NB-IoT應(yīng)用多元化及最后一里瓶頸

　　NB-IoT是專為低功耗、低成本物聯(lián)網(wǎng)裝置所開發(fā)的新式無線標(biāo)準(zhǔn)，能與蜂巢式網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)共同運(yùn)作。其具備低功耗、長距離的特性，以及強(qiáng)大的訊號穿透力，能在特定環(huán)境中提供其他無線技術(shù)沒有的優(yōu)點(diǎn)。因此，NB-IoT成為物聯(lián)網(wǎng)裝置鏈接至云端的理想選擇。

　　物聯(lián)網(wǎng)（IoT）有“最后一里”的難題。雖然用來收集與分析資料的云端基礎(chǔ)架構(gòu)早已就緒，但是，到現(xiàn)在可用來鏈接大量裝置接上網(wǎng)絡(luò)、且兼具傳輸距離、低功耗與低成本特性的無線基礎(chǔ)架構(gòu)卻還沒有到位。

　　窄頻IoT（NB-IoT）是專為低功耗、低成本物聯(lián)網(wǎng)裝置所開發(fā)的新式無線標(biāo)準(zhǔn)，能與蜂巢式網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)共同運(yùn)作。無需專屬的網(wǎng)關(guān)，因此裝置制造商能專注于設(shè)計(jì)裝置的功能性，不用再擔(dān)心無線基礎(chǔ)架構(gòu)的問題。

　　圖1 NB-IoT技術(shù)特性

　　做為一種窄頻無線電技術(shù)，NB-IoT具備低功耗、長距離的特性，以及強(qiáng)大的訊號穿透力，能在特定環(huán)境中提供其他無線技術(shù)沒有的優(yōu)點(diǎn)（圖1）。集合這些優(yōu)勢，以及行動(dòng)通訊產(chǎn)業(yè)支持，使NB-IoT成為物聯(lián)網(wǎng)裝置鏈接至云端的理想選擇。經(jīng)過多年的開發(fā)， NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)已于2016年6月制定完成，成為3GPP第十三版的一部分。它是窄頻技術(shù)，僅使用180kHz帶寬。因此，它的數(shù)據(jù)傳輸速率僅約27.2kbit/s下載及62.5kbit/s上傳。雖然此傳輸量比Wi-Fi、藍(lán)牙或高階蜂巢式技術(shù)低了許多，但對眾多只需傳送狀態(tài)信息的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，已經(jīng)綽綽有余。

　　具功耗、距離、穿透力優(yōu)勢

　　由于NB-IoT的鏈結(jié)僅使用很小的帶寬，因此能以低功耗實(shí)現(xiàn)長距離通訊。此外，窄頻再加上運(yùn)作于GHz以下頻帶，意味著NB-IoT擁有極佳的訊號穿透力。也由于它采用授權(quán)頻段，NB-IoT與藍(lán)牙、Wi-Fi、以及其它在日益壅塞的ISM免授權(quán)頻段上運(yùn)作的通訊協(xié)議相比，擁有更佳的訊號完整性以及較低的干擾。

　　雖然NB-IoT是與蜂巢式網(wǎng)絡(luò)供貨商一起設(shè)計(jì)，硬件也兼容于既有的網(wǎng)絡(luò)，但事實(shí)上，它是一個(gè)全新的通訊協(xié)議，與既有的LTE或3G協(xié)議并不相同。做為一種“全新設(shè)計(jì)”的標(biāo)準(zhǔn)，NB-IoT堆棧簡潔且易于建置，這代表NB-IoT無線電模塊會(huì)比大多數(shù)的蜂巢式無線電簡單許多，而且成本相對合理。

　　不同于其他競爭的物聯(lián)網(wǎng)無線協(xié)議需要依賴網(wǎng)關(guān)，NB-IoT的蜂巢式特性意味著，只要當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)供貨商支持，設(shè)計(jì)人員僅需在裝置中加入NB-IoT無線電模塊就能連接至互聯(lián)網(wǎng)，完全不需要網(wǎng)關(guān)或路由器。對許多企業(yè)來說，這能簡化開發(fā)成本并加速上市時(shí)程，只要專注于自己的核心能力，無須耗費(fèi)心力于建置可支持其物聯(lián)網(wǎng)部署的無線基礎(chǔ)架構(gòu)。

　　NB-IoT應(yīng)用領(lǐng)域多元

　　雖然NB-IoT甫于2016年才完成標(biāo)準(zhǔn)制定，但它已經(jīng)被實(shí)際運(yùn)用在市場上，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代聯(lián)網(wǎng)城市的物聯(lián)網(wǎng)愿景。從德國、西班牙到挪威，都已成功完成了多項(xiàng)現(xiàn)場測試，充分證明NB-IoT是城市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想方案（圖2）。

　　圖2 NB-IoT應(yīng)用范疇

　　物聯(lián)網(wǎng)的主要任務(wù)之一是促進(jìn)資源的有效監(jiān)控與分配，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)更具智慧、效率的世界。但傳統(tǒng)的Wi-Fi、藍(lán)牙和蜂巢式技術(shù)的問題是，它們的傳輸距離、功耗與成本特性，都無法真正實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿景。

　　NB-IoT之所以能在都會(huì)環(huán)境中發(fā)揮其強(qiáng)項(xiàng)，最主要是因?yàn)樗鼡碛心芘c傳統(tǒng)無線技術(shù)互補(bǔ)的特性。它能提供蜂巢式技術(shù)的傳輸距離、藍(lán)牙的成本效益、以及無可匹敵的室內(nèi)穿透力，讓訊號不受都會(huì)障礙物的影響，傳送無礙。

　　智慧量表

　　在西班牙，當(dāng)?shù)氐淖詠硭続guas de Valencia已利用NB-IoT來降低營運(yùn)成本，并提升管理可視性。在Valencia以及西班牙的其他地區(qū)，Aguas de Valencia負(fù)責(zé)管理超過一百萬個(gè)水表，每個(gè)水表都需要定期讀取用水度數(shù)（圖3）。目前許多的公共事業(yè)公司都是派員工到現(xiàn)場抄寫數(shù)據(jù)，但此做法不僅耗費(fèi)成本，也無法實(shí)時(shí)掌握用戶的使用情況。

　　圖3 智能讀表為NB-IoT主要的應(yīng)用之一

　　受到NB-IoT相關(guān)報(bào)導(dǎo)的啟發(fā)，了解此技術(shù)可將基礎(chǔ)架構(gòu)交由蜂巢式網(wǎng)絡(luò)供貨商來管理，因此Aguas de Valencia決定在最困難的區(qū)域試用u-blox的NB-IoT技術(shù)，包括僅有微弱或沒有蜂巢式網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地下室或下水道這類有金屬蓋的隱蔽處所、以及傳統(tǒng)無線技術(shù)難以到達(dá)的其他區(qū)域等。

　　其結(jié)果令人十分驚艷。每個(gè)測試的行動(dòng)裝置都是安裝在量表平常放置的位置，而且傳送讀數(shù)毫無問題。Agua de Valencia一天最多能取得24次實(shí)時(shí)信息，完全無需派遣工作人員到現(xiàn)場。由于NB-IoT是一項(xiàng)獲得蜂巢式網(wǎng)絡(luò)供貨商支持的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，Agua de Valencia無須擔(dān)心管理水表所需的無線基礎(chǔ)建設(shè)。而且，NB-IoT裝置的電池壽命可達(dá)10年以上的量表使用周期，因此系統(tǒng)的維護(hù)與營運(yùn)成本也能降至最低。

　　智能停車

　　每個(gè)人都知道，在市區(qū)里四處繞圈子找停車位簡直是一場惡夢。這不僅是駕駛的問題，也是都會(huì)區(qū)的交通問題，都市的交通堵塞約三成來自尋找車位的交通流量。因此，智能停車的目標(biāo)是要解決找停車位的問題，透過無線通信技術(shù)來通知駕駛哪里有停車位。除了協(xié)助需要停車位的駕駛之外，智能停車還能間接地減輕都會(huì)區(qū)的交通阻塞，讓駕駛駛離繁忙的道路。

　　智能停車并不是新觀念，但由于各種的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)問題，過去一直無法真正取得成功。利用專屬的無線協(xié)議，今天大部分的智能停車系統(tǒng)要求營運(yùn)商不僅要安裝停車傳感器，還要建置無線基礎(chǔ)架構(gòu)，以便連結(jié)每個(gè)傳感器，并將它們連上互聯(lián)網(wǎng)。這對營運(yùn)商來說，不僅成本昂貴，而且技術(shù)復(fù)雜度也高。

　　NB-IoT能夠解決這些問題，因?yàn)槊總€(gè)傳感器都能直接與云端通訊。這不僅能降低系統(tǒng)成本，而且能大幅簡化部署作業(yè)，僅需要在停車場安裝傳感器就好。因?yàn)檠b置是以電池供電，并以無線通信，不須電纜，再加上它運(yùn)用的是蜂巢式技術(shù)，也不需要無線路由器。

　　NB-IoT在智能停車應(yīng)用有絕佳的潛力，并已經(jīng)在全球各地成功測試部署。例如，在2017年1月，Q-Free針對新款智能停車傳感器展開了一項(xiàng)測試計(jì)劃，并與全球知名的行動(dòng)通訊業(yè)者Telenor以及挪威公共道路局（NPRA）共同合作。另外，在中國、西班牙、德國和日本也進(jìn)行了多項(xiàng)智能停車測試計(jì)劃。

　　智慧農(nóng)業(yè)

　　窄頻物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)穿透力除了能在都會(huì)環(huán)境提供強(qiáng)大的覆蓋率之外，NB-IoT在智慧農(nóng)業(yè)也能發(fā)揮極大的作用。其他的無線技術(shù)可能無法覆蓋大型區(qū)域，NB-IoT的長距離與蜂巢式設(shè)計(jì)，使其非常適合精密農(nóng)業(yè)的應(yīng)用，包括灌溉、病蟲防治以及溫度和濕度監(jiān)控等。

　　針對農(nóng)業(yè)應(yīng)用，和智能停車與智能量表一樣，NB-IoT的價(jià)值不僅來自于它的無線覆蓋率與低功耗特性，也是因?yàn)樗囊子诓渴稹Ｍ＼嚇I(yè)者、公共事業(yè)業(yè)者與農(nóng)夫都沒興趣成為無線基礎(chǔ)架構(gòu)的專家，他們只希望聯(lián)網(wǎng)解決方案能夠正常運(yùn)作。

　　解決物聯(lián)網(wǎng)最后一里瓶頸

　　雖然NB-IoT在2016年6月才完成標(biāo)準(zhǔn)制定，但它的接受度正在快速攀升。目前，全球各地的行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)商都在部署NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，從西班牙到挪威、韓國與日本。NB-IoT以無線物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的姿態(tài)快速普及，對網(wǎng)絡(luò)供貨商與裝置制造商都將帶來絕佳的效益。

　　NB-IoT的快速部署，其中的一個(gè)原因是因?yàn)榻ㄖ眠^程非常容易。許多網(wǎng)絡(luò)供貨商僅須透過在其基礎(chǔ)架構(gòu)中的一個(gè)軟件升級就能建置NB-IoT。因?yàn)槊總€(gè)基地臺最多能容納約10萬臺裝置，與其他高帶寬的技術(shù)相比，更無需擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)容量問題。

　　網(wǎng)絡(luò)供貨商支持NB-IoT是有利可圖的，因?yàn)镹B-IoT能為他們帶來物聯(lián)網(wǎng)的營收來源。雖然其他獨(dú)立于蜂巢式技術(shù)的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)也正在開發(fā)，但NB-IoT是與主要的電信營運(yùn)商共同開發(fā)，讓他們能夠以合約用戶的方式提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

　　對裝置制造商來說，NB-IoT的快速普及以及標(biāo)準(zhǔn)化特性，讓他們能設(shè)計(jì)精巧、低成本的物聯(lián)網(wǎng)裝置，而且容易部署與銷售。主要網(wǎng)絡(luò)業(yè)者的支持，以及蜂巢式特性，讓NB-IoT不管就兼容性或覆蓋率來看，都是無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理想選擇。

　　雖然現(xiàn)在有多種無線協(xié)議正在相互競爭，企圖搶奪鏈接物聯(lián)網(wǎng)裝置與云端的市場，但只有NB-IoT兼具無線效能、經(jīng)濟(jì)利益與易于使用等特性，非常適用于主流的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。即使在都會(huì)環(huán)境中都能提供強(qiáng)大的無線效能，并具備長距離、低功耗以及容易部署等優(yōu)勢，NB-IoT必將成為物聯(lián)網(wǎng)“最后一里難題”的解決方案。