1.應(yīng)用分類

    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)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端延伸和擴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)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計算機、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)按連接分類如下：

2.現(xiàn)有問題

   面對大量的LPWA類應(yīng)用，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要面對如下問題：

①　終端功耗高，當(dāng)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(nèi)信號覆蓋不足，典型場景如：室內(nèi)無線抄表、地下資源監(jiān)控等。

④　終端種類多，業(yè)務(wù)復(fù)雜，綜合開發(fā)成本高。

    而目前的2G網(wǎng)路能力弱，且可能無法長期存在，4G網(wǎng)絡(luò)速率高，且成本相對較高，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(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、實現(xiàn)平滑升級。對于物聯(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、精簡網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等設(shè)計，以犧牲一定速率、時延、移動性能，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(jìn)一步升級滿足5G需求，成為5G的一部分。

 

   2.NB_IoT的核心優(yōu)勢

 

    • 強鏈接：在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50-100倍的接入數(shù)。一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、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(xiàn)全屋智能、上百種傳感設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)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(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。

    • 高覆蓋：NB-IoT室內(nèi)覆蓋能力強，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，對于廠區(qū)、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應(yīng)用同樣適用。以井蓋監(jiān)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(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)用一項重要指標(biāo)，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場合，如安置于高山荒野偏遠(yuǎn)地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設(shè)備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達(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(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)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(jìn)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(yōu)勢。模塊預(yù)期價格不超過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)點成本，網(wǎng)絡(luò)成本，電池壽命，數(shù)據(jù)傳輸速率，延遲，移動性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及部署類型等。可以說有一種技術(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)用場景方面會有不同。

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)用時不需要額外付費。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權(quán)頻段。處于500MHz和1GHz之間的頻段對于遠(yuǎn)距離通信是最優(yōu)的選擇，因為天線的實際尺寸和效率是具有相當(dāng)優(yōu)勢的。

    LoRaWAN使用免費的非授權(quán)頻段，并且是異步通信協(xié)議，對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)計的理念是最優(yōu)的頻段利用率，相應(yīng)的就犧牲了節(jié)點成本和電池壽命。相反，LoRaWAN節(jié)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(guān)于電池壽命方面有兩個重要的因素需要考慮，節(jié)點的電流消耗（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，也就是說節(jié)點可以根據(jù)具體應(yīng)用場景需求進(jìn)行或長或短的睡眠，而蜂窩等同步協(xié)議的節(jié)點必須定期地聯(lián)網(wǎng)。

    例如，現(xiàn)在市面上的手機工作時每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)點的角度這并不是有效的。蜂窩的調(diào)制（OFDM或者FDMA）需要一個線性的發(fā)射器來產(chǎn)生調(diào)制信號，而一個線性的發(fā)射器需要的峰值電流比非線性調(diào)制多幾個數(shù)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(xié)議在較短的下行延遲方面具有優(yōu)勢，同時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 通過定期地（編程實現(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(wǎng)絡(luò)覆蓋和部署時間表

 節(jié)點工作的本質(zhì)需求是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，對于NB-IoT來說一個明顯的優(yōu)勢是可以通過升級現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來提供網(wǎng)絡(luò)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(jīng)具有4G/LTE覆蓋的城區(qū)，對于偏遠(yuǎn)或者郊區(qū)等沒有4G覆蓋的來說并不合適。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)在16年6月公布，預(yù)計模塊將于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(chǎn)業(yè)鏈相對已經(jīng)較為成熟了，產(chǎn)品也處于“蓄勢待發(fā)”的狀態(tài)，同時全球很多國家正在進(jìn)行或者已經(jīng)完成了全國性的網(wǎng)絡(luò)部署。LoRa產(chǎn)業(yè)鏈一個突出優(yōu)點是每個環(huán)節(jié)的成員都掌握著自主性，一些大公司正在計劃創(chuàng)造一種混合型的商業(yè)模型來部署網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。但NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈會受到頻段、運營商等限制。

 

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，同時解決了長期困擾供水行業(yè)的水費拖欠問題，因而將直接給供水行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

智能水表市場前景廣闊，增長迅速。2015 年我國水表產(chǎn)量7000 萬臺，其中智能水表1500 萬臺，出口水表約1000 萬臺，國內(nèi)銷售的6000 萬臺最主要應(yīng)用于新建樓盤與住宅改造。雖然目前國內(nèi)房地產(chǎn)市場已經(jīng)趨近平穩(wěn)，但棚戶區(qū)改造同樣是巨大的市場。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，預(yù)計新一代的物聯(lián)網(wǎng)以及NB-IoT智能水表將于2-3 年內(nèi)實現(xiàn)批量生產(chǎn)，這將大大滿足市場需求。《我國水表行業(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)）銷售收入占全部水表銷售比例要達(dá)到40%，伴隨著政策向好，智能水表的市場規(guī)模也將穩(wěn)步提升，預(yù)計增速將達(dá)到28%，到2020 年智能水表的滲透率將接近45%，年出貨量4500 萬臺。根據(jù)滲透率提升的預(yù)測以及銷售收入的預(yù)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(dāng)前約4.5 億家庭用戶以及智能水表價格270 元/臺計算，預(yù)計未來五年我國將新增智能水表超過1.5 億臺，對應(yīng)規(guī)模將達(dá)到超過400 億元，相較于當(dāng)前每年50 億元的市場規(guī)模將實現(xiàn)顯著的提升。

 

四、助力智慧水務(wù)的發(fā)展

    中國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。會上透露，2017年上半年，中國電信將建成規(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)，實現(xiàn)全網(wǎng)商用部署，為智能時代的萬物互聯(lián)奠定堅實基礎(chǔ)。

     中國電信、深圳水務(wù)集團和華為聯(lián)合發(fā)布《NB-IoT智慧水表白皮書》，從夯實基礎(chǔ)能力、推動重點項目實施、樹立行業(yè)示范標(biāo)桿等方面，闡述了三方在NB-IoT智慧水表領(lǐng)域的行動計劃及實施方案，并對未來智慧水務(wù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

    在白皮書發(fā)布的背后，全球首個NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)智慧水務(wù)項目已經(jīng)在深圳正式商用。中國電信、華為、深圳水務(wù)集團三方開展了戶表集抄、管網(wǎng)監(jiān)測、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規(guī)模化運用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(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。