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NB-IOT将重塑智慧城市的未来

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2022.12.21
信息摘要:
NB-IOT将重塑智慧城市的未来NB-IoT(窄带物联网)是一种低功耗技术,专为物联网(IoT)应用和其他低数据速率通信需求而设计。其使用窄…

NB-IOT将重塑智慧城市的未来


NB-IoT(窄带物联网)是一种低功耗技术,专为物联网(IoT)应用和其他低数据速率通信需求而设计。其使用窄带无线电频谱和先进的电源管理技术,能够有效利用可用频谱,并延长物联网设备的电池寿命。NB-IoT基于LTE(长期演进)蜂窝无线技术,已被第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化,作为物联网应用的全球无线通信标准。

什么是NB-IOT?


NB-IoT是一种低功耗广域网(LPWAN)技术,专为物联网(IoT)设备和其他需要低数据速率和长电池寿命的应用而设计。其是一种蜂窝网络技术,使用窄带无线电频谱为物联网设备提供安全可靠的通信。

NB-IoT在许可频谱中运行,并使用先进的调制和多址技术,以实现有效使用可用频谱并支持大量连接设备。其还使用先进的电源管理技术来延长物联网设备的电池寿命,这对于远程传感器和其他不容易进行维护或更换电池的设备等应用至关重要。

除了低功耗和远程功能外,与其他物联网技术相比,NB-IOT还提供了更高的安全性和可靠性。其使用专用的网络基础设施和强大的信号机制来提供可靠的通信,即使在具有挑战性的环境中,如密集的城市地区或地下深处。

总的来说,NB-IoT是实现物联网和支持越来越多的连接设备的关键技术,这些设备部署在广泛的行业中,从农业和制造业到智慧城市和医疗保健。

NB-IOT安全吗?


由于底层技术比传统蜂窝模块更简单,原始设备制造商可以更容易地设计、生产和部署其产品。

同样可靠的LTE移动网络安全和隐私保护也可用,包括支持:
  1. 用户身份保密;
  2. 实体认证,;
  3. 数据完整性;
  4. 以及移动设备识别。

NB-IOT用例需求


NB-IoT解决了许多物联网用例的需求,因为其:
  1. 效率:NB-IoT使用半双工通信,这意味着模块和蜂窝基站都不能同时传输数据。这种半双工通信的使用,以及较慢的NB-IOT数据速率、单个天线的使用和更低的射频(RF)带宽,最大限度地降低了复杂性,从而降低了NB-IoT设备的成本。与标准LTE Cat-1蜂窝模块相比,这些简化使NB-IoT模块的成本降低了50%。
  2. 功耗:得益于省电模式(PSM)和eDRX(扩展不连续接收)等功能,以及NB容量的物联网,以优化小型数据传输所使用的能量,电池供电的边缘模块,其可以比传统的LTE Cat-1模块低75%的电量传输数据。因此,物联网应用程序制造商可以创造出电池寿命为10年或更长时间的设备。
  3. 容量更大:由于利用了窄带传输、信令优化、自适应调制和混合自动重复请求(HARQ)技术,每平方公里可连接多达100万个NB-IoT设备。
  4. 更好的覆盖范围:窄带物联网利用了大量的信号重复。与竞争的蜂窝技术相比,大信号重复可将NB覆盖物联网提高5-10倍。但是,这会降低数据吞吐量并增加功耗。由于覆盖范围的提高,NB-IoT设备现在可以连接到蜂窝网络,即使位于地下、建筑物内或农村地区。

NB-IoT的成本是多少?


NB-IoT的成本取决于许多因素,包括具体实施、使用的设备和基础设施类型以及部署规模。因此,很难为NB-IoT提供精确的成本估算。

实施NB-IoT的成本可能包括购买和安装必要的设备和基础设施的成本,如基站、天线和其他硬件。还包括运营和维护网络的成本,以及购买或租赁必要频谱的成本。

此外,NB-IoT的成本还取决于部署的类型,例如独立的NB-IoT网络或与现有蜂窝网络集成的网络。根据部署规模的不同,成本也会有所不同,较大的部署通常需要更多的设备和基础设施。

总的来说,实施NB-IoT的成本将取决于一系列因素,并可能因具体实施和要求而有所不同。

NB-IoT是双向的吗?


是的,NB-IoT是一种双向通信技术,即同时支持上行和下行通信。

在双向通信中,数据可以从设备传输到网络(上行链路),也可以从网络传输到设备(下行链路),实现双向通信。这与单向通信相反,单向通信中数据只能在一个方向上传输,从设备到网络或从网络到设备。

NB-IoT采用先进的时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)等多址技术,有效利用可用频谱,支持双向通信。这使得物联网设备可以向网络发送数据,并从网络接收数据,从而实现广泛的应用,如远程传感器监控、资产跟踪和其他物联网用例。

总的来说,NB-IoT的双向通信能力是其设计的重要组成部分,并实现了广泛的物联网应用。

NB-IoT和大规模物联网


在实践中,可能会经常听到NB-IoT和LTE-M之间的比较,尽管这是制造商、服务提供商和网络运营商的移动行业生态系统所提倡的两种选择。

假设从未听说过LPWAN,或者其他人将其描述为新的。在这种情况下,这并不是因为其属于无线物联网通信的全新类别,而是因为蜂窝LPWA网络在长期延迟后终于在许多地区部署,这主要是由于提出的各种竞争技术和移动行业做出的商业决策造成的。

大规模物联网是另一个行业术语,简单地指那些通常传输小数据量的“数十亿”设备,经常地间隔发送(没有持续传输,但偶尔会),并且需要像NB-IoT和其他设备一样长时间的电池寿命,有时也被用于LPWAN。

NB-IoT是5G还是4G?


NB-IoT不被认为是4G或5G技术。其是一种低功耗广域网(LPWAN)技术,专为物联网(IoT)应用和其他低数据速率通信需求而设计。

4G和5G是蜂窝网络技术,用于为智能手机和平板电脑等移动设备提供高速移动宽带和其他先进的通信服务。这些技术使用宽带无线电频谱和先进的调制,以及多种访问技术来支持高数据速率和支持大量连接设备。

相比之下,NB-IoT旨在支持低数据速率和长电池寿命,适用于IoT设备和其他不需要4G或5G高数据速率和功能的应用程序。其使用窄带无线电频谱和先进的电源管理技术,能够有效利用可用频谱,并延长物联网设备的电池寿命。

总的来说,4G和5G专注于提供高速移动宽带服务,而NB-IoT旨在支持广泛的物联网应用,并推动物联网的发展。

NB-IoT和LTE有什么区别?


NB-IoT和LTE(长期演进)都是无线通信技术,但是为不同的目的而设计的,并且有一些关键的区别。

NB-IoT是一种低功耗广域网(LPWAN)技术,专为物联网(IoT)应用和其他低数据速率通信需求而设计。其使用窄带无线电频谱和先进的电源管理技术,能够有效利用可用频谱,并延长物联网设备的电池寿命。

相比之下,LTE是一种蜂窝网络技术,用于向智能手机和平板电脑等移动设备提供高速移动宽带和其他高级通信服务。其使用宽带无线电频谱和先进的调制,以及多种访问技术来支持高数据速率和支持大量的连接设备。

NB-IoT和LTE之间的一些主要区别包括:
  1. 数据速率:NB-IoT专为低数据速率应用而设计,可支持高达200 kbps的数据速率,而LTE可支持高达数百Mbps的数据速率。
  2. 频谱:NB-IoT在许可的频谱中运行,而LTE可以在许可和未许可的频谱中运行。
  3. 范围:由于使用窄带频谱和先进的电源管理技术,NB-IoT的范围比LTE更长。
  4. 功耗:NB-IoT专为低功耗和长电池寿命而设计,而LTE设备通常对功耗有更高的要求。

总的来说,LTE专注于提供高速移动宽带服务,而NB-IoT旨在支持广泛的物联网应用,并推动物联网的发展。

NB-IoT的延迟


与LTE-M相比,NB-IoT不太适合需要极低网络延迟的情况。因此,其在需要近实时数据的应用程序中并不常用。在这些情况下,LTE-M更适合。NB-IoT和LTE-M都在5G的发展中发挥着作用,对于需要速度且通常至关重要的应用来说,极低的网络延迟是必要的。通信标准的选择并不是这里要考虑的唯一因素。

除了NB-IoT和LTE-M在网络延迟方面的差异外,值得注意的是,边缘计算和IoT也可以在快速分析传感器数据方面发挥作用。边缘计算允许数据分析在更靠近源头的地方进行,而不需要与云或数据中心通信。

具体到NB-IoT的延迟,一般等于或小于10秒,范围为1.6~10秒。相比之下,LTE-M的延迟为100到150毫秒。

NB-IoT的移动性


NB-IoT和LTE-M之间的一个关键区别是NB-IoT不完全支持移动性,而LTE-M支持。这意味着NB-IoT在需要在单元之间切换的情况下可能不那么有效。不过,在3GPP Release 14中对此进行了改进,对NB-IoT的特性进行了一些增强。相比之下,LTE-M还支持语音。

尽管NB-IoT在移动性方面存在局限性,但在涉及固定资产和设备的应用和案例中仍有广泛应用。这在前面提到的应用程序和用例类型中很明显。值得注意的是,这并不意味着NB-IoT不能用于移动资产和设备,而是它在这一领域的能力是有限的。

现实世界中有带跟踪器的NB-IoT应用、共享单车服务、带有移动组件但数据吞吐量低的环境应用、智能物流等等。

更具体地说,NB-IoT要求设备在运动时定期重新选择单元,而LTE-M则不需要。因此,NB-IoT不太适合移动设备。并且重新选择电池会对电池寿命产生影响,因为其会消耗电量。智能电表和销售点终端等固定资产通常是NB-IoT的重点,但并不是唯一的重点。对于“真正的无缝移动”,LTE-M可以算作首选技术。

NB-IoT与LoRa


NB-IoT和LoRa都是低功耗广域网(LPWAN)技术,专为物联网(IoT)应用和其他低数据速率通信需求而设计。它们都使用窄带无线电频谱和先进的电源管理技术,以有效利用可用频谱,并延长物联网设备的电池寿命。

NB-IoT和LoRa之间有一些关键的区别,包括:
  1. 频谱:NB-IoT在许可频谱中运行,而LoRa可以在许可和未许可频谱中运行。
  2. 数据速率:NB-IoT可支持高达200 kbps的数据速率,而LoRa可支持高达50 kbps的数据速率。
  3. 范围:LoRa由于使用了专有的扩频调制技术,具有比窄带物联网更长的范围。
  4. 功耗:NB-IoT专为低功耗和长电池寿命而设计,而LoRa设备通常具有更高的功耗要求。
  5. 网络基础设施:NB-IoT使用专用的网络基础设施,而LoRa使用分散式控制的分布式网络架构。

总的来说,虽然NB-IoT和LoRa都是为低数据速率物联网应用而设计的,但它们在技术实现和功能方面存在一些关键差异。

未来的NB-IoT应用


对于传感器的广泛部署,价格合理的调制解调器是必不可少的。有必要改进监测程序和报告各种变量,如温度和湿度。对于涉及大量传感器的应用程序,应该降低数据速率和延迟。这种解决方案可以满足这些标准,这一事实支持了NB-IoT将提高效率的说法。对于单音设备,NB-IoT设备已经表明可以处理低至100-200kbps甚至更低的物理层数据速率峰值。

设备优化的其他方面,例如,LTE MBB需要两个天线,而NB-IoT设备只需要一个接收天线。因此,对于比率和基带解调器,只需要一个接收链。

窄带宽的一个好处是模拟到数字和数字到模拟转换的难度,信道估计和较低的缓冲(NB-IoT为200kHz,其他技术为1.4MHZ至20MHZ)。

农业

由于NB-IoT连接,农民将拥有先进的跟踪选项,因此带有u-blox NB-IoT模块的传感器可以在动物的运动异常时发送警报。这些传感器可用于跟踪环境特征,包括污染、噪音、雨水以及温度和湿度等土壤特征。

智能计量

燃气和水表监测可以通过NB-IoT实现,使用频繁的微小数据传输。智能电表的推出面临着重大的网络覆盖挑战。仪表经常出现在具有挑战性的位置,如地窖、地下隧道,或偏远的农村地区。为了解决这一问题,NB-IoT具有出色的覆盖率和渗透率。

智慧城市

当地政府可以使用NB-IoT来管理路灯,决定何时需要清空垃圾桶、定位空置停车位、密切关注天气以及评估道路状况。

智能公寓

具有NB-IoT连接的传感器可以管理照明和温度,并传输有关建筑维护问题的通知。此外,NB-IoT可以作为建筑的备份宽带连接。在一些安全解决方案中,传感器甚至可以使用LPWA网络直接连接到监控系统,因为这种配置既更容易安装和维护,也更难被入侵者禁用。

消费者

可穿戴技术将通过NB-IoT实现远程连接,这在跟踪人和动物方面尤其有用。与此类似,NB-IoT可用于跟踪患有老年性或慢性疾病的人的健康状况。

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