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NB-IOT应用领域多元化, NB-IOT必将成为物联网最后难题的解决方案!

木马童年 2017-10-30 12:47 426 0

现在有多种无线协议正在相互竞争,企图抢夺链接物联网装置与云端的市场,但只有NB-IoT兼具无线效能、经济利益与易于使用等特性,非常适用于主流的物联网应用。即使在都会环境中都能提供强大的无线效能,并具备长距离 ...

      NB-IOT是专为低功耗、低成本物联网装置所开发的新式无线标准,能与蜂巢式网络基础架构共同运作。其具备低功耗、长距离的特性,以及强大的讯号穿透力,能在特定环境中提供其他无线技术没有的优点。因此,NB-IoT成为物联网装置链接至云端的理想选择。

  物联网(IoT)有“最后一里”的难题。虽然用来收集与分析资料的云端基础架构早已就绪,但是,到现在可用来链接大量装置接上网络、且兼具传输距离、低功耗与低成本特性的无线基础架构却还没有到位。

  窄频IoT(NB-IoT)是专为低功耗、低成本物联网装置所开发的新式无线标准,能与蜂巢式网络基础架构共同运作。无需专属的网关,因此装置制造商能专注于设计装置的功能性,不用再担心无线基础架构的问题。

  

 

  图1 NB-IoT技术特性

  做为一种窄频无线电技术,NB-IoT具备低功耗、长距离的特性,以及强大的讯号穿透力,能在特定环境中提供其他无线技术没有的优点(图1)。集合这些优势,以及行动通讯产业支持,使NB-IoT成为物联网装置链接至云端的理想选择。经过多年的开发, NB-IoT标准已于2016年6月制定完成,成为3GPP第十三版的一部分。它是窄频技术,仅使用180kHz带宽。因此,它的数据传输速率仅约27.2kbit/s下载及62.5kbit/s上传。虽然此传输量比Wi-Fi、蓝牙或高阶蜂巢式技术低了许多,但对众多只需传送状态信息的物联网应用来说,已经绰绰有余。

  具功耗、距离、穿透力优势

  由于NB-IoT的链结仅使用很小的带宽,因此能以低功耗实现长距离通讯。此外,窄频再加上运作于GHz以下频带,意味着NB-IoT拥有极佳的讯号穿透力。也由于它采用授权频段,NB-IoT与蓝牙、Wi-Fi、以及其它在日益壅塞的ISM免授权频段上运作的通讯协议相比,拥有更佳的讯号完整性以及较低的干扰。

  虽然NB-IoT是与蜂巢式网络供货商一起设计,硬件也兼容于既有的网络,但事实上,它是一个全新的通讯协议,与既有的LTE或3G协议并不相同。做为一种“全新设计”的标准,NB-IoT堆栈简洁且易于建置,这代表NB-IoT无线电模块会比大多数的蜂巢式无线电简单许多,而且成本相对合理。

  不同于其他竞争的物联网无线协议需要依赖网关,NB-IoT的蜂巢式特性意味着,只要当地的网络供货商支持,设计人员仅需在装置中加入NB-IoT无线电模块就能连接至互联网,完全不需要网关或路由器。对许多企业来说,这能简化开发成本并加速上市时程,只要专注于自己的核心能力,无须耗费心力于建置可支持其物联网部署的无线基础架构。

  NB-IoT应用领域多元

  虽然NB-IoT甫于2016年才完成标准制定,但它已经被实际运用在市场上,以实现现代联网城市的物联网愿景。从德国、西班牙到挪威,都已成功完成了多项现场测试,充分证明NB-IoT是城市物联网应用的理想方案(图2)。

  

 

  图2 NB-IoT应用范畴

  物联网的主要任务之一是促进资源的有效监控与分配,以实现一个更具智慧、效率的世界。但传统的Wi-Fi、蓝牙和蜂巢式技术的问题是,它们的传输距离、功耗与成本特性,都无法真正实现这个愿景。

  NB-IoT之所以能在都会环境中发挥其强项,最主要是因为它拥有能与传统无线技术互补的特性。它能提供蜂巢式技术的传输距离、蓝牙的成本效益、以及无可匹敌的室内穿透力,让讯号不受都会障碍物的影响,传送无碍。

  智慧量表

  在西班牙,当地的自来水公司Aguas de Valencia已利用NB-IoT来降低营运成本,并提升管理可视性。在Valencia以及西班牙的其他地区,Aguas de Valencia负责管理超过一百万个水表,每个水表都需要定期读取用水度数(图3)。目前许多的公共事业公司都是派员工到现场抄写数据,但此做法不仅耗费成本,也无法实时掌握用户的使用情况。

  

 

  图3 智能读表为NB-IoT主要的应用之一

  受到NB-IoT相关报导的启发,了解此技术可将基础架构交由蜂巢式网络供货商来管理,因此Aguas de Valencia决定在最困难的区域试用u-blox的NB-IoT技术,包括仅有微弱或没有蜂巢式网络覆盖的地下室或下水道这类有金属盖的隐蔽处所、以及传统无线技术难以到达的其他区域等。

  其结果令人十分惊艳。每个测试的行动装置都是安装在量表平常放置的位置,而且传送读数毫无问题。Agua de Valencia一天最多能取得24次实时信息,完全无需派遣工作人员到现场。由于NB-IoT是一项获得蜂巢式网络供货商支持的标准化技术,Agua de Valencia无须担心管理水表所需的无线基础建设。而且,NB-IoT装置的电池寿命可达10年以上的量表使用周期,因此系统的维护与营运成本也能降至最低。

  智能停车

  每个人都知道,在市区里四处绕圈子找停车位简直是一场恶梦。这不仅是驾驶的问题,也是都会区的交通问题,都市的交通堵塞约三成来自寻找车位的交通流量。因此,智能停车的目标是要解决找停车位的问题,透过无线通信技术来通知驾驶哪里有停车位。除了协助需要停车位的驾驶之外,智能停车还能间接地减轻都会区的交通阻塞,让驾驶驶离繁忙的道路。

  智能停车并不是新观念,但由于各种的技术与经济问题,过去一直无法真正取得成功。利用专属的无线协议,今天大部分的智能停车系统要求营运商不仅要安装停车传感器,还要建置无线基础架构,以便连结每个传感器,并将它们连上互联网。这对营运商来说,不仅成本昂贵,而且技术复杂度也高。

  NB-IoT能够解决这些问题,因为每个传感器都能直接与云端通讯。这不仅能降低系统成本,而且能大幅简化部署作业,仅需要在停车场安装传感器就好。因为装置是以电池供电,并以无线通信,不须电缆,再加上它运用的是蜂巢式技术,也不需要无线路由器。

  NB-IoT在智能停车应用有绝佳的潜力,并已经在全球各地成功测试部署。例如,在2017年1月,Q-Free针对新款智能停车传感器展开了一项测试计划,并与全球知名的行动通讯业者Telenor以及挪威公共道路局(NPRA)共同合作。另外,在中国、西班牙、德国和日本也进行了多项智能停车测试计划。

  智慧农业

  窄频物联网的室内穿透力除了能在都会环境提供强大的覆盖率之外,NB-IoT在智慧农业也能发挥极大的作用。其他的无线技术可能无法覆盖大型区域,NB-IoT的长距离与蜂巢式设计,使其非常适合精密农业的应用,包括灌溉、病虫防治以及温度和湿度监控等。

  针对农业应用,和智能停车与智能量表一样,NB-IoT的价值不仅来自于它的无线覆盖率与低功耗特性,也是因为它的易于部署。停车业者、公共事业业者与农夫都没兴趣成为无线基础架构的专家,他们只希望联网解决方案能够正常运作。

  解决物联网最后一里瓶颈

  虽然NB-IoT在2016年6月才完成标准制定,但它的接受度正在快速攀升。目前,全球各地的行动网络营运商都在部署NB-IoT网络,从西班牙到挪威、韩国与日本。NB-IoT以无线物联网标准的姿态快速普及,对网络供货商与装置制造商都将带来绝佳的效益。

  NB-IoT的快速部署,其中的一个原因是因为建置过程非常容易。许多网络供货商仅须透过在其基础架构中的一个软件升级就能建置NB-IoT。因为每个基地台最多能容纳约10万台装置,与其他高带宽的技术相比,更无需担心网络容量问题。

  网络供货商支持NB-IoT是有利可图的,因为NB-IoT能为他们带来物联网的营收来源。虽然其他独立于蜂巢式技术的低功耗广域网技术也正在开发,但NB-IoT是与主要的电信营运商共同开发,让他们能够以合约用户的方式提供网络覆盖。

  对装置制造商来说,NB-IoT的快速普及以及标准化特性,让他们能设计精巧、低成本的物联网装置,而且容易部署与销售。主要网络业者的支持,以及蜂巢式特性,让NB-IoT不管就兼容性或覆盖率来看,都是无线物联网技术的理想选择。

 

  虽然现在有多种无线协议正在相互竞争,企图抢夺链接物联网装置与云端的市场,但只有NB-IoT兼具无线效能、经济利益与易于使用等特性,非常适用于主流的物联网应用。即使在都会环境中都能提供强大的无线效能,并具备长距离、低功耗以及容易部署等优势,NB-IoT必将成为物联网“最后一里难题”的解决方案。

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