1.應用分類

    物聯網就是物物相連的互聯網。這有兩層意思：其一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，廣泛應用于網絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網按連接分類如下：

2.現有問題

   面對大量的LPWA類應用，當前物聯網應用主要面對如下問題：

①　終端功耗高，當前的鋰電池還無法滿足終端實時連接的需求。

②　難以滿足海量終端連接的需求。

③　室內信號覆蓋不足，典型場景如：室內無線抄表、地下資源監控等。

④　終端種類多，業務復雜，綜合開發成本高。

    而目前的2G網路能力弱，且可能無法長期存在，4G網絡速率高，且成本相對較高，因此均難以滿足LPWA（低功耗物聯網）的應用需求。

 

3.新的需求

①　超低功耗，如5wh電池能夠續航10年。

②　超大連接，如每小區大于5萬接連。

③　超強覆蓋，如相比GSM增強20dB。

④　超低成本，如模組成本低于2美元。

 

二、窄帶物聯網的發展

   1.NB-IoT的推出

NB-IoT構建于蜂窩網絡，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。對于物聯網標準的發展，華為的推進最早。2014年5月，華為提出了窄帶技術NB M2M；2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIOT；7月份，NB-LTE跟NB-CIOT進一步融合形成NB-IOT。

    NB-loT采用超窄帶、重復傳輸、精簡網絡協議等設計，以犧牲一定速率、時延、移動性能，獲取面向LWPA物聯網的承載能力。

    NB-IoT的200KHz帶寬，易于2G網絡騰頻和升級支持，同時子載波采用15/3.75KHz，可獨立部署，也可與LTE共載波部署；NB IoT初步滿足大量連接要求，未來可以進一步升級滿足5G需求，成為5G的一部分。

 

   2.NB_IoT的核心優勢

 

    • 強鏈接：在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供50-100倍的接入數。一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構。舉例來說，受限于帶寬，運營商給家庭中每個路由器僅開放8-16個接入口，而一個家庭中往往有多部手機、筆記本、平板電腦，未來要想實現全屋智能、上百種傳感設備需要聯網就成了一個棘手的難題。而NB-IoT足以輕松滿足未來智慧家庭中大量設備聯網需求。

    • 高覆蓋：NB-IoT室內覆蓋能力強，比LTE提升20dB增益，相當于提升了100倍覆蓋區域能力。不僅可以滿足農村這樣的廣覆蓋需求，對于廠區、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。以井蓋監測為例，過去GPRS的方式需要伸出一根天線，車輛來往極易損壞，而NB-IoT只要部署得當，就可以很好的解決這一難題。

   • 低功耗：低功耗特性是物聯網應用一項重要指標，特別對于一些不能經常更換電池的設備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區中的各類傳感監測設備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是最本質的需求。NB-IoT聚焦小數據量、小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小，設備續航時間可以從過去的幾個月大幅提升到幾年。

    • 低成本：與LoRa相比，NB-IoT無需重新建網，射頻和天線基本上都是復用的。以中國移動為例，900MHZ里面有一個比較寬的頻帶，只需要清出來一部分2G的頻段，就可以直接進行LTE和NB-IoT的同時部署。低速率、低功耗、低帶寬同樣給NB-IoT芯片以及模塊帶來低成本優勢。模塊預期價格不超過5美元。

 

   3.NB_IoT與LoRa的區別

物聯網應用需要考慮許多因素，例如節點成本，網絡成本，電池壽命，數據傳輸速率，延遲，移動性，網絡覆蓋范圍以及部署類型等。可以說有一種技術可以滿足IoT所有的需求。NB-IoT和LoRa兩種技術具有不同的技術和商業特性，所以在應用場景方面會有不同。

l 頻段，服務質量和成本

    LoRa工作在1GHz以下的非授權頻段，故在應用時不需要額外付費。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權頻段。處于500MHz和1GHz之間的頻段對于遠距離通信是最優的選擇，因為天線的實際尺寸和效率是具有相當優勢的。

    LoRaWAN使用免費的非授權頻段，并且是異步通信協議，對于電池供電和低成本是最佳的選擇。LoRa 和 LoRaWAN 協議，在處理干擾、網絡重疊、可伸縮性等方面具有獨特的特性，但卻不能提供像蜂窩協議一樣的服務質量（QoS）。

l 電池壽命和下行延遲

    蜂窩網絡設計的理念是最優的頻段利用率，相應的就犧牲了節點成本和電池壽命。相反，LoRaWAN節點是為了低成本和長電池壽命而生，在頻段利用率方面有一定的欠缺。

    關于電池壽命方面有兩個重要的因素需要考慮，節點的電流消耗（峰值電流和平均電流）以及協議內容。LoRaWAN是一種異步的基于ALOHA的協議，也就是說節點可以根據具體應用場景需求進行或長或短的睡眠，而蜂窩等同步協議的節點必須定期地聯網。

    例如，現在市面上的手機工作時每1.5s必須與網絡進行同步。在NB-IoT中，這種同步變少但是仍然在定期進行，這樣就額外的消耗了電池的電量。

    在蜂窩網絡中調制是充分利用頻段的有效手段，但是從節點的角度這并不是有效的。蜂窩的調制（OFDM或者FDMA）需要一個線性的發射器來產生調制信號，而一個線性的發射器需要的峰值電流比非線性調制多幾個數量級，越高的峰值電流會消耗電池更多的電量。

  但同步的通信協議在較短的下行延遲方面具有優勢，同時NB-IoT可以為需要大量數據吞吐量的應用提供快速的數據傳輸速率。而LoRaWAN的Class B 通過定期地（編程實現）喚醒終端以收取下行消息而縮短了下行通信的延遲。

    所以對于需要頻繁通信、較短的延遲或者較大數據量的應用來說NB-IoT或許是更好的選擇，而對于需要較低的成本、較高的電池壽命和通信并不頻繁的場景來說LoRa更好。

l  網絡覆蓋和部署時間表

 節點工作的本質需求是網絡的覆蓋，對于NB-IoT來說一個明顯的優勢是可以通過升級現有的網絡設施來提供網絡部署，但是這種升級僅限于某些特定的4G/LTE基站，并且花費較高。并且這種升級僅適于已經具有4G/LTE覆蓋的城區，對于偏遠或者郊區等沒有4G覆蓋的來說并不合適。NB-IoT標準在16年6月公布，預計模塊將于17年上半年量產發布。除網絡部署之外，相應的商業化和產業鏈的建立還需要更長的時間和努力去探索，但是市場需求和機會是否會等待呢？

    LoRa的整個產業鏈相對已經較為成熟了，產品也處于“蓄勢待發”的狀態，同時全球很多國家正在進行或者已經完成了全國性的網絡部署。LoRa產業鏈一個突出優點是每個環節的成員都掌握著自主性，一些大公司正在計劃創造一種混合型的商業模型來部署網絡和應用。但NB-IoT產業鏈會受到頻段、運營商等限制。

 

三、窄帶物聯網在水行業的應用

 物聯網+水表

    智能水表因其從根本上改變了傳統的抄表方式，在節省大量人力的基礎上，同時解決了長期困擾供水行業的水費拖欠問題，因而將直接給供水行業帶來巨大的經濟效益。

智能水表市場前景廣闊，增長迅速。2015 年我國水表產量7000 萬臺，其中智能水表1500 萬臺，出口水表約1000 萬臺，國內銷售的6000 萬臺最主要應用于新建樓盤與住宅改造。雖然目前國內房地產市場已經趨近平穩，但棚戶區改造同樣是巨大的市場。隨著技術的不斷提升以及智慧城市的演進，智能水表行業將穩步發展。

    2016 年之前智能水表產量一直以近20%的速度增長，預計新一代的物聯網以及NB-IoT智能水表將于2-3 年內實現批量生產，這將大大滿足市場需求。《我國水表行業“十三五”發展規劃綱要》指出，“十三五”期間智能水表（含智能應用系統）銷售收入占全部水表銷售比例要達到40%，伴隨著政策向好，智能水表的市場規模也將穩步提升，預計增速將達到28%，到2020 年智能水表的滲透率將接近45%，年出貨量4500 萬臺。根據滲透率提升的預測以及銷售收入的預計增幅比例，假定未來40%-50%的新增水表需求為智能水表，按我國當前約4.5 億家庭用戶以及智能水表價格270 元/臺計算，預計未來五年我國將新增智能水表超過1.5 億臺，對應規模將達到超過400 億元，相較于當前每年50 億元的市場規模將實現顯著的提升。

 

四、助力智慧水務的發展

    中國電信與華為日前在深聯合舉辦智慧城市公共服務領域物聯網應用研討會。會上透露，2017年上半年，中國電信將建成規模、覆蓋、質量和應用范圍都居于全球領先地位的NB-IoT網絡，實現全網商用部署，為智能時代的萬物互聯奠定堅實基礎。

     中國電信、深圳水務集團和華為聯合發布《NB-IoT智慧水表白皮書》，從夯實基礎能力、推動重點項目實施、樹立行業示范標桿等方面，闡述了三方在NB-IoT智慧水表領域的行動計劃及實施方案，并對未來智慧水務的發展進行了展望。

    在白皮書發布的背后，全球首個NB-IoT物聯網智慧水務項目已經在深圳正式商用。中國電信、華為、深圳水務集團三方開展了戶表集抄、管網監測、水務信息化應用整合等一系列創新合作，讓深圳成為全球首個規模化運用NB-IoT物聯網提供水務服務的城市。另外，包括福州、臺州、寧波等城市也先期開始了NB-IoT的試點。

     作為流量儀表制造企業，上海肯特也在積極關注標準的制定及商用的情況，并聯合多家供水企業、通信廠家開展NB-IoT的試用，共同推進NB-IOT技術在智慧供水業務中的應用。