1、淺談NB-IoT

1.1、NB-IoT的概念

如今物聯網技術在行業應用的比例逐年提高，滲透生產製造、交通物流、健康醫療、消費電子、零售、汽車等應用行業。萬物互聯的時代正以極其迅速的腳步走進我們的生活。

物聯網有很多無線通信技術，主要分爲兩類：一類是Zigbee、WiFi、藍牙、Z-wave等短距離通信技術；另一類是LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網），即廣域網通信技術。LPWA又可分爲兩類：一類是工作於未授權頻譜的LoRa、SigFox等技術；另一類是工作於授權頻譜下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

NB-IoT 全稱爲 NarrowBand-Internet of Things，窄帶物聯網。屬於物聯網範疇的一種技術。NB-IoT 構建於蜂窩網絡，只消耗大約 180KHz 的帶寬，可直接部署於 GSM 網絡、UMTS 網絡或 LTE 網絡，以降低部署成本、實現平滑升級，NB-IoT 是 IoT 領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網(LPWAN)。NB-IoT 支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接。據說 NB-IoT 設備電池壽命可以提高至少 10 年，同時還能提供非常全面的室內蜂窩數據連接覆蓋。

1.2、NB-IoT的優勢

NB-IoT 具有四大優勢：

一、廣覆蓋，在同樣的頻段下， NB-IoT比現有的網絡增益提升了 20 dB，相當於提升了 100 倍的覆蓋面積。

二、低功耗， NB-IoT藉助 PSM (Power Saving Mode，節電模式)和 eDRX (Extended Discontinuous Reception，超長非連續接收)可實現更長待機，它的終端模塊待機時間可長達 10 年之久。

三、大連接，在同一基站的情況下， NB-IoT 可以比現有無線技術提供 50~100 倍的接入數。一個扇區能夠支持， 10 萬個連接，設備成本降低，設備功耗降低，網絡架構得到優化。

四、低成本，NB-IOT 和 LoRa 不同，不需要重新建網，射頻和天線都是可以複用的，企業預期的模塊價格也不會超過 5 美元。

1.3、NB-IoT的發展歷程

2013 年初，華爲與相關業內廠商、運營商展開窄帶蜂窩物聯網發展，並起名爲 LTE-MLTE for Machine to Machine）。在 LTE-M 的技術方案選擇上，當時主要有兩種思路：一種是基於現有 GSM 演進思路；另一種是華爲提出的新空口思路，當時名稱爲 NB-M2M。

2014 年 5 月，由沃達豐，中國移動，Orange，Telecom Italy，華爲，諾基亞等公司支持的 SI “Cellular System Support for UltraLow Complexity and Low Throughput Internet ofThings” 在 3GPP GERAN 工作組立項，LTE-M 的名字演變爲 Cellular IoT，簡稱 CIoT。

2015年 4 月，PCG（Project Coordination Group）會議上做了一件重要的決定：CIoT 在 GERAN做完 SI 之後，WI 階段要到 RAN 立項並完成相關協議。

2015 年 5 月，華爲和高通在共識的基礎上，共同宣佈了一種融合的解決方案，即上行採用FDMA多址方式，下行採用OFDM多址方式，融合之後的方案名字叫做NB-CIoT （NarrowBand Cellular IoT）。

2015 年 8 月 10 日，在 GERAN SI 階段最後一次會議，愛立信聯合幾家公司提出了 NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。

2015 年 9 月，RAN#69 次會議上經過激烈討論，各方最終達成了一致，NB-CIoT 和 NB-LTE 兩個技術方案進行融合形成了 NB-IoT WID。NB-CIoT 演進到了 NB-IoT（Narrow BandIoT）。

2016 年 6 月 16 日，NB-IoT R 核心協議在 RAN1、RAN2、RAN3、RAN4 四個工作組均已凍結。性能規範在 3GPP RAN4 工作組，計劃在 9 月份結束。性能規範 NB-IoT 與 eMTC 同時進行，計劃同時完成。

2016 年底，上海聯通聯合華爲在上海迪斯尼完成了智能停車項目，通過 NB-iot 方案實現園區內停車位信息採集與查詢。

2017 年初，中國電信宣佈與深圳水務集團合作，推出了全球第一個基於 NB-IOT 的水務管理平臺；2017 年 6 月，中國電信與 ofo、華爲共同發佈了基於 NB-IoT 技術的 ofo 智能單車正式商用。

2017 年 7 月，中興通訊全力配合中國電信在河北雄安新區進行網絡建設，提供智慧停車、智慧井蓋、智慧路燈等 NB-IoT 端到端解決方案。

2017 年，移動、電信、聯通三大運營商投資 1.7 億元，在江西鷹潭共建成開通 962 個NB-IoT 基站，實現鷹潭城區、縣城、鄉鎮全域覆蓋，大型自然村覆蓋達 100%，基站覆蓋率全國最高。

1.4、NB-IoT的系統架構

NB-IoT 終端

NB-IoT 終端是處於整個系統框架的最起點，主要具備的功能爲數據採集、處理、存儲、NB-IoT 通信等功能。

NB-IoT 基站

基站即公用移動通信基站是無線電臺站的一種形式，是指在一定的無線電覆蓋區中，通過移動通信交換中心，與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發信電臺。移動通信基站的建設是我國移動通信運營商投資的重要部分，移動通信基站的建設一般都是圍繞覆蓋面、通話質量、投資效益、建設難易、維護方便等要素進行。

隨着 NB-IoT 網絡的興起，在傳統的移動通信基站上增加了 NB-IoT 功能，由於 NB-IoT帶寬較窄，部署的時候可以利用當前已經正在使用的 2G、3G、4G 基站進行部署，只需要對基站進行相應升級即可。另外 NB-IoT 基站也可以自行部署。

NB-IoT 核心網

NB-IoT 核心網承擔與終端非接入層交互的功能，並將 NB-IoT 業務相關數據轉發到 NB-IoT 平臺進行處理。同理，這裏可以 NB 獨立組網，也可以與 LTE 共用核心網。

IoT 平臺

IoT 平臺是一種物聯網連接管理平臺，是面向運營商或企業等領域的統一開放雲平臺，支持直連設備和非直連設備場景的各種連接和管理，具有設備接入及管理、數據採集管理及分析、各種終端適配及擴展等功能。

IoT 平臺爲一款開放式的雲平臺，支持直連設備和非直連設備場景下的各種連接方式，具有跨硬件平臺、跨操作系統、高性能、結構標準、易於擴展等特性。爲滿足各種應用的系統需求，平臺提供了專用的北向接口和南向接口，並提供 API 可以使設備及其他平臺方便地連接管理。

華爲 IoT 平臺產品結構圖如下：

應用服務器

應用服務器是指通過各種協議把商業邏輯曝露給客戶端的程序。它提供了訪問商業邏輯的途徑以供客戶端應用程序使用。應用服務器使用此商業邏輯就像調用對象的一個方法一樣。在 NB-IoT 場景中，應用服務器對應的是 IoT 平臺北向上層的很多個應用，這些應用服務器實現每個應用對應的數據解析、存儲、展示、數據下發等功能。

1.5、NB-IoT的應用組件

1.5.1、NB-IoT 芯片

近來三大運營商紛紛宣佈 NB-IoT 的測試和商用時間，與此同時工信部也在推動 NB-IoT標準化，將 NB-IoT 模塊從外形、封裝以及針腳定義等方面提出新的要求，當前 NB-IoT 芯片廠商主要有：華爲海思、高通(Qualcomm)、銳迪科(RDA)、英特爾(Intel)、聯發科等。

華爲海思主要的 NB-IoT 芯片型號爲 Hi2110、Hi2115，超低功耗 SoC 芯片，基於 ARMCortex-M0 內核，會搭載 Huawei LiteOS 嵌入式物聯網操作系統。

高通主要的 NB-IoT 芯片型號爲 MDM9206，支持 Cat-M（eMTC）和 NB-IoT。

銳迪科主要的 NB-IoT 芯片爲 RDA8909，支持 2G、NB-IoT 雙模，RDA8909 符合 3GPPR13 NB-IoT 標準，還可以通過軟件升級支持最新的 3GPP R14 標準。

英特爾主要的 NB-IoT 芯片爲 XMM 7315，支持 LTE Category M 和 NB-IoT 兩種標準，單一芯片集成了 LTE 調制解調器和 IA 應用處理器。

聯發科主要的 NB-IoT 芯片型號爲：MT2625，支持全球網絡全頻段，支持 NB-IoT R14標準，MT2625 整合一系列豐富的外圍輸入輸出接口，包括安全數字輸入輸出模塊（SDIO）、通用異步收發傳輸器（UART）、I2C 傳輸協議、I2S、序列外圍接口（SPI）及脈衝寬度調製（PWM），幫助 NB-IoT 設備實現更多的功能。

1.5.2、NB-IoT 模組

NB-IoT 廠商和模組相關信息如下表：

1.5.3、NB-IoT SIM 卡

SIM 卡的作用是鑑權使用，NB 設備接入核心網需要核心網認證，SIM 卡里存放認證的信息和密鑰等，因此每臺設備都需要一個 SIM 卡，這些 SIM 卡需要專用的 NB SIM 卡。

目前市面上 NB SIM 卡主要有三大廠家的：中國電信、中國移動、中國聯通，目前使用最多的是中國電信的 10649 段號的 NB SIM 卡。電信 NB SIM 卡在 2017 年推出了一個業務，可以將自己的服務器 IP 地址添加到電信核心網的白名單中，NB SIM 卡和該 IP 地址綁定，終端 NB 模組使用該 SIM 卡就能直接發到該服務器中。但是在 2018 年初取消了該業務，僅讓NB 終端設備接入電信 IOT 平臺和華爲 OceanConnect，以前加入白名單的 IP 還可以使用。

1.5.4、物聯網嵌入式操作系統

2015 年，華爲在 HNC 網絡大會上，正式推出了“ 1+2+1 ”物聯網戰略，即“一個物聯網平臺，兩種接入方式，一個輕量級物聯網操作系統”。

自發布以來，Huawei LiteOS 以 1 個輕量級、低功耗，快速啓動內核爲基礎，增加 N 個框架：通過支持多傳感協同，使得終端數據採集更智能，數據處理更精準；通過支持長短距連接，實現全連接覆蓋，提供多 Profile 支持與共享支撐更多業務場景，同時可伸縮連接能力有顯著提升；通過支持基於 JavaScript 的應用開發框架，統一應用開發平臺，使得產品開發更“敏捷”；Huawei LiteOS 爲開發者提供設備智能化使能平臺，有效降低開發門檻、縮短開發週期。

Huawei LiteOS 爲開發者提供“一站式”完整軟件平臺，使物聯網終端開發更簡單、互聯更容易、業務更智能、體驗更順暢、數據更安全。Huawei LiteOS 基礎內核是最精簡的 Huawei LiteOS 操作系統代碼，包括任務管理、內存管理、時間管理、通信機制、中斷管理、隊列管理、事件管理、定時器、異常管理等操作系統基礎組件，可以單獨運行，向上提供標準的 API 接口。

1.5.5、IoT 平臺

OceanConnect 是華爲公司基於物聯網、雲計算和大數據等技術打造的開放生態環境。OceanConnect 圍繞着華爲 IoT 聯接管理平臺，提供了 170 多種開放 API 和系列化 Agent 幫助夥伴加速應用上線，簡化終端接入，保障網絡聯接，實現與上下游夥伴產品的無縫聯接，同時提供面向合作伙伴的一站式服務，包括各類技術支持、營銷支持和商業合作。