技術(shù)前沿：窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到750億臺(tái)設(shè)備，我們將需要無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)支持它們。但如果你希望部署自己的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，你最好的網(wǎng)絡(luò)選擇是什么？

先了解一下什么是LTE-Cat.1、LTE-M和NB-IoT

什么是LTE-Cat.1

LTE（Long-Term Evolution）是一種4G無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)，提供了高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接。LTE網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)不同的UE（User Equipment）類別來(lái)滿足不同的應(yīng)用需求，其中包括LTE Cat.1、LTE Cat.2、LTE Cat.3和LTE Cat.4等不同級(jí)別的UE設(shè)備。

LTE-Cat.1 是 4G 通信 LTE 網(wǎng)絡(luò)下用戶終端類別的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，上行峰值速率 5 Mbps，下行峰值速率 10 Mbps，定位于面向 IoT 應(yīng)用市場(chǎng)的一個(gè)類別。

什么是LTE-M

LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，支持上下行最大1Mbps的峰值速率，屬于物聯(lián)網(wǎng)中速率，其用戶設(shè)備通過(guò)支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬，可以直接接入現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)。

LTE-M 最關(guān)鍵能力在于支持移動(dòng)性并可以定位，成本只有Cat1芯片的25%，相比于GPRS速率要高四倍。

LTE-M 具有以下四大優(yōu)勢(shì)：

速率高，LTE-M支持上下行最大1Mbps的峰值速率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)GPRS、 ZigBee等物聯(lián)技術(shù)的速率，可以支撐更豐富的物聯(lián)應(yīng)用，如低速視頻、語(yǔ)音等；

移動(dòng)性，LTE-M支持連接態(tài)的移動(dòng)性，物聯(lián)網(wǎng)用戶可以無(wú)縫切換保障用戶體驗(yàn)；

可定位，基于TDD的LTE-M可以利用基站側(cè)的PRS測(cè)量，在無(wú)須新增GPS芯片的情況下就可進(jìn)行位置定位，低成本的定位技術(shù)更有利于LTE-M在物流跟蹤、貨物跟蹤等場(chǎng)景的普及：

支持語(yǔ)音，LTE-M從LTE協(xié)議演進(jìn)而來(lái)，可以支持 VOLTE語(yǔ)音，未來(lái)可被廣泛應(yīng)用到可穿戴設(shè)備中。

什么是窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT？

窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT (Narrowband Internet of Things)（也稱為NB-IoT或LTE-M2）是一種LPWAN技術(shù)，不在許可的LTE結(jié)構(gòu)中運(yùn)行。相反，它的工作方式有三種：

1）獨(dú)立組網(wǎng)

2）在以前用于GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的未使用的200kHz頻帶中

3）在LTE基站上，將資源塊分配給NBIoT操作或在其保護(hù)頻帶中。

華為，愛(ài)立信，高通和沃達(dá)豐等電信巨頭已將這一標(biāo)準(zhǔn)與3GPP結(jié)合在一起。華為，愛(ài)立信和高通對(duì)NB-IoT感興趣，因?yàn)樗哂性S多優(yōu)勢(shì)。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)是指使用較小的頻段傳輸數(shù)據(jù)，并且不需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。它可以將大量低速數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程設(shè)備傳輸?shù)皆贫?，并具有超長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間和更廣泛的覆蓋范圍。

在NB-IoT中，數(shù)據(jù)傳輸速率較慢，但功耗非常低。這使得設(shè)備可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，并且不需要頻繁更換電池。此外，NB-IoT還具有更廣泛的覆蓋范圍和更好的穿透能力，在地下室、隧道或其他深度建筑物內(nèi)都可以提供可靠的連接。

那么，NB-IoT有哪些應(yīng)用場(chǎng)景呢?

由于其低功耗、廣泛的覆蓋范圍和穿透能力，NB-IoT被廣泛應(yīng)用于智能家居、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智慧城市、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

NB-IOT基站與普通基站的區(qū)別

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，NB-IoT(Narrowband Internet of Things)已經(jīng)成為了一種廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的通信技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信方式，NB-IoT在低功耗、長(zhǎng)續(xù)航、廣覆蓋等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。而NB-IoT基站與普通基站之間也存在著一些差異。

1. 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同

NB-IoT是由3GPP(第三代合作伙伴計(jì)劃)組織制定的一項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。它是在LTE(Long Term Evolution)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下開(kāi)發(fā)出來(lái)的，專門用于連接大量低功耗設(shè)備和傳感器，并提供長(zhǎng)距離、廣覆蓋和高可靠性的通信服務(wù)。而普通基站則是依據(jù)GSM(Global System for Mobile Communications)或CDMA(Code Division Multiple Access)等移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和建造的。

2. 覆蓋范圍不同

由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量龐大且分布范圍廣泛，因此NB-IoT需要具有更廣闊、更穩(wěn)定、更可靠的覆蓋范圍。而普通基站則主要服務(wù)于人類通信需求，其覆蓋范圍相對(duì)較小，一般只能覆蓋城市或者城市周邊地區(qū)。

3. 功耗和帶寬不同

NB-IoT設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)需要消耗更少的電量，因此NB-IoT基站的功耗也要比普通基站低。此外，由于NB-IoT主要用于傳輸少量數(shù)據(jù)，因此其帶寬要比普通基站小得多。

4. 部署方式不同

普通基站一般采用集中式部署方式，即所有設(shè)備都連接到同一個(gè)基站上。而NB-IoT基站則采用分布式部署方式，即一個(gè)區(qū)域內(nèi)可能會(huì)有多個(gè)小型基站組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)小型基站只服務(wù)于該區(qū)域內(nèi)的一部分設(shè)備。

5. 信道資源分配不同

普通基站主要為人類通信服務(wù)，因此在信道資源分配上會(huì)考慮到人類通信質(zhì)量和用戶數(shù)量等因素。而NB-IoT則需要更為靈活的信道資源分配方案，在保證設(shè)備正常運(yùn)行的前提下盡可能地節(jié)約能源。

所以盡管NB-IoT和普通移動(dòng)通信技術(shù)都是基于無(wú)線電波傳輸?shù)?，但是它們之間存在著很多差異。NB-IoT的出現(xiàn)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了更為可靠、更為高效的通信方式。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，NB-IoT將會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與LTE技術(shù)的關(guān)系

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，形成了一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)。為了滿足不同場(chǎng)景下設(shè)備對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的不同需求，人們開(kāi)發(fā)出了不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其中最流行的是窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)和LTE技術(shù)。這兩種技術(shù)雖然有著不同的應(yīng)用場(chǎng)景和特點(diǎn)，但是它們之間也存在一些相互聯(lián)系的地方。

由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量龐大且分布范圍廣泛，因此NB-IoT需要具有更廣闊、更穩(wěn)定、更可靠的覆蓋范圍。而普通基站則主要服務(wù)于人類通信需求，其覆蓋范圍相對(duì)較小，一般只能覆蓋城市或者城市周邊地區(qū)。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種專門用于連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無(wú)線通信技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)低功耗、廣覆蓋、低成本、高可靠性的物聯(lián)網(wǎng)連接。相較于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有更低的功耗和更廣的覆蓋范圍，因此它被廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有三種不同的標(biāo)準(zhǔn)：NB-IoT、eMTC和EC-GSM-IoT，其中NB-IoT是最為流行的一種。

LTE技術(shù)是一種高速無(wú)線通信技術(shù)，它可以提供高速數(shù)據(jù)傳輸和高質(zhì)量的語(yǔ)音通信服務(wù)。相較于3G技術(shù)，LTE技術(shù)具有更高的傳輸速率和更低的延遲。因此，它被廣泛應(yīng)用在移動(dòng)通信領(lǐng)域。目前，LTE技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第四代(4G)和第五代(5G)。

雖然窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和LTE技術(shù)在應(yīng)用場(chǎng)景和特點(diǎn)上有所不同，但是它們之間也存在著一些相互聯(lián)系的地方。首先，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建立在LTE技術(shù)的基礎(chǔ)上的。它使用LTE的核心網(wǎng)和基站設(shè)備，通過(guò)軟件升級(jí)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)連接。因此，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以與LTE技術(shù)無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)更加高效和便捷的物聯(lián)網(wǎng)連接。

其次，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和LTE技術(shù)也可以相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)更加智能化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。例如，在智能家居領(lǐng)域，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以連接各種智能設(shè)備，如智能燈泡、智能門鎖等，而LTE技術(shù)則可以提供高速的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)智能家居設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

最后，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和LTE技術(shù)也可以相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)更加全面的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低功耗、廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)連接，而LTE技術(shù)則可以提供高速、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。因此，在一些特殊的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和LTE技術(shù)可以相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)更加全面的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與LTE技術(shù)的應(yīng)用

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和LTE技術(shù)在不同的領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。

1）智能家居

在智能家居領(lǐng)域，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以連接各種智能設(shè)備，如智能燈泡、智能門鎖等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。而LTE技術(shù)則可以提供高速的網(wǎng)絡(luò)連接，為智能家居設(shè)備提供更加便捷的遠(yuǎn)程控制服務(wù)。

2）智能交通

在智能交通領(lǐng)域，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間、車輛與路邊設(shè)施之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)智能交通管理和車輛安全監(jiān)控。而LTE技術(shù)則可以為車輛提供高速的網(wǎng)絡(luò)連接，為車輛駕駛提供更加便捷的導(dǎo)航和信息服務(wù)。

3）智能制造

在智能制造領(lǐng)域，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)智能制造設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。而LTE技術(shù)則可以為智能制造設(shè)備提供高速的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互和協(xié)同工作。

因此，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和LTE技術(shù)是兩種不同的無(wú)線通信技術(shù)，它們?cè)趹?yīng)用場(chǎng)景和特點(diǎn)上有所不同，但是它們之間也存在著相互聯(lián)系的地方。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建立在LTE技術(shù)的基礎(chǔ)上的，它可以與LTE技術(shù)無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)更加高效和便捷的物聯(lián)網(wǎng)連接。在不同的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和LTE技術(shù)都有著廣泛的應(yīng)用，它們可以相互協(xié)作、相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)更加智能化、全面化的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

商業(yè)利益

1）功率效率

有效地為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電至關(guān)重要。想想看：誰(shuí)愿意每六個(gè)月更換200億臺(tái)設(shè)備的電池？雖然幾乎所有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都是為了在不工作的情況下節(jié)省電力而開(kāi)發(fā)的，但它們確實(shí)在調(diào)制解調(diào)器運(yùn)行和處理信號(hào)時(shí)消耗能量。

2）節(jié)省成本

波形更簡(jiǎn)單的技術(shù)，比如NBIoT，將消耗更少的功率。200kHzNB物聯(lián)網(wǎng)前端和數(shù)字化已降低了模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換、緩沖和信道估計(jì)的復(fù)雜性。省電=節(jié)省成本。另外，NB-IoT芯片制造起來(lái)更簡(jiǎn)單，因此也更便宜。

3）可靠性

在獲得許可的頻譜上推出NB-IoT意味著提高了用戶的可靠性，并保證了托管服務(wù)質(zhì)量（QoS）所需的有保證的資源分配。

4）更廣泛的部署

與LTE-M1相比，NB-IoT具有更低的比特率和更好的鏈路預(yù)算。此外，根據(jù)華為的EmmanuelCoehloAlves在物聯(lián)網(wǎng)中心的一篇文章，NB-IoT不需要網(wǎng)關(guān)來(lái)提供連接。

他說(shuō)，NB-IoT可以直接將傳感器連接到基站，而不是創(chuàng)建另一個(gè)需要管理和操作的設(shè)備。這將提高靈活性，同時(shí)降低成本。

5）全球范圍

雖然美國(guó)的重量級(jí)公司已經(jīng)在LTE網(wǎng)絡(luò)上投資了數(shù)十億美元，但即使試點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)部署如火如荼，全球仍有許多地區(qū)的LTE數(shù)量較少。在美國(guó)以外，還有更大的GSM部署，可以在這些部署上找到可用于NB-IoT的未使用頻段。NB-IoT可以幫助IoT創(chuàng)新者在全球新市場(chǎng)找到負(fù)擔(dān)得起的切入點(diǎn)。

即使在美國(guó)，Sprint或T-Mobile等較小的運(yùn)營(yíng)商也可能在現(xiàn)有的GSM頻譜上部署NB-IoT，以擴(kuò)展連接，而無(wú)需Verizon或AT&T的LTE投資。

NB-IoT應(yīng)用

NB-IoT應(yīng)用程序可以跨越許多服務(wù)類別。這些包括：

1）智能計(jì)量（電，氣和水）

2）設(shè)施管理服務(wù)

3）住宅和商業(yè)物業(yè)的防盜報(bào)警和火警

4）連接的個(gè)人電器可測(cè)量健康參數(shù)

5）追蹤人，動(dòng)物或物體

6）智能城市基礎(chǔ)設(shè)施，例如路燈或垃圾箱

7）連接的工業(yè)設(shè)備，例如焊接機(jī)或空氣壓縮機(jī)。

NB-IOT采用哪幾種數(shù)據(jù)傳輸方案

NB-IoT是一種低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于低成本、低功耗、覆蓋范圍廣等方面。在實(shí)際應(yīng)用中，NB-IoT采用了多種數(shù)據(jù)傳輸方案來(lái)滿足用戶需求。

1）、非接入層數(shù)據(jù)傳輸

非接入層數(shù)據(jù)傳輸是指在物理層和MAC層之外的數(shù)據(jù)傳輸方式。這種方式可以通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)連接到云端或其他網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)和處理。此外，非接入層數(shù)據(jù)傳輸還可以通過(guò)短信和郵件等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

2）、IP層數(shù)據(jù)傳輸

IP層數(shù)據(jù)傳輸是指將NB-IoT設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，并使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。這種方式可以通過(guò)云端平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，并且可以與其他系統(tǒng)集成，從而實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)管理和處理。

3）、消息隊(duì)列傳輸

消息隊(duì)列傳輸是一種異步通信機(jī)制，它將消息發(fā)送到隊(duì)列中，并由消費(fèi)者從隊(duì)列中獲取消息進(jìn)行處理。這種方式可以有效地減輕服務(wù)器負(fù)載，并提高系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展性。

4）、直接連接

直接連接是指將NB-IoT設(shè)備直接連接到服務(wù)器或計(jì)算機(jī)上，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。這種方式具有低延遲和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，但需要消耗更多的能量和資源。

總之，NB-IoT采用多種數(shù)據(jù)傳輸方案，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)也在不斷演進(jìn)，有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

1）多模通信：窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)將與其他通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多模通信，提高通信的可靠性和覆蓋范圍。

2）安全性增強(qiáng)：窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)將加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的加密和身份驗(yàn)證，提高通信的安全性，保護(hù)用戶隱私。

3）智能化應(yīng)用：窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)將與人工智能技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化的應(yīng)用，提供更加個(gè)性化的服務(wù)。

4）邊緣計(jì)算：窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)將采用邊緣計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理和實(shí)時(shí)響應(yīng)，提高通信的效率。

潛在障礙

對(duì)于大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)向LTE支持而言，部署可能是一個(gè)問(wèn)題。隨著NB-IoT部署，開(kāi)發(fā)操作軟件的初始成本也可能會(huì)增加。此外，在現(xiàn)有GSM頻譜很少的情況下，調(diào)制解調(diào)器的前端和天線可能變得更加復(fù)雜。最后，ISP巨頭可能會(huì)提高許可費(fèi)。

但是，由于200-kHzGSM頻譜利用率低下，許多人都希望使其成為迄今為止最好的低功耗廣域網(wǎng)。因此，難怪Gartner將NB-IoT視為L(zhǎng)PWAN領(lǐng)域的關(guān)鍵部分，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)更加光明。

NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)通訊組網(wǎng)基礎(chǔ)

NB-IoT（NarrowBandInternetofThings）是IoT領(lǐng)域基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，是一種低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT只需要180kHz的頻段，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò).UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)中。特點(diǎn)是覆蓋廣、速率低、成本低、連接數(shù)量多、功耗低等。由于NB-IoT使用的授權(quán)License頻段.因此可以采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波這三種部署方式。

1.NB-IoT技術(shù)特點(diǎn)

1）多鏈接

在同一基站的情況下,NB-IoT能提供50?100倍的2G/3G/4G的接入數(shù)。一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持延時(shí)不敏感業(yè)務(wù)、設(shè)備成本低、設(shè)備功耗低等優(yōu)勢(shì)。如目前運(yùn)營(yíng)商給家庭中每個(gè)路由器僅開(kāi)放8-16個(gè)接入口，一個(gè)家庭中通常有多筆記本、手機(jī)、聯(lián)網(wǎng)電器等，未來(lái)實(shí)現(xiàn)全屋智能、安裝有上百種傳感器的智能設(shè)備都聯(lián)網(wǎng)就需要新的技術(shù)方案，NB-IoT多連接可以輕松解決未來(lái)智慧家庭中大量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。

2）廣覆蓋

NB-IoT比LTE提升20dB增益的室內(nèi)覆蓋能力，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域能力。如可以滿足農(nóng)村的廣覆蓋、地下車庫(kù)、廠區(qū)、井蓋等深度覆蓋需求。如井蓋監(jiān)測(cè),GPRS的方式需要伸出一根天線，來(lái)往車輛極易損壞，采用NB-IoT可以輕松解決這個(gè)問(wèn)題。

3）低功耗

物聯(lián)網(wǎng)得以廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)重要指標(biāo)是低功耗，尤其是一些如安置于高山荒野偏遠(yuǎn)地區(qū)等場(chǎng)合中的各類傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備，經(jīng)常更換電池或充電是不現(xiàn)實(shí)的，不更換電池的情況下工作幾年是最基本的需求。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率的應(yīng)用，因此NB-IoT設(shè)備功耗小，設(shè)備續(xù)航時(shí)間可達(dá)到幾年。

4)低成本

NB-IoT利用運(yùn)營(yíng)商已有的網(wǎng)絡(luò)無(wú)須重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)用，如運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有頻帶中空出一部分2G頻段，就可以直接進(jìn)行LTE和NB-IoT的同時(shí)部署。NB-IoT模組目前看仍然有點(diǎn)昂貴，另外物聯(lián)網(wǎng)的很多場(chǎng)景無(wú)須更換NB-IoT,僅需近場(chǎng)通信或者通過(guò)有線方式便可完成。

NB-IoT±行采用SC-FDMA,下行采用OFDMA,支持半雙工，具有單獨(dú)的同步信號(hào)。其設(shè)備消耗的能量與數(shù)據(jù)量或速率有關(guān)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)包的大小決定了功耗的大小。NB-IoT可以讓設(shè)備時(shí)時(shí)在線，通過(guò)減少不必要的信令達(dá)到省電目的。

2.NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1)核心網(wǎng)

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)(CIoT)在EPS(EvolvedPacketSystem)演進(jìn)分組系統(tǒng)定義了兩種優(yōu)化方案：CIoTEPS用戶面功能優(yōu)化(User Plane CIoTEP Soptimisation)；CIoTEPS控制面功能優(yōu)化(Contro lPlane CIoTEP Soptimisation),旨在將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送給應(yīng)用，如圖3-17所75。

圖3-17NB-IoT核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖3-17中，CIoTEPS控制面功能優(yōu)化方案用實(shí)線表示,CIoTEPS用戶面功能優(yōu)化方案用虛線表示。對(duì)于CIoTEPS控制面功能優(yōu)化，上行數(shù)據(jù)從eNB(CIoTRAN)傳送至MME,可以通過(guò)SGW傳送到PGW再傳送到應(yīng)用服務(wù)器，或者通過(guò)SCEF(ServiceCapabilityExposureFunction)連接到應(yīng)用服務(wù)器(CIoTServices)，后者僅支持非IP數(shù)據(jù)傳送。下行數(shù)據(jù)傳送路徑也有對(duì)應(yīng)的兩條。此方案數(shù)據(jù)包直接用信令去發(fā)送，不需建立數(shù)據(jù)鏈接，因此適合非頻發(fā)的小數(shù)據(jù)包傳送。SCEF是用于在控制面上傳送非IP數(shù)據(jù)包，專為NB-IoT設(shè)計(jì)引入的，同時(shí)也為鑒權(quán)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供了一個(gè)抽象的接口。對(duì)于CIoTEPS用戶面功能優(yōu)化，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送方式和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流量一樣，在無(wú)線承載鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)，由SGW傳送到PGW再到應(yīng)用服務(wù)器。這種方案在建立連接時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的開(kāi)銷，但數(shù)據(jù)包序列傳送更快，也支持IP數(shù)據(jù)和非IP數(shù)據(jù)傳送。

2)接入網(wǎng)

如圖3-18所示,NB-IoT的接入網(wǎng)構(gòu)架與LTE—樣。

eNB通過(guò)S1接口連接到MME/S-GW，接口上傳送的是NB-IoT數(shù)據(jù)和消息。NB-IoT沒(méi)有定義切換，但在兩個(gè)eNB之間依然有X2接口，X2接口使能UE在進(jìn)入空閑狀態(tài)后，快速啟動(dòng)resume流程，接入到其他eNB。

3.工作頻段

全球大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商部署NB-IoT使用的是900MHzg頻段，也有些運(yùn)營(yíng)商用的是在800MHz頻段內(nèi)。如表3-5所示，中國(guó)聯(lián)通的NB-IoT部署在900MHz、1800MHz頻段。中國(guó)移動(dòng)為建設(shè)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)，將會(huì)獲得FDD牌照，并允許重耕現(xiàn)有的900MHz、1800MHz這兩個(gè)頻段。中國(guó)電信的NB-IoT部署在800MHz頻段，頻寬只有15MHz。

表3-5 NB-IoT部署頻段

4.部署方式

NB-IoT占用180kHz帶寬，與在LTE幀結(jié)構(gòu)中一個(gè)資源塊的帶寬相同。如圖3-19所示，有三種部署方式。

1)獨(dú)立部署(Standaloneoperation)

適用于重耕GSM頻段，GSM的信道帶寬為200kHz,正好為NB-IoT開(kāi)辟出兩邊還有10kHz的保護(hù)間隔180kHz帶寬的空間。

2)保護(hù)帶部署(Guardbandoperation)

利用LTE邊緣保護(hù)頻帶中未使用的180kHz帶寬的資源塊。

3)帶內(nèi)部署(In-bandoperation)

利用LTE載波中間的任何資源塊。

NB-IoT適合運(yùn)營(yíng)商部署，為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代帶來(lái)大數(shù)量連接、低功耗、廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)解決方案。在2016年中國(guó)聯(lián)通在7個(gè)城市（北京、上海、福州、長(zhǎng)沙、廣州、深圳、銀川）啟動(dòng)基于900MHz.1800MHz的NB-IoT外場(chǎng)規(guī)模組網(wǎng)試驗(yàn)，以及6個(gè)以上業(yè)務(wù)應(yīng)用示范。2018年開(kāi)始全面推進(jìn)國(guó)家范圍內(nèi)的NB-IoT商用部署。中國(guó)移動(dòng)于2017年開(kāi)啟NB-IoT商用化進(jìn)程。中國(guó)電信于2017年部署NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。

在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層的安全防護(hù)機(jī)制方面也有一系列的解決方案和措施。

首先針對(duì)非法截收以及非法訪問(wèn)的攻擊，可以采取數(shù)據(jù)加密的方式解決。在物聯(lián)網(wǎng)中一般采用信息變換規(guī)則將明文信息轉(zhuǎn)換成密文信息的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，即使攻擊者非法獲得數(shù)據(jù)信息，不了解信息變換規(guī)則，這些數(shù)據(jù)也會(huì)變得毫無(wú)意義，達(dá)不到攻擊目的。

針對(duì)假冒用戶身份的攻擊可以通過(guò)鑒別的方法解決，通過(guò)某種方式使使用者證實(shí)自己確是用戶自身，來(lái)避免冒充和非法訪問(wèn)的安全隱患。鑒別的方法有很多，常的是消息鑒別，消息鑒別主要是驗(yàn)證消息的來(lái)源是否真實(shí)，可以有效防止非法冒充；另外，消息鑒別也檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性，有效地抵制消息被修改、插入、刪除等攻擊行為。數(shù)字簽名也是一種鑒別方法，采用數(shù)據(jù)交換協(xié)議，達(dá)到解決偽造、冒充、篡改等問(wèn)題的目的。

防火墻是最常見(jiàn)的應(yīng)用型安全技術(shù)，它通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)之間的信息交互和訪問(wèn)行為來(lái)判定網(wǎng)絡(luò)是否受到攻擊，一旦發(fā)現(xiàn)疑似攻擊行為，防火墻就會(huì)禁止其訪問(wèn)行為，并向用戶發(fā)送警告。防火墻通過(guò)監(jiān)測(cè)進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù).對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了有效、安全的管理。

非法訪問(wèn)是一種非常常見(jiàn)的攻擊類型，訪問(wèn)控制機(jī)制是一種確保各種數(shù)據(jù)不被非法訪問(wèn)的安全防護(hù)措施，常用的訪問(wèn)機(jī)制是基于角色的訪問(wèn)控制機(jī)制，這種訪問(wèn)機(jī)制一旦被使用，可訪問(wèn)的資源十分有限?；趯傩缘脑L問(wèn)控制機(jī)制是由主體、資源、環(huán)境等屬性共同協(xié)商生成的訪問(wèn)決策，訪問(wèn)者發(fā)送的訪問(wèn)請(qǐng)求需要訪問(wèn)決策來(lái)決定是否同意訪問(wèn)，是基于屬性的訪問(wèn)機(jī)制。這種訪問(wèn)機(jī)制對(duì)較少的屬性來(lái)說(shuō)，加密解密效率極高，但密文長(zhǎng)度隨著屬性的增多而加長(zhǎng)，其加密解密的效率也降低。

審核編輯：湯梓紅