[嵌入式]NB-IoT和LTE远程通讯方案选择

方案一：基于NB-IoT低功耗远程传输技术

物联网的一个重要技术就是NB-IoT技术，其依托电信运营商传统蜂窝网络建立而成，信道上行采用SC—FDMA通信调制方式，下行采用OFDMA通信调制方式，信号发射功率为3dBm，可实现在现有电信网络的平滑升级，快速实现全面网络覆盖。信道占用带宽200KHz，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或者TLE网络，信道有独立部署、带内部署、边带部署三种不同的部署方式。网络连接可靠性极高，比传统的GPRS覆盖能力增强20dB，单个基站可以接入5万个设备终端，最大覆盖范围可达15Km，还能提供全面的室内覆盖连接。频段由通信运营商网络授权，连接具有高安全性，便于安装和维护。所有基于低功耗的物联网领域的设备都可以接入到广域网的蜂窝数据连接，采用不需要中继的星型网络模式，应用了两种低功耗技术PSM和eDRX，低功耗设备的待机时间得到极大提升。因为拥有庞大的市场基础和芯片的低成本技术，所以使用成本大大降低。NB-IoT技术的广覆盖、高可靠性、高安全性、低成本、低功耗等特点，能够从根本上解决工业监测领域的诸多问题。

基于NB-IoT超低功耗远程传输应用，架构主要由带NB-IoT通信模组的监测终端、NB-IoT通信基站、物联网云平台、业务服务器、客户端管理软件等构成。具备NB-IoT通信功能的监测终端部署于工程现场后，监测终端会自动搜寻附近的NB-IoT通信基站，然后凭借基站信号注册到物联网云平台，该设备将上报和接收的数据汇报给物联网云平台，物联网云平台通过通信基站接收监测终端上传的状态数据，云平台的控制数据包发送到监测终端。

远程控制指令业务类型：

如设备远程开启/关闭、设备触发发送上行报告，下行极小数据量(十字节量级)，其传输周期以天和小时为单位。

自主异常报告业务类型：

如烟雾报警探测器、设备工作异常等，上行极小数据量(十字节量级)，其传输周期以年和月为单位。

软件远程更新业务类型：

如软件补丁/更新，上行下行较大数据量需求(千字节量级)，周期多以天、小时为单位。

自主周期报告业务类型：

如公共事业的远程抄表、环境监测等，上行较小数据量(百字节量级)，周期多以天、小时为单位。

NB-IoT适合数据量较小，以小时、天为周期进行交换数据，响应会延时。其次超过预定流量，移动收费通常是0.3元/Mb，电信是按照连接超过20000次，则0.001元/次。

随着3大运营商均已经发文明确2G的退网期限，Nb-Iot通信技术低功耗远程传输技术可能会有所限制。其次，NB-IoT适合低速率业务，更适合静态业务、数据量较小，且对时延低敏感、非连续移动、非实时传输数据的业务场景。

基于方案一可能会出现的问题，我们制定了第二套方案，基于LTE-Cat.1远程传输技术。

方案二：基于LTE-Cat.1远程传输技术

LTE-Cat.1，大家可以理解一个为低配版的4G通信技术。它的速率比我们手机使用的4G慢，但是成本也低；它完全使用现有的4G网络即可，运营商无需新建基站，网络覆盖可以说是最好的了,仅中国移动在全国就有450W座4G基站；相比NB-IoT,它的成本还是高，但是网络覆盖要优于NB-IoT；拥有跟LTE Cat.4相同的毫秒级传输时延，以及支持100公里/小时以上的移动速度。

NB-IOT技术和LTE技术的比较

1、NB-IOT技术：

a) 介绍：

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。

b)网络架构:

NB-IoT使用的是License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。

c)优点：

①广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力。

②二是具备支撑连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构

③三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年。

④超低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。

d)缺点:

①NB-IoT是运营商建网和提供服务。

②数据是由运营商中转，所以数据可能会存在泄露问题。

2、LTE-Cat.1技术：

a)市场需求:

①3大运营商均已经发文明确2G的退网期限。

②在新部署的物联网连接中NB-IoT、4G会逐步替代2G模组。

③目前主流LTE Cat.4的价格依然过高。

④NB-IoT在语音、短信以及连接时效性上略显不足。

⑤LTE Cat.1隶属4G系列，可复用现有4G资源，实现产品快速上市还可降低成本。

b) LTE-CAT.1的优势:

①LTE Cat.1下行速率最大为10Mbps，上行5Mbps，能满足中低速的物联网业务市场。

②运营商无需升级网络，只需简单的参数配置，允许Cat.1终端接入网络即可。

③LTE Cat.1通信产品，有着比NB-IoT、2G模组更好的网络覆盖、更快的速度、更低的延时。

④LTE Cat.1比传统LTE Cat.4模组拥有更低的成本、更低的功耗，非常适用于对性价比、时延性、网络覆盖、通信速度有要求的应用场景。

在某些产品应用中，NB-IoT确实有自己的优势：

1、NB-IoT是否适用于电力抄表?

电力抄表的场景分为用户侧通信和配网通信系统。电力负荷监控系统频段采用 230 MHz +1.8GHz 的 TD-LTE 专网。 用户电表的远程抄表采用过很多技术， 包括 GPRS、 3G、 LTE、 PLC、 Zigbee、 433MHz 等等，抄表频率的目标是 15 分钟一次采集和上传，每天 96 个点，以便实现电网的在线监 测控制。 中国等居住集中的地方主要是采用集中式抄表，主要有电力光纤集抄和 GPRS 集抄(占 比超过 50%)，欧美等居住分散的地方主要采用独立抄表。 由于电力抄表供电不是问题，数据量相对较大，目前尚未体会到电力抄表利用 NB-IoT 的迫切需求。

2、NB-IoT是否适用于水表抄表?

水表的增量市场大多采用 ModBus 总线通信。 水表的存量市场是无线水表的机会。 无线水表的施工简单，因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要 NB-IoT 技术来 解决现实的问题。

3、NB-IoT是否适用于气表抄表?

气表对安全性要求较高，需要测试时间 1-2 年。 现阶段，燃气表计开始大量使用 GPRS 通信，一周抄一次，一年资费约 6 元人民币。 目前，自动抄表成本高于人工成本，但燃气面临阶梯定价的问题。 因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要 NB-IoT 技术来解决现实的问题，但前 提是解决安全性测试问题。

4、NB-IoT是否适用于智能停车?

场库停车已经有很多技术手段的落地应用， 各有特色， 目前的难题是通信网络覆盖问题。 占道停车方便了车主停车， 但不利于道路通行， 超大城市的占道停车位置呈现减少的趋 势。 占道停车通常是采用人工收费、POS 机收费、地磁车检器辅助收费等方式。 NB-IoT 技术用于车检器，可以几年不用更换电池、网络覆盖到位、节省人工成本、减 少道路拥堵、培养良好的停车习惯等。

5、NB-IoT是否适用于智慧路灯?

智慧路灯属于市政工程，供电不是问题，主要是资费。 目前主要是路段管理。也有单灯管理，采用 PLC+GPRS 方式通信，因网关固定位置， 对信号覆盖要求高。 综合性的智慧路灯，因需要 WiFi 覆盖，采用 LTE 通信。 NB-IoT 的网络覆盖优势加上资费的优势，可渗透到单灯管理的系统中。

6、NB-IoT是否适用于电梯物联网?

电梯的控制箱大多是在楼顶，通过接入 CAN 总线来获取数据。有采用 GPRS 单独通信 的模式，也有采用 Zigbee+GPRS 的组网模式。 因电梯的独立性和高值特性， NB-IoT 的网络覆盖优势，可方便管理固定资产。

7、NB-IoT是否适用于智慧物流?

高值物品跟踪通常采用 M2M+GNSS 的模式，主要用于集装箱锁、钱箱、疫苗箱等领 域。为了保证 1~3 个月的工作时间，需要很大的电池供电。 NB-IoT 技术可解决低功耗问题，但需要建立在网络覆盖到位，并且全球漫游接入。

8、NB-IoT是否适用于农业物联网?

农业物联网通常采用 M2M、Zigbee、433MHz、WiFi、有线等方式，主要问题集中 在网络覆盖、供电和成本方面。 NB-IoT 技术和传感器结合，全密封外壳，低成本、散布在田野、水下、山林，只要网 络覆盖到位，可辅助农业生产上升一个大台阶。 对于城郊和一些覆盖到位的区域， NB-IoT 可大大提升水产养殖、大棚、花卉等高附 加值的农业生产流通领域。

9、NB-IoT是否适用于智能制造?

目前很多大型厂区的无线信号覆盖很差， 有线通信方式实施困难或成本太高， 要实现智 能制造的目标，必须保证关键设备和仪器仪表等进行物联网通信。 NB-IoT 的网络覆盖能力，配合厂区的光纤网络、宽带网络等，打造一套简单行之有效 的全网覆盖能力，这是实现智能制造的基础。

10、NB-IoT是否适用于智能垃圾桶?

垃圾桶具有数量多、分布广、环境差、分类实施难等特点。浙江在试点智能垃圾桶的应用，新加坡和欧洲一些城市采用 NB-IoT 技术部署垃圾桶。大多数的出发点是监测垃圾桶的满箱， 辅助指导垃圾车的行驶路线，以节省司机数量和 车辆油耗。目前来看，国外部分国家因为路线较长、人力较贵等因素，通过 NB-IoT 来实现垃圾桶 的自动化管理。但国内较难实施。

11、NB-IoT是否适用于智能消防栓?

目前，水务公司为了让消防栓的浪费率从 30%降低到 10%，在消防栓的大栓盖增加 GPRS 通信功能，便于对消防栓的偷漏水进行平台化管理。 因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要 NB-IoT 技术来解决现实的问题。

12、NB-IoT是否适用于智能家居?

智能家居的不温不火主要是因为家庭网络覆盖问题，必须通过网关，加上品牌因素、客 服因素、工程因素等导致尚未火爆便进入偃旗息鼓阶段。

NB-IoT 技术可摆脱家庭网关的依赖，独立终端加上城市网络覆盖到位，会衍生出较好 的智能家居产业。 比较适合白色家电厂家对自身产品的全生命周期管理。

13、NB-IoT是否适用于可穿戴智能设备?

独立可穿戴设备迫切需要 NB-IoT 技术，尤其是长期的慢病监测、老人小孩和宠物的跟踪管理，因其不依赖智能手机，可以几年不用充电，可以不丢失数据，可以做到易抛型，可以解决目前依赖WiFi、蓝牙通信手段的多种弊端。

14、NB-IoT是否适用于智能建筑?

智能建筑的能耗分项计量、环境监测、大型固定资产管理等，比较适合 NB-IoT 技术。 各种表计、空调、灯光、报警、温湿度、环境参数、地下空间、管道管廊等等， NB-IoT 可简化现有体系的复杂度。

15、NB-IoT是否适用于报警探测器?

家用报警探测器通常采用 9V 电池供电，多数属于本地报警。联网式报警很难普及的因 素是供电以及安装位置。NB-IoT 技术可保证设备超过 5 年的工作时间，并可提醒传感器失 效或者电池缺电，为家庭、社区、出租户等提供安全放心的便捷手段。

虽然NB-IoT是有自己的优势，但不是万能的，因为涉及费用和响应速度时，LTE可能才是最佳的选择。由于本次设计方案需要执行远程断闸和远程调参，对数据响应有一定的要求，因此不适合选择NB-IOT方案。