物联网LPWA通信技术（1）：NB-IOT通信特点及主要场景应用

黎峰吖

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什么是NB-IoT？

要明白什么是NB-IOT，我们首先要了解什么是低功耗广域网，它的英文全称为Low Power Wide Area Network(简写：LPWAN) ，即低功耗广域网络，是区别于我们日常所熟知的3-4-5G远距离通讯网络，它是一种远距离低功耗的无线通信网络技术，主要包含NB-IOT、LoRa、Sigfox、eMTC四种，其中NB-IOT、LoRa近年来备受市场的关注和追捧尤其是NB-IOT。

我们都知道物联网是万物互联，随着我们第6版互联网协议（IPv6）的诞生，支持2128个网络地址，就意味着地球上每平方英寸可分配4.3×1020网络地址，而这为每一个物联设备尤其是传感器都能分配一个网络地址扫除了障碍。
未来每一个设备都能够基于自己的网络地址实现"上网"、与其他设备“交流”，我们日常接触的3-4-5G，主要是用于人与人之间的网络通讯，而LPWAN存在的意义我们可以理解为，为设备之间的通讯打好通信网络基础，而且这种通讯技术具有网络覆盖范围广、终端功耗低等特点比较适合大规模的物联网应用部署。
说完LPWAN，开始来介绍其中的主角，NB-IOT。

NB-IOT全称之为Narrow Band-Internet of Things，窄带物联网；基于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，部署成本低。它的传输距离可达十几公里，每个网络单元可以支持接入50，000个设备终端。

速度方面，NB-IoT的频射网络带宽为200kHz。传输速率一般在160kbps-250kbps之间。又由于NB-IOT通讯结构及设备本身的数据接收及上报模式的设置等因素，NB-IOT通讯常会具有10s内的传输延时。

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NB-IoT组网通讯及工作方式？

NB-IoT通讯通常具有以下几个部分：

NB-IoT通讯模块：具有NB-IoT通讯模块的相关设备就可具备NB-IoT通讯能力；
供电模块：设备运行需要用电。对时延有高要求的业务需要采取持续有线供电，如智慧路灯；若是对时延要求不高的业务场景，则会采用纽扣电池或家里常见的5号电池，如埋在地下的用电池的NB-IoT水表，一用就是3-5年。
物联网卡：给设备上网用的流量卡，用于设备通讯，可对应理解为人们上网需要开通流量包；
NB-IoT通讯基站：NB-IoT设备获取到的信息需要发送给专门的NB-IoT基站，不支持自组网模式；
目前国内的3大运营商甚至华为等厂商都已经在积极布局NB-IoT基站，国外如沃达丰、德国电信、日本软银等十几家运营商也都纷纷入局参与NB-IoT基站网络的建设。
用户服务器：基站收到设备的数据发送到对应的用户服务器，并基于服务器的数据在对应的PC、手机APP端进行相关的数据管理及页面展示。

NB-IoT三种工作模式

设备除了本身上报数据之外可能还需要进行相应的业务动作，如关煤气阀门等，这时候操作指令需要下发至设备，被设备接收并执行，但是发送指令首先要搜索到相关设备，于是就存在了以下几种工作模式。

模式一，随时待命模式
DRX，随时接收数据，和随时监视一样，所以耗电量最高。(DRX待机功率约为1mA)，但随时可以搜到设备。

模式二，间歇性休眠偷懒模式
eDRx：是指打开网络一段时间，然后关闭网络一段时间。数据on时可以接收，但停止时不能接收。停止时间可以设定为数十秒到数小时。(每隔5分钟eDRX的待机功率约为0.2mA)——睡眠不工作、省电，找到设备需要几分钟甚至1-2h。

模式三，间歇性休眠偷懒模式PLUS+

PSM：eDRX省电升级版，降低eDRX交换网络的频率，低到每隔几天开放一次网络的程度，找到设备可能需要一两天时间。同样，网络打开时可以接收数据，但网络没有打开时不能接收数据。(在PSM模式下，待机功耗是微安全级别，在这种情况下，“一个电池一般可用5年”）。

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