第2章NB-IoT技術(shù)概述本章導(dǎo)覽2016年6月16日，NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，窄帶物聯(lián)網(wǎng)）作為3GPPR13的一項(xiàng)重要課題，其對應(yīng)的3GPP協(xié)議的相關(guān)內(nèi)容得到了3GPPRAN（The3rdGenerationPartnershipProject:RadioAccessNetwork，第三代合作項(xiàng)目：無線接入網(wǎng)絡(luò)）會議批準(zhǔn)，正式宣布NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的核心協(xié)議全部完成，標(biāo)志著NB-IoT技術(shù)正式誕生，進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)通信的一個新的篇章。本章主要是讓大家了解NB-IoT的由來、發(fā)展歷程、主要技術(shù)特性、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議棧架構(gòu)、部署模式、以及當(dāng)前基于NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用案例。本章知識結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)通過對本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該能夠做到：1.能說出NB-IoT技術(shù)誕生的背景及發(fā)展過程；2.能解釋NB-IoT的相關(guān)略縮語；3.能說出NB-IoT相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈；4.能解釋NB-IoT的主要特性和原理；5.能理解NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和協(xié)議棧；6.能說出NB-IoT的工作頻帶；7.能解釋NB-IoT三種不同部署模式的區(qū)別；8.能分析NB-IoT典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的場景和應(yīng)用部署2.1NB-IoT技術(shù)的由來2.1.1NB-IoT的源起窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，早在2013年的時候，包括通信運(yùn)營商、設(shè)備制造商以及芯片提供商等產(chǎn)業(yè)鏈的上下游就已經(jīng)開始對它產(chǎn)生了前瞻性的布局，并為窄帶物聯(lián)網(wǎng)起名為LTE-M（LTEforMachinetoMachine，針對M2M的LTE），期望基于LTE來設(shè)計一種專門為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的新空口技術(shù)。LTE-M從商用的角度提出了兩大目標(biāo)，即廣覆蓋和低成本。至此，開啟了由3GPP主導(dǎo)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化之路，如圖所示。2.1.1NB-IoT的源起當(dāng)時LTE-M技術(shù)方案主要有兩種思路，即基于現(xiàn)有GSM的演進(jìn)思路和華為技術(shù)公司提出的新空口思路，當(dāng)時名稱為NB-M2M。2014年5月，由沃達(dá)豐、中國移動、意大利電信、華為、諾基亞等公司支持的SI“CellularSystemSupportforUltralowComplexityandLowThroughputInternetofThings”在3GPPGERAN工作組立項(xiàng)，將上述的兩種思路包含在其中，LTE-M的名稱也演變成了CIoT（CellularIoT）。隨著工作的進(jìn)展，在GERAN進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究的CIoT得到了越來越多的通信運(yùn)營商和設(shè)備生產(chǎn)廠商的關(guān)注，2015年5月，華為和高通兩家公司在共識的基礎(chǔ)上，共同宣布了一種融合的解決方案，即上行采用FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）方式，下行采用OFDMA（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交頻分多址）方式，該融合之后的方案即為NB-CIoT（NarrowBandCellularIoT，窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）。2.1.1NB-IoT的源起與此同時，愛立信也聯(lián)合其它幾家公司提出了NB-LTE（NarrowBandLTE，窄帶LTE）的方案，該方案最主要希望能夠使用舊的LTE實(shí)體層部分，并且在相當(dāng)大的程度上使用上層LTE網(wǎng)絡(luò)，沿用原有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而達(dá)到快速部署的目的，并減少設(shè)備升級的成本。2015年9月，經(jīng)過多輪的角逐和激烈討論，各方終于達(dá)成了一致，將NB-CIoT和NB-LTE兩個技術(shù)方案再次融合形成了NB-IoT，NB-IoT的名稱也從此正式確立。2016年年底，3GPP規(guī)范Release13最終完成凍結(jié)，由此以后，NB-IoT以驚人的速度快速占領(lǐng)市場，包括中國在內(nèi)的很多國家都相繼宣布了NB-IoT的商用計劃，全球300多家運(yùn)營商已經(jīng)完成了全球90%覆蓋的移動網(wǎng)絡(luò)。2.1.1NB-IoT的源起在我國，也與3GPP保持同步開始進(jìn)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，2015年11月，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會CCSATC5WG9#74次會議上，通過了《面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶無線接入總體技術(shù)要求》的立項(xiàng)，標(biāo)志著國內(nèi)NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)化工作正式啟動。在2016年6月初CCSATC5WG9#77次會議上通過了NB-IoT系列行標(biāo)（包含核心網(wǎng)，接入網(wǎng)和終端）的立項(xiàng)工作。2017年2月，中國移動在鷹潭建成了全國第一張地市級全域覆蓋的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，這也預(yù)示著蜂窩物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始邁向真正的商業(yè)應(yīng)用。中國電信隨后在2017年6月商用了第一張全覆蓋的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。所以2017年也可以看作是NB-IoT在中國的商用元年。隨后，NB-IoT在很多物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用，包括公共事業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、健康醫(yī)療、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。2020年7月，NB-IoT被ITU正式納入到5G的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，這也是全球科技產(chǎn)業(yè)的一個重大歷史時刻。2.1.2NB-IoT的相關(guān)略縮語NB-IoT的相關(guān)術(shù)語如下表所示。略縮語英文全稱中文名備注M2MMachineToMachine機(jī)器對機(jī)器3GPPR10前使用MTCMachineTypeCommunication機(jī)器類通信3GPPR10開始使用eMTCEnhancedMachineTypeCommunication機(jī)器類通信增強(qiáng)3GPPR13（CatM1）LTE-MLTE-MachineLTE機(jī)器類通信泛指用LTE支持MTC/eMTC的解決方案CIoTCellularInternetofThings蜂窩物聯(lián)網(wǎng)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化承載物聯(lián)網(wǎng)解決方案NB-IoTNarrowbandInternetofThings窄帶物聯(lián)網(wǎng)3GPPR13多廠家技術(shù)的融合NB-CIoTNarrowBandCellularIoT窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)華為窄帶物聯(lián)網(wǎng)方案NB-LTENarrowBandLTE窄帶LTE愛立信窄帶物聯(lián)網(wǎng)方案2.1.3NB-IoT的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)相對于其他傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)要更龐大一些，它需要從縱向產(chǎn)業(yè)鏈和橫向技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)兩個維度多個環(huán)節(jié)來進(jìn)行分析。對于NB-IoT這類低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，目前已經(jīng)形成了從“底層芯片—通信模組—終端設(shè)備—運(yùn)營商—應(yīng)用”的一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，如下圖所示。2.1.3NB-IoT的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈在該產(chǎn)業(yè)鏈中，芯片產(chǎn)業(yè)在NB-IoT的整個產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)著非常重要的位置，目前幾乎所有的主流芯片和模組廠商都有明確的NB-IoT支持計劃。目前NB-IoT典型的一些芯片有華為海思、高通、聯(lián)發(fā)科、中興微、紫光展銳等，通信模組有移遠(yuǎn)模組、利爾達(dá)模組等。我國的華為技術(shù)公司早在2014年就斥資2500萬美元收購了美國領(lǐng)先的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)芯片和解決方案提供商，并快速推出了NB-IoT商用芯片，這也是業(yè)內(nèi)第一款正式商用的NB-IoT芯片，隨后，華為海域Ublox、移遠(yuǎn)等公司合作提供了第一批商用模組。除了芯片之外，華為在NB-IoT領(lǐng)域的布局也是全方位的，也向全球發(fā)布了端到端的NB-IoT解決方案，主要包括：HuaweiLiteOS與NB-IoT芯片使能的智能化終端方案、平滑演進(jìn)到NB-IoT的eNodeB基站、可支持CoreinaBox或NFV切片靈活部署的IoTPacketCore、基于云化架構(gòu)并具有大數(shù)據(jù)能力的IoT聯(lián)接管理平臺等。2.2NB-IoT的主要特性2.2NB-IoT的主要特征NB-IoT技術(shù)具有低功耗、深覆蓋、低成本和大連接等主要特征，如下圖所示。

2.2.1低功耗由于大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用由于地理位置或成本的原因，其物聯(lián)網(wǎng)終端存在接電或電池更換不方便、設(shè)備不易維護(hù)等問題，所以低功耗的設(shè)計對于物聯(lián)網(wǎng)終端能否在特殊的場景中進(jìn)行商用的一個關(guān)鍵的特性需求。在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，NB-IoT終端電池的壽命設(shè)計目標(biāo)為支持10年，通過以下手段來減低功耗：（1）芯片復(fù)雜度降低，工作電流?。唬?）空口信令簡化，減少單次傳輸功耗；（3）PSM（PowerSavingMode，省電模式）功耗僅為15μW，而且終端99%的時間都處于PSM狀態(tài)；（4）eDRX（extendedDiscontinuousReception，擴(kuò)展非連續(xù)接收）周期，最長2.91小時；（5）長周期TAU（TrackingAreaUpdate，跟蹤區(qū)更新）減少發(fā)送位置更新，降低功耗；（6）僅支持小區(qū)選擇和重選，減少測量開銷。2.2.2深/廣覆蓋NB-IoT的信號覆蓋能力要比GSM/GPRS增強(qiáng)20dB，能夠覆蓋到地下車庫、地下室等信號難以到達(dá)的地方。GSM/GPRS的MCL（MaximumCouplingLoss，最小耦合路徑損耗）是144dB，而NB-IoT的MCL為164dB。其中，下行鏈路主要依靠增大各個信道的最大重復(fù)次數(shù)（最大值為2048次）來獲得覆蓋上的增加，重復(fù)增益值=10Log重復(fù)次數(shù)，如下圖所示。2.2.2深/廣覆蓋此外，下行鏈路基站的發(fā)射功率比終端大很多，這也是下行覆蓋保障的一個主要原因。雖然，NB-IoT的終端上行發(fā)射功率（23dBm=200mW）比GSM/GPRS（33dBm=2W）低10dB，但是，NB-IoT通過減少上行傳輸帶寬來提高上行功率的密度，上行帶寬最小為3.75kHz單頻發(fā)送，下行仍為180kHz。同時，增加上行發(fā)送數(shù)據(jù)的重復(fù)次數(shù)來使得上行同樣可以工作在164dB的最大路徑損耗下。上行的最大重復(fù)次數(shù)可以達(dá)到128次。NB-IoT的覆蓋廣度也可以達(dá)到35km的小區(qū)半徑。2.2.3大連接NB-IoT通過窄帶、低占空比的話務(wù)模型、小包傳輸優(yōu)化空口信令開銷以及數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化等技術(shù)，支持每個小區(qū)5萬個連接數(shù)，網(wǎng)絡(luò)容量非?？捎^。2.2.4低成本NB-IoT采用簡單的調(diào)制解調(diào)和編碼方式，不支持MIMO，采用單接收射頻通路，從而降低存儲器及處理器要求，采用半雙工的方式，減少最大帶寬，基帶復(fù)雜度低，采用低采樣速率，緩存要求小。此外，還通過降低發(fā)射功率，單片SoC內(nèi)置功放，協(xié)議棧簡化，減少片內(nèi)FLASH/RAM來降低終端模組的成本。從右表可以看到R13CatNB1的NB-IoT模組與其它Cat4等不同類別的通信模組的技術(shù)參數(shù)對比。

模組類型技術(shù)參數(shù)R8Cat4R8Cat1R13CatM1R13CatNB1終端接收機(jī)帶寬20MHz20MHz1.4MHz180KHz下行峰值速率150Mbps10Mbps1Mbps170~226Kbps上行峰值速率50Mbps5Mbps1Mbps~250Kbps終端最大發(fā)射功率23dBm23dBm20/23dBm20/23dBm終端接收通路22/111雙工方式全雙工全雙工半雙工半雙工部署方式LTE帶內(nèi)LTE帶內(nèi)LTE帶內(nèi)LTE帶內(nèi)/保護(hù)帶/獨(dú)立覆蓋（MCL）>140dB>140dB>155dB>164dB移動性完全移動性完全移動性完全移動性小區(qū)重選相對Cat4的復(fù)雜性100%80%20%15%2.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2.3.1NB-IoT網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本一直，但是，針對NB-IoT優(yōu)化流程，在架構(gòu)上也有所增強(qiáng)。如下圖所示，即為NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)。2.3.1NB-IoT網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)在NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中主要包含NB-IoT終端（UE）、E-UTRAN基站（eNodeB）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）、移動性管理實(shí)體（MME）、用戶簽約服務(wù)器（HSS）。此外，為了支持MTC和NB-IoT而引入的網(wǎng)元不是必須的，包括服務(wù)能力開放單元（SCEF）、服務(wù)能力服務(wù)器（SCS）和第三方應(yīng)用服務(wù)器（AS），其中，SCEF也常被稱作能力開放平臺。在架構(gòu)上，NB-IoT與傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)相比主要增加了業(yè)務(wù)能力開放單元（SCEF），用來支持控制面優(yōu)化方案和非IP數(shù)據(jù)傳輸，對應(yīng)地引入了新的接口MME和SCEF之間的T6接口、HSS與SCEF之間的S6t接口。2.3.1NB-IoT網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署時，為了減少物理網(wǎng)元的數(shù)量，可以將MME、S-GW和P-GW等部分核心網(wǎng)網(wǎng)元合并在一起部署，稱之為CIoT服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（C-SGN）或IoT核心網(wǎng)，如右圖所示，NB-IoT終端通過空口連接到eNodeB基站，eNodeB承擔(dān)空口接入處理，小區(qū)管理等相關(guān)功能，并通過S1-lite接口與IoT核心網(wǎng)進(jìn)行連接，將非接入層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給高層網(wǎng)元進(jìn)行處理。IoT核心網(wǎng)承擔(dān)與終端接入層交互的功能，并將IoT業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IoT聯(lián)接管理平臺（即SCEF），IoT聯(lián)接管理平臺匯聚各種接入網(wǎng)得到的IoT數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同類型轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的業(yè)務(wù)服務(wù)器進(jìn)行處理。應(yīng)用服務(wù)器是IoT數(shù)據(jù)的最終匯聚點(diǎn)，根據(jù)客戶的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等操作。2.3.2NB-IoT協(xié)議棧架構(gòu)1）NB-IoT的傳輸模式NB-IoT終端的數(shù)據(jù)通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)器一般有2種模式，即CP（ControlPlane，控制面）模式和UP（UserPlane，用戶面）模式，CP模式是用來傳送控制信令的通道，UP模式是用來傳輸用戶數(shù)據(jù)的通道，CP模式是UE必須支持的，而UP模式為可選。這兩種模式種中可有3條傳輸路徑，分別是：（1）“UE”-“eNodeB基站”-“MME”-“SCEF”-“應(yīng)用服務(wù)器”路徑：該路徑屬于CP模式，它將用戶數(shù)據(jù)放入控制數(shù)據(jù)里面一起發(fā)送，因此稱之為數(shù)據(jù)走的控制面。但此路徑只支持Non-IP數(shù)據(jù)；（2）“UE”-“eNodeB基站”-“MME”-“S-GW”-“P-GW”-“應(yīng)用服務(wù)器”路徑：該路徑也屬于CP模式，也將用戶數(shù)據(jù)放入控制數(shù)據(jù)里面一起發(fā)送。它的好處在于數(shù)據(jù)少的時候，傳輸速度快，另外也不需要建立額外的傳輸線路。（3）“UE”-“eNodeB基站”-“S-GW”-“P-GW”-“應(yīng)用服務(wù)器”路徑：該路徑屬于UP模式，它將用戶數(shù)據(jù)與控制信令分開，該路徑只傳輸用戶數(shù)據(jù)，這種路徑的好處是數(shù)據(jù)多的時候傳輸速度快。手機(jī)的數(shù)據(jù)通信基本是用的這條線路。2.3.2NB-IoT協(xié)議棧架構(gòu)目前，NB-IoT基本采用的是第二條路徑，將用戶數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)通過一條復(fù)用的路徑來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2.3.2NB-IoT協(xié)議棧架構(gòu)2）NB-IoT協(xié)議棧結(jié)構(gòu)在NB-IoT技術(shù)中，UP模式對LTE/EPC協(xié)議棧沒有修改或增強(qiáng)，而CP模式對協(xié)議棧有較大的修改和增強(qiáng)。UP模式又包含了基于SGi的控制面優(yōu)化方案和基于T6的控制面優(yōu)化方案，這兩種方案的協(xié)議棧架構(gòu)的不同主要體現(xiàn)在MME到P-GW或MME到SCEF間的不同。2.3.2NB-IoT協(xié)議棧架構(gòu)（1）基于SGi的控制面優(yōu)化方案如圖所示為基于SGi的控制面優(yōu)化方案的協(xié)議棧架構(gòu)，其中，NB-IoT終端的IP/非IP（IP/Non-IP）數(shù)據(jù)包是封裝在NAS（Non-AccessStratum，非接入層）數(shù)據(jù)包中，MME則執(zhí)行NAS數(shù)據(jù)包到GTP-u（GPRSTunnelProtocol-user，GPRS隧道傳輸協(xié)議-用戶面）數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。對于上行（UL）小數(shù)據(jù)傳輸，MME將NB-IoT終端封裝在NAS數(shù)據(jù)包中的IP/非IP數(shù)據(jù)包，提取并重新封裝在GTP-u數(shù)據(jù)包中，并發(fā)送給S-GW。對于下行（DL）小數(shù)據(jù)傳輸，MME從GTP-u數(shù)據(jù)包提取IP數(shù)據(jù)/非IP數(shù)據(jù)，封裝在NAS數(shù)據(jù)包中發(fā)送給NB-IoT終端。2.3.2NB-IoT協(xié)議棧架構(gòu)（2）基于T6的控制面優(yōu)化方案如圖所示為基于T6的控制面優(yōu)化方案，NB-IoT終端的IP/非IP數(shù)據(jù)包封裝在NAS數(shù)據(jù)包中，MME實(shí)現(xiàn)NAS數(shù)據(jù)包到Diameter數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。對于上行小數(shù)據(jù)包的傳輸，MME將NB-IoT終端封裝在NAS數(shù)據(jù)包中的IP/非IP數(shù)據(jù)包提取并重新封裝在Diameter消息的AVP中，然后發(fā)送給SCEF。對于下行小數(shù)據(jù)的傳輸，MME則從Diameter消息的AVP中提取IP/非IP數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，然后封裝在NAS包中發(fā)送給NB-IoT終端。2.4NB-IoT部署模式2.4.1NB-IoT的工作頻段NB-IoT技術(shù)沿用了LTE中定義的頻段，在3GPPR13版本中為NB-IoT指定了14個頻段，大部分頻點(diǎn)為低頻，如下表所示。頻段號（Band）上行鏈路頻段范圍（MHz）下行鏈路頻段范圍（MHz）主要應(yīng)用地區(qū)或國家11920~19802110~2170歐洲、亞洲21850~19101930~1990美洲31710~17851805~1880歐洲、亞洲5824~849869~894美洲8880~915925~960歐洲、亞洲12699~716729~746美國13777~787746~756美國17704~716734~746美國18815~830860~875日本19830~845875~890日本20832~862791~821歐洲26814~849859~894——28703~748758~803——661710~17802110~2200——2.4.1NB-IoT的工作頻段我國國內(nèi)三大運(yùn)營商的NB-IoT頻帶使用情況如下表所示。運(yùn)營商上行鏈路頻段范圍（MHz）下行鏈路頻段范圍（MHz）頻寬（MHz）中國電信825~840870~88515中國移動890~9001725~1735934~9441820~18301010中國聯(lián)通909~9151745~1735954~9601840~18606202.4.1NB-IoT的工作頻段NB-IoT使用180KHz的無線信道帶寬，下行使用15KHz子載波頻帶，上行使用3.75KHz和15KHz兩種子載波頻帶。具體有三種部署模式，如下圖所示，分別是獨(dú)立部署（Standaloneoperation）、保護(hù)帶部署（Guardbandoperation）和帶內(nèi)部署（In-bandoperation）。2.4.2獨(dú)立部署獨(dú)立部署（Standaloneoperation，簡稱ST），該部署模式不依賴LTE網(wǎng)絡(luò)，且與LTE可以完全解耦，適合充分利用GSM頻段，GSM的信道帶寬為200KHz，這也正好為NB-IoT的180KHz辟出空間，而且兩邊還可以流出10KHz的頻帶作為保護(hù)間隔。2.4.3保護(hù)帶部署保護(hù)帶部署部署（Guardbandoperation，簡稱GB），該部署模式不占用LTE的現(xiàn)有資源，利用LTE邊緣保護(hù)頻帶中未使用的180KHz帶寬的資源塊（ResourceBlock，RB）。2.4.4帶內(nèi)部署帶內(nèi)部署（In-bandoperation，簡稱IB），該部署模式占用LTE的1個PRB（PhysicalResourceBlock，物理資源塊）資源，可與LTE同PCI（Physical-layerCellIdentity，物理層單元標(biāo)識），也可以與LTE不同PCI，一般情況下，如果采用IB的部署模式，那么傾向于設(shè)置為與LTE同PCI，它利用LTE載波中間的任何資源塊。2.4.5三種部署方式性能比較如右表所示，從頻譜、帶寬、兼容性、覆蓋、容量、時延、終端能耗以及產(chǎn)業(yè)情況等方面來對這三種部署模式進(jìn)行比較。技術(shù)參數(shù)獨(dú)立部署保護(hù)帶部署帶內(nèi)部署頻譜獨(dú)占頻譜，不存在與現(xiàn)有系統(tǒng)共存問題需考慮與LTE共存的問題，如干擾規(guī)避、射頻指標(biāo)等問題需考慮與LTE共存的問題，如干擾消除、射頻指標(biāo)等問題帶寬限制較少，單獨(dú)擴(kuò)容未來發(fā)展受限，可用頻點(diǎn)非常有限可用頻點(diǎn)有限，且擴(kuò)容會占用更多LTE資源兼容性配置限制少，兼容性好需要考慮與LTE兼容需要考慮與LTE兼容基站發(fā)射功率需要使用獨(dú)立的功率，下行功率較高，可達(dá)20W借用LTE功率，無需獨(dú)立的功率，下行功率較低借用LTE功率，無需獨(dú)立的功率，下行功率較低覆蓋滿足覆蓋要求，覆蓋略大，有3dB余量滿足覆蓋要求，覆蓋略小滿足覆蓋要求，覆蓋最小容量綜合下行容量約5萬，容量最優(yōu)綜合下行容量約為2.7萬綜合下行容量約為1.9萬傳輸時延滿足時延要求，時延略小，傳輸效率略高滿足時延要求，時延略大滿足時延要求，時延最大終端能耗滿足能耗目標(biāo)，差異不大滿足能耗目標(biāo)，差異不大滿足能耗目標(biāo)，差異不大2.5NB-IoT的典型應(yīng)用2.5NB-IoT的典型應(yīng)用當(dāng)前，NB-IoT開始在社會公共事業(yè)領(lǐng)域以及其他垂直行業(yè)都有了越來越多的應(yīng)用，如下圖所示，NB-IoT終端采集不同行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，通過中國電信、中國移動以及中國聯(lián)通等通信運(yùn)營商的基站將數(shù)據(jù)上傳到云平臺，最后通過應(yīng)用服務(wù)器端的管理中心實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，如車位監(jiān)測、井蓋異動監(jiān)測、水位監(jiān)測、燃?xì)庑孤┍O(jiān)測、消防栓壓力監(jiān)測、微氣象環(huán)境監(jiān)測、道路積水監(jiān)測等NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。2.5.1遠(yuǎn)程抄表燃?xì)獗?、水表、電表可以說跟我們的日常生活是息息相關(guān)的，傳統(tǒng)的抄表都是通過人工方式上門進(jìn)行抄表統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但是，隨著社會的飛速發(fā)展，人工抄表也存在著很多弊端，如效率低下、人工成本高、數(shù)據(jù)記錄容易出錯、維護(hù)管理困難，另外，業(yè)主對陌生人存在戒備心理，導(dǎo)致某些時候抄表無法順利進(jìn)行。因此，遠(yuǎn)程抄表成為了一種不錯的可選方案，于是，GPRS遠(yuǎn)程抄表應(yīng)運(yùn)而生，它解決了人工抄表的一系列問題，但是GPRS遠(yuǎn)程抄表也存在著很多不足，導(dǎo)致其無法大面積推廣，如通信基站用戶容量小、功耗高、信號差等。2.5.1遠(yuǎn)程抄表基于NB-IoT技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表方案較好地解決了人工和GPRS抄表方案的不足，它不僅實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程抄表的功能，同時還具有以下幾個優(yōu)勢：（1）可以實(shí)現(xiàn)海量終端接入：同樣的基站通信，用戶容量是GRPS方案的10倍，相同條件下NB-IoT終端模塊待機(jī)時間課長達(dá)10年，而且信號覆蓋能力強(qiáng)。（2）可以進(jìn)行終端的快速部署：NB-IoT終端儀表統(tǒng)一了底層數(shù)據(jù)協(xié)議，這樣可以省去了大量的協(xié)議解析和對接的工作，而且不用RS485等布線方式，只要通過一張物聯(lián)網(wǎng)Sim卡即可連接上網(wǎng)，傳統(tǒng)的儀表也可以通過NB-IoT網(wǎng)關(guān)接入到NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。（3）部署成本低：NB-IoT儀表采集的數(shù)據(jù)可以直接上傳到IoT聯(lián)接管理平臺，省去了網(wǎng)關(guān)、采集器等網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，因此部署成本較低。2.5.1遠(yuǎn)程抄表這些優(yōu)勢都為NB-IoT的遠(yuǎn)程抄表的大規(guī)模的推廣應(yīng)用。此外，NB-IoT的遠(yuǎn)程抄表大規(guī)模推廣和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為燃?xì)?、水?wù)以及電力公司的智能化管理提供了支持?；贜B-IoT技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表方案一般由三個部分組成，分別是前端的NB-IoT終端設(shè)備（包括氣表、水表、電表等）、NB-IoT網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用服務(wù)器，其拓?fù)淙鐖D所示。2.5.1遠(yuǎn)程抄表數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用服務(wù)器可以對城市各區(qū)的氣表、水表和電表的數(shù)據(jù)通過監(jiān)控中心進(jìn)行展示，并接入收費(fèi)系統(tǒng)，由燃?xì)?、水?wù)和電力部門的管理中心進(jìn)行管理，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的費(fèi)用計量，而不需要抄表員實(shí)地進(jìn)行抄表，用戶還可以通過用戶中心來了解自己的用氣、用水以及用電情況。2.5.2智慧停車隨著我國城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市面臨著各種挑戰(zhàn)，其中，城市車輛保有率的上升給城市的交通帶來了巨大的壓力，停車難問題日益凸顯，亂停車、交通安全事故等現(xiàn)象也會隨之上升，更加劇了城市的交通壓力，另外車主在尋找車位的過程中也增加了城市的能源消耗，因此，如果對城市的停車進(jìn)行智慧化管理，讓車主能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的獲取空閑車位的信息，讓城市管理者高效、便捷地管理好城市的車位，將會對城市的建設(shè)和發(fā)展起到很大的推動作用。目前，城市停車管理的痛點(diǎn)在于停車位的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足車輛數(shù)日益增長的需求，但是，仍有很多停車位得不到有效利用，空置率較高，另外智能化程度也不高。而傳統(tǒng)的智能停車系統(tǒng)也存在分散建設(shè)，且相互獨(dú)立，缺乏共享，車位的管理相對復(fù)雜，維護(hù)成本較高。2.5.2智慧停車如表所示，基于NB-IoT的城市智慧停車方案與目前短距離無線停車方案相比具有很多優(yōu)勢，且可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）“尋位、停車、駛離、扣費(fèi)”的全程自助，縮短停車耗時，加快停車位資源的利用效率；（2）快速搜索停車位，迅速定位停車，并可以實(shí)現(xiàn)隨停隨走，緩解城區(qū)局部交通擁堵；（3）利用經(jīng)濟(jì)手段，可將政府、小區(qū)、商業(yè)閑置、閑時車位共享，降低城市建設(shè)投入；（4）形成城市級的共享停車的規(guī)模化應(yīng)用。

短距離無線方案NB-IoT方案可靠性和安全性私有網(wǎng)絡(luò)，采用非授權(quán)頻譜，可靠性安全性差。授權(quán)頻譜，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)保障。安裝中繼網(wǎng)關(guān)需要安裝，部署成本高。無需安裝中繼網(wǎng)關(guān)，車檢器即插即用。維護(hù)中繼網(wǎng)關(guān)維護(hù)高空作業(yè)，工作量大，且不安全，維護(hù)成本高網(wǎng)絡(luò)覆蓋好，由運(yùn)營商維護(hù)，不存在問題。成本10~15個車檢器就需要配備一個中繼網(wǎng)關(guān)，成本高。無需中繼網(wǎng)關(guān)，成本低。規(guī)模化適合單項(xiàng)目部署。適合大規(guī)?？焖俨渴稹?.5.2智慧停車基于NB-IoT的端到端智慧停車解決方案架構(gòu)，如下圖所示。2.5.2智慧停車基于NB-IoT的端到端智慧停車的應(yīng)用場景主要有道路停車、停車場庫停車以及小區(qū)+零散停車位三種。智慧停車的流程如下圖所示，機(jī)構(gòu)或個人通過平臺或手機(jī)APP發(fā)布共享車位數(shù)量、時段和價格，車主可以通過手機(jī)APP查詢并預(yù)約車位，通過車位導(dǎo)航準(zhǔn)確引導(dǎo)車輛只目的停車位，車位探測器監(jiān)測車輛目標(biāo)，確定車位占用情況，停車完畢后根據(jù)停車時長，支付停車費(fèi)用。同時，管理部門也可以實(shí)時查看轄區(qū)內(nèi)車位情況，提高管理效率。2.5.3環(huán)境監(jiān)測隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對生活環(huán)境要求也在日益提升。黨的十八大也提出了提升城鎮(zhèn)化水平、加大自然生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境保護(hù)的力度、要加強(qiáng)生態(tài)文明制度建設(shè)，并提出了建設(shè)“美麗中國”的概念，由此可見，我國對環(huán)境保護(hù)方面的重視程度，而環(huán)境監(jiān)測是保護(hù)自然環(huán)境，提升環(huán)境質(zhì)量的一個重要手段，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測后，能夠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，可以對時時處處的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題可以做出快速響應(yīng)，減少環(huán)境污染現(xiàn)象的發(fā)生。環(huán)境監(jiān)測主要的內(nèi)容包括水質(zhì)監(jiān)測、空氣質(zhì)量監(jiān)測、揚(yáng)塵監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、排污監(jiān)測以及火災(zāi)監(jiān)測等，這些監(jiān)測一般都有監(jiān)測覆蓋范圍廣、環(huán)境復(fù)雜且需要連續(xù)監(jiān)測等需求，因此，傳統(tǒng)的監(jiān)測，往往不能滿足實(shí)際需求。而基于NB-IoT技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測能較好地滿足這些需求。2.5.3環(huán)境監(jiān)測基于NB-IoT的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖所示，底層為各種環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)通過NB-IoT傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的管理、用戶鑒權(quán)、預(yù)警、遠(yuǎn)程控制、安