NB-IoT在智慧城市中的应用研究

段晓敏 临朐县智慧城市建设管理中心

1 NB-IoT技术及特点

NB-IoT构建于蜂窝网络，又被称为基于蜂窝的窄带物联网，是万物互联网络中的一个关键分支，能够直接布局于 GSM、UMTS 以及 LTE等相关网络中。其具有以下特点：

1.1 广覆盖。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。

1.2 低功耗。NB-IoT主要使用在小数据量和小速率中，设备功耗十分小，使用寿命能够保持5年以上。

1.3 大连接。每小区可以实现10万连接，与 3G、4G 相比，NB-IoT的上行容量提升了50到100倍，这就意味着在同个基站的情况下，NB-IoT 能够比当前无线技术多提供50到 100 倍的接入数。

1.4 低成本。因为速率比较低、不需要很大缓存等因素，可以让NB-IoT 芯片做得很小，因芯片成本和芯片大小有一定的关系，所以模板成本也会降低。

2 NB-IoT组网架构

NB-IoT的接入网构架与LTE一样，可以通过升级部署和独立组网部署两种方式来完成。NB-IoT网络分为三层：感知层、网络层和应用层，感知层负责采集信息，网络层提供安全可靠的连接、交互与共享，应用层对大数据进行分析，提供数据决策分析。主要由 NB-IoT终端、NB-IoT基站、核心网、平台和应用服务器五部分组成，如图1所示：

图1 NB-IoT组网架构图

3 NB-IoT技术在智慧城市中的应用

3.1 城市公共基础设施

NB-IoT技术可以应用于停车场、市政照明、道路交通、垃圾箱、环卫清运车等城市基础设施的物联感知和智能控制。以市政照明为例。传统的道路照明控制系统采用电力载波方式，并不具备单灯控制功能，管理平台无法获取单个路灯的状态信息，不能进行精细化管理，而在市政照明中通过对路灯进行改造，加装NB-IoT模组，可以实现单灯的远程开关控制、连续调光、单灯状态监测、节电控制等功能，还可以依据路灯运行信息进行智能分析，进而实现远程故障分析定位，在大大提升路灯运维能力的同时，还节约了维护成本。

3.2 城市公共服务产品

城市公共服务产品包含供水、供热、电力、燃气等，通过NBIoT技术应用智能水、电、气表等，可针对用户网络进行实时监控，及时发现渗漏隐患，保护用户的安全。例如智能电表，供电公司通过数据采集装置能够实现远程读表，还可以采集详细历史用电数据，准确预测用电趋势，与发电匹配，不仅减少浪费，也保障了电网的安全运行。另外，针对智能表需要进行高速传输和频繁通信这一实际情况，NB-IoT也更加符合智能表的需求。

3.3 环境监测

凭借NB-IoT大容量、广覆盖的优势，在各重点空气监测点、地下水监测点、重点监控企业的污废水排出口以及危险废弃外壳部署各类NB-IoT 传感设备，实时采集大气质量、光照、噪声、污染源等数据，为环境质量综合监测、污染源综合监控、环境应急管、污染物总量减排等提供数据服务，能够构建起感知测量更透彻、互联互通更可靠、智能应用更深入的智慧环保物联网体系。

3.4 智慧农业

生长环境对农作物品质至关重要，比如温度过高农作物就会落花落果，温度过低则会干枯并停止生长，如果长时间湿度过高可能会诱发真菌、细菌等菌类病害，因此及时获取作物生长的环境参数非常重要。NB-IoT技术工作带宽为180 kHz，适合低功耗、深覆盖、低速率、低频次的应用场景，非常适合于农业环境监控。以将NBIOT技术应用于温室大棚生产管理为例，通过控制模块控制排风扇、加热器、遮阳网电机、喷淋等设备进行空气温湿度、光照和土壤温湿度的数据采集及上发至监控终端指示环境参数和设备工作状态，实现对农产品生长的准确控制，提高农作物的品质和农业管理水平。

3.5 消防物联应用

通过对建筑物内部的消防烟感、温感、光感传感器集成NBIoT模组，可以实时采集各类感知设备信息并上传至监控平台，可以加强对重点防火单位、部门、楼宇、住宅、人员密集场所等的消防动态、实时监控情况的及时掌握，增强火灾隐患的感知能力。另外，在建筑消防水源、公共场所灭火栓安装基于NB-IoT技术的传感装置，可以将水位、水压、位置等信息通过网络实时上传至消防监控平台，方便应急部门及时知晓消防水源的实时情况，对隐患预警提前发现和及时处理，进一步提高消防灭火的工作效率。

3.6 智慧养老

传统的移动医疗设备普遍基于Wi-Fi、蓝牙等通讯手段，存在不能独立使用、功耗较高、隐私泄露等问题，难以促成用户形成良好的使用习惯。而NB-IoT技术自身的优势很好的弥补了传统通讯技术的缺点，可以广泛应用于以运动、心律、睡眠等检测为主的各类医疗设备上，特别是在智慧养老行业，推广应用 NB-IoT 芯片的可穿戴传感设备，可以实现养老机构或子女对老人健康信息的实时检测、动态监控、分析预警，及时定位老人的动向及位置信息，并与远程医疗系统实现数据共享，使老年人的日常生活处于被远程关爱的状态。

3.7 智能制造

在企业生产过程控制、制造供应链跟踪、远程诊断、物流运输等环节推广NB-IoT物联技术应用，实现研发设计、生产制造和物流配送等能力的在线发布、协同和交易，提升企业精准、高效的供给能力，推动传统产业转型升级和经济社会创新发展。

4 结束语

随着城市数字化进程的日益加快，人们对更便捷、更智能的智慧城市建设要求也逐渐提升。NB-IoT技术所具备的特点和优势，会让城市基础设施、公共服务事业、环境监控管理更加完善，出行、就医等更加便捷，农业等传统产业更加精准、高端，而我们也将会迎来万物互联的新时代。