1.應(yīng)用分類(lèi)

    物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)按連接分類(lèi)如下：

2.現(xiàn)有問(wèn)題

   面對(duì)大量的LPWA類(lèi)應(yīng)用，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要面對(duì)如下問(wèn)題：

①　終端功耗高，當(dāng)前的鋰電池還無(wú)法滿足終端實(shí)時(shí)連接的需求。

②　難以滿足海量終端連接的需求。

③　室內(nèi)信號(hào)覆蓋不足，典型場(chǎng)景如：室內(nèi)無(wú)線抄表、地下資源監(jiān)控等。

④　終端種類(lèi)多，業(yè)務(wù)復(fù)雜，綜合開(kāi)發(fā)成本高。

    而目前的2G網(wǎng)路能力弱，且可能無(wú)法長(zhǎng)期存在，4G網(wǎng)絡(luò)速率高，且成本相對(duì)較高，因此均難以滿足LPWA（低功耗物聯(lián)網(wǎng)）的應(yīng)用需求。

 

3.新的需求

①　超低功耗，如5wh電池能夠續(xù)航10年。

②　超大連接，如每小區(qū)大于5萬(wàn)接連。

③　超強(qiáng)覆蓋，如相比GSM增強(qiáng)20dB。

④　超低成本，如模組成本低于2美元。

 

二、窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

   1.NB-IoT的推出

NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，華為的推進(jìn)最早。2014年5月，華為提出了窄帶技術(shù)NB M2M；2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIOT；7月份，NB-LTE跟NB-CIOT進(jìn)一步融合形成NB-IOT。

    NB-loT采用超窄帶、重復(fù)傳輸、精簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等設(shè)計(jì)，以犧牲一定速率、時(shí)延、移動(dòng)性能，獲取面向LWPA物聯(lián)網(wǎng)的承載能力。

    NB-IoT的200KHz帶寬，易于2G網(wǎng)絡(luò)騰頻和升級(jí)支持，同時(shí)子載波采用15/3.75KHz，可獨(dú)立部署，也可與LTE共載波部署；NB IoT初步滿足大量連接要求，未來(lái)可以進(jìn)一步升級(jí)滿足5G需求，成為5G的一部分。

 

   2.NB_IoT的核心優(yōu)勢(shì)

 

    • 強(qiáng)鏈接：在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供50-100倍的接入數(shù)。一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，受限于帶寬，運(yùn)營(yíng)商給家庭中每個(gè)路由器僅開(kāi)放8-16個(gè)接入口，而一個(gè)家庭中往往有多部手機(jī)、筆記本、平板電腦，未來(lái)要想實(shí)現(xiàn)全屋智能、上百種傳感設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)就成了一個(gè)棘手的難題。而NB-IoT足以輕松滿足未來(lái)智慧家庭中大量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。

    • 高覆蓋：NB-IoT室內(nèi)覆蓋能力強(qiáng)，比LTE提升20dB增益，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域能力。不僅可以滿足農(nóng)村這樣的廣覆蓋需求，對(duì)于廠區(qū)、地下車(chē)庫(kù)、井蓋這類(lèi)對(duì)深度覆蓋有要求的應(yīng)用同樣適用。以井蓋監(jiān)測(cè)為例，過(guò)去GPRS的方式需要伸出一根天線，車(chē)輛來(lái)往極易損壞，而NB-IoT只要部署得當(dāng)，就可以很好的解決這一難題。

   • 低功耗：低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項(xiàng)重要指標(biāo)，特別對(duì)于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場(chǎng)合，如安置于高山荒野偏遠(yuǎn)地區(qū)中的各類(lèi)傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備，它們不可能像智能手機(jī)一天一充電，長(zhǎng)達(dá)幾年的電池使用壽命是最本質(zhì)的需求。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應(yīng)用，因此NB-IoT設(shè)備功耗可以做到非常小，設(shè)備續(xù)航時(shí)間可以從過(guò)去的幾個(gè)月大幅提升到幾年。

    • 低成本：與LoRa相比，NB-IoT無(wú)需重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)用的。以中國(guó)移動(dòng)為例，900MHZ里面有一個(gè)比較寬的頻帶，只需要清出來(lái)一部分2G的頻段，就可以直接進(jìn)行LTE和NB-IoT的同時(shí)部署。低速率、低功耗、低帶寬同樣給NB-IoT芯片以及模塊帶來(lái)低成本優(yōu)勢(shì)。模塊預(yù)期價(jià)格不超過(guò)5美元。

 

   3.NB_IoT與LoRa的區(qū)別

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要考慮許多因素，例如節(jié)點(diǎn)成本，網(wǎng)絡(luò)成本，電池壽命，數(shù)據(jù)傳輸速率，延遲，移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及部署類(lèi)型等。可以說(shuō)有一種技術(shù)可以滿足IoT所有的需求。NB-IoT和LoRa兩種技術(shù)具有不同的技術(shù)和商業(yè)特性，所以在應(yīng)用場(chǎng)景方面會(huì)有不同。

l 頻段，服務(wù)質(zhì)量和成本

    LoRa工作在1GHz以下的非授權(quán)頻段，故在應(yīng)用時(shí)不需要額外付費(fèi)。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權(quán)頻段。處于500MHz和1GHz之間的頻段對(duì)于遠(yuǎn)距離通信是最優(yōu)的選擇，因?yàn)樘炀€的實(shí)際尺寸和效率是具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的。

    LoRaWAN使用免費(fèi)的非授權(quán)頻段，并且是異步通信協(xié)議，對(duì)于電池供電和低成本是最佳的選擇。LoRa 和 LoRaWAN 協(xié)議，在處理干擾、網(wǎng)絡(luò)重疊、可伸縮性等方面具有獨(dú)特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

l 電池壽命和下行延遲

    蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的理念是最優(yōu)的頻段利用率，相應(yīng)的就犧牲了節(jié)點(diǎn)成本和電池壽命。相反，LoRaWAN節(jié)點(diǎn)是為了低成本和長(zhǎng)電池壽命而生，在頻段利用率方面有一定的欠缺。

    關(guān)于電池壽命方面有兩個(gè)重要的因素需要考慮，節(jié)點(diǎn)的電流消耗（峰值電流和平均電流）以及協(xié)議內(nèi)容。LoRaWAN是一種異步的基于ALOHA的協(xié)議，也就是說(shuō)節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景需求進(jìn)行或長(zhǎng)或短的睡眠，而蜂窩等同步協(xié)議的節(jié)點(diǎn)必須定期地聯(lián)網(wǎng)。

    例如，現(xiàn)在市面上的手機(jī)工作時(shí)每1.5s必須與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步。在NB-IoT中，這種同步變少但是仍然在定期進(jìn)行，這樣就額外的消耗了電池的電量。

    在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中調(diào)制是充分利用頻段的有效手段，但是從節(jié)點(diǎn)的角度這并不是有效的。蜂窩的調(diào)制（OFDM或者FDMA）需要一個(gè)線性的發(fā)射器來(lái)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，而一個(gè)線性的發(fā)射器需要的峰值電流比非線性調(diào)制多幾個(gè)數(shù)量級(jí)，越高的峰值電流會(huì)消耗電池更多的電量。

  但同步的通信協(xié)議在較短的下行延遲方面具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)NB-IoT可以為需要大量數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用提供快速的數(shù)據(jù)傳輸速率。而LoRaWAN的Class B 通過(guò)定期地（編程實(shí)現(xiàn)）喚醒終端以收取下行消息而縮短了下行通信的延遲。

    所以對(duì)于需要頻繁通信、較短的延遲或者較大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用來(lái)說(shuō)NB-IoT或許是更好的選擇，而對(duì)于需要較低的成本、較高的電池壽命和通信并不頻繁的場(chǎng)景來(lái)說(shuō)LoRa更好。

l  網(wǎng)絡(luò)覆蓋和部署時(shí)間表

 節(jié)點(diǎn)工作的本質(zhì)需求是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，對(duì)于NB-IoT來(lái)說(shuō)一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)升級(jí)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)部署，但是這種升級(jí)僅限于某些特定的4G/LTE基站，并且花費(fèi)較高。并且這種升級(jí)僅適于已經(jīng)具有4G/LTE覆蓋的城區(qū)，對(duì)于偏遠(yuǎn)或者郊區(qū)等沒(méi)有4G覆蓋的來(lái)說(shuō)并不合適。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)在16年6月公布，預(yù)計(jì)模塊將于17年上半年量產(chǎn)發(fā)布。除網(wǎng)絡(luò)部署之外，相應(yīng)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)鏈的建立還需要更長(zhǎng)的時(shí)間和努力去探索，但是市場(chǎng)需求和機(jī)會(huì)是否會(huì)等待呢？

    LoRa的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)已經(jīng)較為成熟了，產(chǎn)品也處于“蓄勢(shì)待發(fā)”的狀態(tài)，同時(shí)全球很多國(guó)家正在進(jìn)行或者已經(jīng)完成了全國(guó)性的網(wǎng)絡(luò)部署。LoRa產(chǎn)業(yè)鏈一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)環(huán)節(jié)的成員都掌握著自主性，一些大公司正在計(jì)劃創(chuàng)造一種混合型的商業(yè)模型來(lái)部署網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。但NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)受到頻段、運(yùn)營(yíng)商等限制。

 

三、窄帶物聯(lián)網(wǎng)在水行業(yè)的應(yīng)用

 物聯(lián)網(wǎng)+水表

    智能水表因其從根本上改變了傳統(tǒng)的抄表方式，在節(jié)省大量人力的基礎(chǔ)上，同時(shí)解決了長(zhǎng)期困擾供水行業(yè)的水費(fèi)拖欠問(wèn)題，因而將直接給供水行業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

智能水表市場(chǎng)前景廣闊，增長(zhǎng)迅速。2015 年我國(guó)水表產(chǎn)量7000 萬(wàn)臺(tái)，其中智能水表1500 萬(wàn)臺(tái)，出口水表約1000 萬(wàn)臺(tái)，國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售的6000 萬(wàn)臺(tái)最主要應(yīng)用于新建樓盤(pán)與住宅改造。雖然目前國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)市場(chǎng)已經(jīng)趨近平穩(wěn)，但棚戶區(qū)改造同樣是巨大的市場(chǎng)。隨著技術(shù)的不斷提升以及智慧城市的演進(jìn)，智能水表行業(yè)將穩(wěn)步發(fā)展。

    2016 年之前智能水表產(chǎn)量一直以近20%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)新一代的物聯(lián)網(wǎng)以及NB-IoT智能水表將于2-3 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，這將大大滿足市場(chǎng)需求。《我國(guó)水表行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，“十三五”期間智能水表（含智能應(yīng)用系統(tǒng)）銷(xiāo)售收入占全部水表銷(xiāo)售比例要達(dá)到40%，伴隨著政策向好，智能水表的市場(chǎng)規(guī)模也將穩(wěn)步提升，預(yù)計(jì)增速將達(dá)到28%，到2020 年智能水表的滲透率將接近45%，年出貨量4500 萬(wàn)臺(tái)。根據(jù)滲透率提升的預(yù)測(cè)以及銷(xiāo)售收入的預(yù)計(jì)增幅比例，假定未來(lái)40%-50%的新增水表需求為智能水表，按我國(guó)當(dāng)前約4.5 億家庭用戶以及智能水表價(jià)格270 元/臺(tái)計(jì)算，預(yù)計(jì)未來(lái)五年我國(guó)將新增智能水表超過(guò)1.5 億臺(tái)，對(duì)應(yīng)規(guī)模將達(dá)到超過(guò)400 億元，相較于當(dāng)前每年50 億元的市場(chǎng)規(guī)模將實(shí)現(xiàn)顯著的提升。

 

四、助力智慧水務(wù)的發(fā)展

    中國(guó)電信與華為日前在深聯(lián)合舉辦智慧城市公共服務(wù)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研討會(huì)。會(huì)上透露，2017年上半年，中國(guó)電信將建成規(guī)模、覆蓋、質(zhì)量和應(yīng)用范圍都居于全球領(lǐng)先地位的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)商用部署，為智能時(shí)代的萬(wàn)物互聯(lián)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

     中國(guó)電信、深圳水務(wù)集團(tuán)和華為聯(lián)合發(fā)布《NB-IoT智慧水表白皮書(shū)》，從夯實(shí)基礎(chǔ)能力、推動(dòng)重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施、樹(shù)立行業(yè)示范標(biāo)桿等方面，闡述了三方在NB-IoT智慧水表領(lǐng)域的行動(dòng)計(jì)劃及實(shí)施方案，并對(duì)未來(lái)智慧水務(wù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

    在白皮書(shū)發(fā)布的背后，全球首個(gè)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)智慧水務(wù)項(xiàng)目已經(jīng)在深圳正式商用。中國(guó)電信、華為、深圳水務(wù)集團(tuán)三方開(kāi)展了戶表集抄、管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、水務(wù)信息化應(yīng)用整合等一系列創(chuàng)新合作，讓深圳成為全球首個(gè)規(guī)模化運(yùn)用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)提供水務(wù)服務(wù)的城市。另外，包括福州、臺(tái)州、寧波等城市也先期開(kāi)始了NB-IoT的試點(diǎn)。

     作為流量?jī)x表制造企業(yè)，上海肯特也在積極關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)的制定及商用的情況，并聯(lián)合多家供水企業(yè)、通信廠家開(kāi)展NB-IoT的試用，共同推進(jìn)NB-IOT技術(shù)在智慧供水業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。