窄带物联网(NB-IOT)简要介绍

窄带物联网（NB-IOT）简要介绍2目录窄带物联网（NB-IOT）的发展背景NB-IOT的基本原理和关键技术移动基于GSM的FDD&NB-IOT升级方案注：NB-IOT：NarrowBandInternetOfThings3物联网成为行业焦点，运营商积极布局推进产业发展4LPWA（LowPowerWideArea，低功耗广覆盖）类业务：物联网世界存在⼤量的传感类、控制类连接需求，这些连接速率要求很低，但对功耗和成本⾮常敏感，且分布很广、海量，现有3G/4G技术从成本上⽆法满⾜需求；目前2G虽然已在承担⼀部分对功耗要求相对不⾼的业务需求，但明显还有⼤量需求⽆法满⾜，也不是长期发展的⽅案。物联网业务种类繁多，难以⽤单⼀技术满⾜5注：使⽤5Wh电池，2G终端待机⼤概2个⽉左右LPWA类业务连接是全球产业关注的重要市场，也是公司⾯向⼤连接战略应当考虑满⾜的场景之⼀，但现有2G/3G/4G网络难以承担这类业务。中国移动现有网络难以承担LPWA的重任6目前⼤众消费市场⽇趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点。据市场调研机构预测，未来5-10年物联网连接数和市场规模将发⽣⼤规模井喷式发展。物联网市场潜⼒巨⼤，即将进⼊⼤规模井喷式发展7部分项目统计8应用案例1-智能停车场9应用案例2-智慧路灯10应用案例3-智慧水务传统抄表方案存在着协议不统一，功耗以及干扰大，备货和运维困难等问题。11目录窄带物联网（NB-IOT）的发展背景NB-IOT的基本原理和关键技术移动基于GSM的FDD&NB-IOT升级方案12NB-IOT技术定义；FDD-LTE与TD-LTE的对比NB-IOT技术定义：目前，仅FDDLTE系统支持NB-IoT技术，TD-LTE系统不支持NB-IoT技术。NB-IoT是在基于FDDLTE技术上改造而来的，物理层设计大部分沿用LTE系统技术，如上行采用SC-FDMA，下行采用OFDM。高层协议设计沿用LTE协议，针对其小数据包、低功耗和大连接特性进行功能增强。核心网部分基于S1接口连接，支持独立部署和升级部署两种方式。结论：NB-IOT可以理解为一种简化版的FDDLTE技术；优点：NB-IoT在覆盖、功耗、成本、连接数等⽅⾯性能最优，最符合LPWA类业务需求;缺点：NB-IoT⽆法满⾜对移动性及速率要求较⾼、数据量⼤、需要语⾳业务的应⽤需求，可考虑eMTC、Cat1等候选技术;TD-LTE与FDD-LTE主要对比:TD-LTE与FDD-LTE技术在用户应用层面是一样的，应用场景一样；区别在于调度资源的方式不同；用户感知上，上行速率比现网TD-LTE快（5M带宽下，FDD是TDD的2倍左右）；下行速率比现网TD-LTE慢（5M带宽下，FDD是TDD的约1/3）;技术体制TD-LTELTEFDD主要技术差异双工方式TDDFDD频段F\E\D900M带宽10/20M（上下行共用频段）2*5/2*10M(上下行分开)子帧上下行配置无线帧中多种子帧上下行配置方式无线帧全部上行或者下行配置调度周期随上下行配置方式不同而不同，最小1ms1ms13NB-IOT组网框架其中，IOT连接管理平台可以利用我公司已有的云平台OneNET(中国移动物联网开放平台，据统计，目前有约2700万的连接),另新增设计物联网网关D-MEC。“D-MEC+OneNET”构成新的物联网开放云平台，实现设备采集数据汇聚，能⼒开放，终端管理等功能，避免在NB-IoT时代沦为互联网公司的纯管道。核心：中国移动掌控(Device-to-Cloud)1415不同于LTE的关键技术-1：20dB的覆盖增益16不同于LTE的关键技术-2：低功耗实现低功耗的手段：1、除了IDLE状态外，引入新的状态PSM状态（终端关闭射频接收，进入休眠）；2、eDRX:相比LTE中的DRX，非连续侦听接收周期由2.56s拉长为2.92h小时；3、更长周期的定期位置更新:定期位置更新周期由LTE目前的2h延长为310小时。17不同于LTE的关键技术-3：实现更多并发用户连接，终端低成本化;18总结：NB-IOT关键技术和特性19目录窄带物联网（NB-IOT）的发展背景NB-IOT的基本原理和关键技术基于GSM的FDD&NB-IOT升级方案20协作物联网（CIoT）建网路线2110个站点的试点：900M改造升级FDD+窄带物联网2017年2月底，按省公司计划部安排，确定了关于900M改造升级FDD+窄带物联网设备的工作安排，安排10个站点试点，在原2G900M华为设备的基础上进行改造升级，增加FDD-LTE+NB-IOT。计划将现网GSM900网络退频（农村区域退出10.8M；非农村区域退出5.8M）,其中800K用作NB-IOT（前后200k的保护带，使用1~2个200K带宽业务信道），其余5/10M频带用作发展FDD-LTE;计划将现有GSM900的19M频段（下行频段935-954）的中间频段清退出来，来发展FDD+NB-IOT,即将943.2MHz-954MHz频段腾出（方案三）,943.2MHz-944MHz用于NB-IOT；上行频段与下行频段类似。进展：1、目前按省计划部安排，公司已配合设计院在进行初步勘察选点中，初步选定XX8个站点、XX2个站点进行试点改造；2、按省网优计划，将于6月底前完成GSM网的清频工作；3、目前中国移动关于FDD的牌照待发放。22设备改造升级方案现网有50%站点支持升级，不支持升级模块主要是BTS3012双密度老模块。重用现网资源，快速实现农村无线宽带网络部署：1、多载波射频模块软件升级，BBU框新增LTE主控版及基带板，天线共用2、传输：不具备PTN的站点需要新建PTN设备；3、与TD-LTE共用核心网（EPC）；4、GSM与FDD共网管或者FDD与TD-LTE共网管。23基于GSM升级支持NB（共模块，共天线）FDD-LTE+NB-IOT需接入PTN网络，已有2G和4G(TD-LTE)的共址站，可接入原640设备，增加1GE链路即可；仅有2G而无4G的站点，需新增640设备和传输线路。24覆盖对比NB-IOT与GSM900覆盖距离对比：NB-IoT终端考虑额外10dB损耗，99%覆盖率要求可达到与GSM900原网相当覆盖半径，95%覆盖率要求可达到GSM900原网2倍覆盖半径。现网TD-LTE与GSM900覆盖对比：根据测试结果分析和经验，现网4G(TD-LTE)站点覆盖距离是2G(GSM900)站点的约1/3;农村区域升级FDD-LTE4G站点后，其单个站的覆盖距离约为现网TD-LTE4G基站的3倍，能有效改善农村覆盖问题25容量对比2、FDD-LTE的吞吐率(5M/10M带宽)：1、NB-IOT的吞吐率(200k带宽)：3、现网TD-LTE的吞吐率(20M带宽)：制式和配置单用户理论最大速率下行上行TD-LTE（20M）-下行或上行资源最大化的前提下100Mps50MbpsTD-LTE（20M;子帧配比DL:UL=3：1）69.4Mbps10.4Mbps制式和配置单用户理论最大速率上行下行NB-IOT(200K带宽，Standalone/Guardband)21.3Kbps15.6Kbps26NB-IoT典型场景的速率需求和覆盖标准2728问1:电力抄表是否青睐NB-IoT?答1：电力抄表的场景分为用户侧通信和配网通信系统。电力负荷监控系统频段采用230MHz+1.8GHz的TD-LTE专网。用户电表的远程抄表采用过很多技术，包括GPRS、3G、LTE、PLC、Zigbee、433MHz等等，抄表频率的目标是15分钟一次采集和上传，每天96个点，以便实现电网的在线监测控制。中国等居住集中的地方主要是采用集中式抄表，主要有电力光纤集抄和GPRS集抄(占比超过50%)，欧美等居住分散的地方主要采用独立抄表。由于电力抄表供电不是问题，数据量相对较大，目前尚未体会到电力抄表利用NB-IoT的迫切需求。问2：水表抄表是否青睐NB-IoT?答2：预计2016年全球智能水表安装数将上升到3250万只，占全部水表的比例将超过30%。目前，中国智能水表安装比例仅为15%，预计从2016年起年均复合增长率超过30%。水表的增量市场大多采用M-Bus总线通信。水表的存量市场是无线水表的机会。无线水表的施工简单，因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题。问3：气表抄表是否青睐NB-IoT?答3：气表对安全性要求较高，需要测试时间1-2年。现阶段，燃气表计开始大量使用GPRS通信，一周抄一次，一年资费约6元人民币。目前，自动抄表成本高于人工成本，但燃气面临阶梯定价的问题。因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题，但前提是解决安全性测试问题。问4：智能停车是否青睐NB-IoT?答4：场库停车已经有很多技术手段的落地应用，各有特色，目前的难题是通信网络覆盖问题。占道停车方便了车主停车，但不利于道路通行，超大城市的占道停车位置呈现减少的趋势。占道停车通常是采用人工收费、POS机收费、地磁车检器辅助收费等方式。NB-IoT技术用于车检器，可以几年不用更换电池、网络覆盖到位、节省人工成本、减少道路拥堵、培养良好的停车习惯等。29问5：智慧路灯是否青睐NB-IoT?答5：智慧路灯属于市政工程，供电不是问题，主要是资费。目前主要是路段管理。也有单灯管理，采用PLC+GPRS方式通信，因网关固定位置，对信号覆盖要求高。综合性的智慧路灯，因需要WiFi覆盖，采用LTE通信。NB-IoT的网络覆盖优势加上资费的优势，可渗透到单灯管理的系统中。问6：电梯物联网是否青睐NB-IoT?答6：电梯的控制箱大多是在楼顶，通过接入CAN总线来获取数据。有采用GPRS单独通信的模式，也有采用Zigbee+GPRS的组网模式。因电梯的独立性和高值特性，NB-IoT的网络覆盖优势，可方便管理固定资产。问7：智慧物流是否青睐NB-IoT?答7：高值物品跟踪通常采用M2M+GNSS的模式，主要用于集装箱锁、钱箱、疫苗箱等领域。为了保证1~3个月的工作时间，需要很大的电池供电。NB-IoT技术可解决低功耗问题，但需要建立在网络覆盖到位，并且全球漫游接入。问8：农业物联网是否青睐NB-IoT?答8：农业物联网通常采用M2M、Zigbee、433MHz、WiFi、有线等方式，主要问题集中在网络覆盖、供电和成本方面。NB-IoT技术和传感器结合，全密封外壳，低成本、散布在田野、水下、山林，只要网络覆盖到位，可辅助农业生产上升一个大台阶。对于城郊和一些覆盖到位的区域，NB-IoT可大大提升水产养殖、大棚、花卉等高附加值的农业生产流通领域。问9：智能制造是否青睐NB-IoT?答9：目前很多大型厂区的无线信号覆盖很差，有线通信方式实施困难或成本太高，要实现智能制造的目标，必须保证关键设备和仪器仪表等进行物联网通信。NB-IoT的网络覆盖能力，配合厂区的光纤网络、宽带网络等，打造一套简单行之有效的全网覆盖能力，这是实现智能制造的基础。30问10：垃圾桶是否青睐NB-IoT?答10：垃圾桶具有数量多、分布广、环境差、分类实施难等特点。浙江在试点智能垃圾桶的应用，新加坡和欧洲一些城市采用NB-IoT技术部署垃圾桶。大多数的出发点是监测垃圾桶的满箱，辅助指导垃圾车的行驶路线，以节省司机数量和车辆油耗。目前来看，国外部分国家因为路线较长、人力较贵等因素，通过NB-IoT来实现垃圾桶的自动化管理。但国内较难实施。问11：消防栓是否青睐NB-IoT?答11：目前，水务公司为了让消防栓的浪费率从30%降低到10%，在消防栓的大栓盖增加GPRS通信功能，便于对消防栓的偷漏水进行平台化管理。因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题。问12：智能家居是否青睐NB-IoT?答12：智能家居的不温不火主要是因为家庭网络覆盖问题，必须通过网关，加上品牌因素、客服因素、工程因素等导致尚未火爆便进入偃