NB-IoT低速率窄带物联网通信技术现状及未来发展趋势

2022-09-10

NB-Io T技术的基本结构为蜂窝网络, 在2015年已经正式将NB-Io T确定为蜂窝物联网的空中接口方案。有数据显示, 相比于传统物联网通信技术, NB-Io T低速率窄带物联网通信技术完成设计部署GSM以及UMTS等网络时只需消耗大约180KHz的带宽, 使得开发建设物联网通信系统的成本以及功耗等均得到了有效控制。因此近些年我国也正在持续加大建设移动物联网的力度, 基于此, 本文将通过重点分析研究NB-Io T低速率窄带物联网通信技术的现状与发展趋势, 希望能够为相关研究人员提供相应参考。

一、NB-Io T低速率窄带物联网通信技术的简要概述

基于3GPP技术标准下实施的NB-Io T技术, 作为物联网通信技术的一种, 其主要面向长距离、低速率与低功耗、多终端业务职能设备通信。因此和传统物联网通信技术相比, NB-Io T低速率窄带物联网通信技术的功耗极低、成本低廉, 拥有较强的连接能力以及覆盖能力, 适用于多终端智能设备的长距离通信。该技术采用了端到端系统结构, 系统核心网的数据处理功能极其强大, 其不仅可以实现对用户界面数据的优化传输、优化处理系统控制截面, 还可以根据具体用户需求随时对其接入进行优化选择与安全控制, 并实现控制与用户界面间的自由切换。系统感知层NB-Io T终端NBBS在完成信息请求的发送后, 经由Uu空口连接至网络层E-node B基站, 此时该基站将负责向智能通信设备发送信息数据。NB-Io T基站不仅需要完成接入处理, 同时还负责小区管理信息的管理等其他相关功能。在MI接口下作用下, 经由NB-Io T基站发送出的信息将连接至系统Io T控制器, 随后由这一控制器完成同终端非接入层间的数据连接和数据传输, 以此有效实现用户随机接入。基站在向NB-Io T业务数据处理平台传输各项与Io T有关的业务数据之后, 将依照项目各用户和数据类型, 将其发送至与之对应的应用层当中。系统中所有的数据终端均需要汇聚在业务应用层中, 留足系统用户实际请求完成具体的数据操作处理。而对于通信覆盖, NB-Io T上行链路传输带宽同下行链路传输带宽均为180KHZ, 信号覆盖广度得到有效增加。在重新设计下行链路通信信道以及同步与参考信号后, 运用独立部署的方式优化配置系统频段资源, 在等级覆盖随机接入方式下, 彻底突破了原本用户连接NB-Io T网络时的时间与空间限制, 进一步扩大了网络覆盖范围。在业务应用层中, 系统将依照具体的覆盖等级, 随机选择与之相适宜的接入终端。

二、NB-Io T低速率窄带物联网通信技术的现状分析

在2015年召开的RAN#69会议当中, 正式确定将NB-Io T作为蜂窝物联网空中接口方案, 并通过将华为以及高通等主导的NB-Clo T建议同由爱立信与诺基亚主导的NB-LTE建议进行相互整合将其作为NB-Io T的空中接口标准[1]。在2017年我国工信部制定并发布的关于全面推进建设移动物联网即NB-Io T的通知当中, 指出截至2017年6月末, 中国电信已经完成全世界第一个全覆盖新一代物联网NB-Io T商用网络的建设工作, 为促进国际物联网产业链的进一步发展和完善提供了有利条件, 同时也为世界其他国家运营商设计部署全新的NB-Io T提供了宝贵的商用经验。当时已有专家预计, 在2018年商用NB-Io T网络数将突破100大关。经过长期的不断努力, 当前我国联通、移动以及电信这三大运营商均加大了NB-Io T网络基础设施建设力度, 并通过积极引进国外先进科学技术力求能够进一步降低NB-Io T芯片成本。在此基础上, 我国也开始重视对NB-Io T芯片的自主研发。放眼国际, 目前全球商用NB-Io T网络已有21张, 除却我国三大运营商之外, 还包括韩国LGU+、VDF西班牙等等。国外有学者通过研究发现, 基础结构为蜂窝网络的NB-Io T, 可以支持在M2M体系下实现海量数据的自由连接与实时更新, 在充分发挥移动蜂窝连接便利性的基础上, 使得网络覆盖面可以得到有效增加。在当前的技术条件下, 带宽频率一致时NB-Io T网络增益在20d B以上, 覆盖面积要比传统物联网通信技术大100倍。并且在NB-Io T低速率窄带物联网通信技术中, 其各种终端设备均可以实现长时间待机, 待机时长最长可达10年, 这也使得该技术下设备无需频繁进行更新换代, 不仅可以有效帮助控制功耗, 同时也有助于减少资源浪费以及人员费用[2]。另外, 当前我国也有学者通过研究发现NB-Io T一个扇区至多可同时支持10万用户端在满负荷情况下在线连接, 因此当前的NB-Io T低速率窄带物联网技术还拥有较低的延时率。专家预估到2020年我国将全面建设超过150万个NB-Io T基站, 基本实现NB-Io T在全国范围内的全覆盖。这也极大地表现出我国在发展和建设NB-Io T方面的信心。但与此同时我们也可以看到目前我国在发展和研究NB-Io T低速率窄带物联网通信技术的过程中还存在自主研发能力不足、整体交付能力较弱、产业成本过高等一系列现实问题, 因而我国在发展NB-Io T低速率窄带物联网通信技术方面还有很长一段路要走。

三、NB-Io T低速率窄带物联网通信技术未来发展趋势

虽然目前NB-Io T低速率窄带物联网通信技术在我国的发展还存在诸多问题尚未得到有效解决, 但不可否认的是, 其在我国仍然拥有广阔的发展空间。随着当前我国物联网技术的持续发展, 建立在NB-Io T低速窄带物联网通信技术上的物联网时代, 可以为良好的商业模式提供坚实的科学保障。未来该项技术的网络架构性能还将更加具有安全性与可靠性, 各要素间可以长时间保持良好互联状态。通过结合专家对2018年以及2020年我国NB-Io T基础规模的预估, 可知在积极适应目前市场经济形势变化下, 我国还将出现更多更加先进、多样的物联网通信技术手段, 从而使得NB-Io T具有更优的实践效果[3]。

在当前我国大数据技术以及云计算技术水平的逐渐提高下, 为了能够使得物联网在发展过程中可以逐渐形成与之完全相适应的商业生态模式, 未来在发展NB-Io T低速率窄带物联网通信技术的过程中, 也需要进一步加强相关基础设施建设。使得这一技术能够应用在各行各业当中, 同智能水、气表等紧密相连, 以通过发展NB-Io T低速率窄带物联网通信技术带动我国智慧城市事业的建设。在2017年进行的NB-Io T智能锁项目内场和外场测试当中, 智能车锁关闭结单时间均在5秒以内, 电池待机时间至少为2年, 证明NB-Io T网络对于改善民众生活具有积极的帮助作用。因而未来NB-Io T也将更加贴近民生并朝着商业化的方向发展。

四、结束语

总而言之, 作为当前物联网领域当中的“新宠儿”, NB-Io T低速率窄带物联网通信技术不同于以往的物联网技术, 具有覆盖范围广、功耗低等众多优势特征。虽然其目前在发展过程中也还面临包括整体交付能力偏弱、安全性能较低等问题, 但随着我国对开发建设NB-Io T低速率窄带物联网通信技术力度的不断加大, 未来其技术规模还将得到进一步扩大, 应用能力也将得到相应提升。

摘要：在当前我国物联网结构体系当中, NB-IoT是其中极为重要的一大分支, 因其具有运行成本低廉、覆盖范围广阔、功耗相对较低等优势特点, 因而目前已经在我国通信领域当中得到了广泛运用, 并取得了一定的运用成效, 逐渐开始成为物流网发展的主流。因此, 在这一背景下, 本文将通过分析NB-IoT低速率窄带物联网通信技术目前的发展情况, 结合部分专家学者的展望, 对其未来的发展趋势进行简要分析研究。

关键词：NB-IoT,低速率窄带,物联网通信技术