOT主流应用

　　以华为的NB-IOT为例：

　　一、首先了解华为的“1+2+1”物联网架构

　　“1+2+1“物联网架构

　　1个开源物联网操作系统HuaweiLiteOS；

　　2种连接方式，包括有线和无线连接，如NB-IOT/5G和敏捷物联网络（物联网关、智慧家庭网关）等方式；

　　1个统一开放的联接管理平台，包含数据管理、设备管理和运营管理。

　　二、华为9个具体NB-IOT方案

　　1、智能路灯解决方案

　　智能路灯解决方案，为市政路灯主管部门提供基于物联网、云平台和大数据的智慧路灯业务，实现路灯的远程单灯控制与状态监控的精细化管理及节能控制、并可以依靠路灯网络，打造城市公共服务。

　　NB-IoT解决方案架构

       华为对接产品：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：完成路灯自动调节、远程照明控制、故障主动告警、路灯资产管理等功能。

　　2、智能停车解决方案

　　智能停车解决方案为停车主管部门提供基于物联网、云平台和大数据的智慧停车解决方案，实现停车车位状态监控业务，解决停车难和缓解交通拥堵的问题。

　　NB-IoT解决方案架构

       华为对接平台：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：完成设备管理、反向寻车、停车引导、报表等功能。

　　3、智能水务解决方案

　　智能水务解决方案为水务公司提供基于物联网、云平台和大数据的智慧水务解决方案，实现智能抄表与监控、表端连接管理、管网监测、能效分析等功能，达到自动抄表到户、管网动态监控、降低漏损、降低维护成本、降低能耗的目的、保障用水安全。

　　NB-IoT解决方案架构

华为对接产品：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：完成远程抄表，设备管理，漏损管理，管网监控、缴费、服务等业务。

　　4、智能电表解决方案

　　智能电表解决方案助力电力企业实现：

　　1）实现预付费：人工抄表导致只能选择后付费，无法避免延迟。AMI可实现预付费，避免账单拖欠。

　　2）降低非技术线损：传统电表定位窃电困难，导致偷电情况严重。AMI支持防窃电和线损分析，减少线损，增加收益。

　　3）实现电力供需平衡：采集详细历史用电数据，准确预测用电趋势，与发电匹配，减少浪费，也保障了电网的安全运行。

　　4）提升客户满意度：可提供详细账单和实时账单，提升客户满意度。

　　NB-IoT解决方案架构

华为对接产品：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：完成远程抄表，设备管理，漏损管理，管网监控、缴费、服务等业务。

　　5、智能气表解决方案

　　为燃气公司提供基于物联网、云平台和大数据的智慧燃气解决方案，实现智能抄表与监控、表端连接管理、管网监测、能效分析等功能，解决未来千万级智能气表的可靠安全接入和连接管理。

　　NB-IoT解决方案架构

华为对接产品：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：完成远程抄表，设备管理，综合能效管理，缴费、服务等业务。

　　6、智慧物流解决方案

　　智慧物流解决方案基于OceanConnectIoT平台获取的物流车辆、货物、人员、节点、路线等数据，快速提供智慧物流相关业务，协助物流从业公司或人员、货主、收货人、***监管部门及社会公众，解决物流行业“车、人、货、节点、路线”五位一体的实物流和信息流高效管理问题。

　　NB-IoT解决方案架构

　华为对接产品：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：业务包括TMS、WMS、智慧物流园区、车队管理、货物追溯与防伪、智能订单管理、在线交易、APP应用等。

　　7、车联网解决方案

　　车联网解决方案支持面向前装市场和后装市场，由车载终端、无线网络接入、OceanConnectIoT平台和业务应用几部分组成。OceanConnectIoT平台作为关键平台层，起到承上启下的作用。

　　向下支持增强的协议适配能力，支持IoTAgent内置到车载终端，可以快速的接入车载终端；向上开放能力API和数据API，支撑丰富的车联网业务，如：乘用车TSP服务，商用车车队管理，UBI，共享租车等。

　　NB-IoT解决方案架构

华为对接产品：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：基于OceanConnectIoT平台获取的车辆数据，快速开发车联网相关业务，提供给车企、行业客户以及最终的消费者。车联网业务包括TSP服务、车队管理、保险UBI、车厂数据分析、汽车O2O服务等。

　　8、智慧家庭解决方案

　　智慧家庭解决方案支持多种终端集成，满足智慧家庭网络终端多样化的需求；以基于云的OceanConnectIoT平台为核心，提供大数据分析与实时智能：实现了云端平台、边缘网关、智能终端的分层智能与控制；给家庭用户提供家居自动化、安防监控、健康、娱乐等个性化业务。

　　NB-IoT解决方案架构

华为对接产品：OceanConnectIoT平台

　　合作描述：基于OceanConnectIoT平台获取的智慧家庭传感器数据，实现诸如安防监控、家居自动化、家居健康、家居娱乐、家居节能管理等智慧家庭业务。

　　9、智能楼宇解决方案

　　智能楼宇解决方案提供基于敏捷控制器+敏捷网关的楼宇管理功能。助力楼宇业主及管理方实现：

　　1）可视化管理：通过水表、电表、燃气表等能源计量节点的传感设备分类分项计量，实现能耗信息透明化

　　2）能耗分析：通过数据统计分析，挖掘电气、供水、空调等各类能耗规律，发现能源正常使用和浪费的时间、空间、行为等因素

　　3）节能控制：在能耗分析基础，以建筑内各单位和部门的能耗数据为依据进行节能审计工作。建立能耗监测告警和控制策略

　　NB-IoT解决方案架构

华为对接产品：AgileController

　　合作描述：实现能效管理、车位管理、客流量监测功能的行业软件。

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