物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮

1.应用分类

    物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网按连接分类如下：

2.现有问题

   面对大量的LPWA类应用，当前物联网应用主要面对如下问题：

①　终端功耗高，当前的锂电池还无法满足终端实时连接的需求。

②　难以满足海量终端连接的需求。

③　室内信号覆盖不足，典型场景如：室内无线抄表、地下资源监控等。

④　终端种类多，业务复杂，综合开发成本高。

    而目前的2G网路能力弱，且可能无法长期存在，4G网络速率高，且成本相对较高，因此均难以满足LPWA（低功耗物联网）的应用需求。

 

3.新的需求

①　超低功耗，如5wh电池能够续航10年。

②　超大连接，如每小区大于5万接连。

③　超强覆盖，如相比GSM增强20dB。

④　超低成本，如模组成本低于2美元。

 

二、窄带物联网的发展

   1.NB-IoT的推出

NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。对于物联网标准的发展，华为的推进最早。2014年5月，华为提出了窄带技术NB M2M；2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIOT；7月份，NB-LTE跟NB-CIOT进一步融合形成NB-IOT。

    NB-loT采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计，以牺牲一定速率、时延、移动性能，获取面向LWPA物联网的承载能力。

    NB-IoT的200KHz带宽，易于2G网络腾频和升级支持，同时子载波采用15/3.75KHz，可独立部署，也可与LTE共载波部署；NB IoT初步满足大量连接要求，未来可以进一步升级满足5G需求，成为5G的一部分。

 

   2.NB_IoT的核心优势

 

    • 强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。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。举例来说，受限于带宽，运营商给家庭中每个路由器仅开放8-16个接入口，而一个家庭中往往有多部手机、笔记本、平板电脑，未来要想实现全屋智能、上百种传感设备需要联网就成了一个棘手的难题。而NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

    • 高覆盖：NB-IoT室内覆盖能力强，比LTE提升20dB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。以井盖监测为例，过去GPRS的方式需要伸出一根天线，车辆来往极易损坏，而NB-IoT只要部署得当，就可以很好的解决这一难题。

   • 低功耗：低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

    • 低成本：与LoRa相比，NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要清出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。模块预期价格不超过5美元。

 

   3.NB_IoT与LoRa的区别

物联网应用需要考虑许多因素，例如节点成本，网络成本，电池寿命，数据传输速率，延迟，移动性，网络覆盖范围以及部署类型等。可以说有一种技术可以满足IoT所有的需求。NB-IoT和LoRa两种技术具有不同的技术和商业特性，所以在应用场景方面会有不同。

l 频段，服务质量和成本

    LoRa工作在1GHz以下的非授权频段，故在应用时不需要额外付费。NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的授权频段。处于500MHz和1GHz之间的频段对于远距离通信是最优的选择，因为天线的实际尺寸和效率是具有相当优势的。

    LoRaWAN使用免费的非授权频段，并且是异步通信协议，对于电池供电和低成本是最佳的选择。LoRa 和 LoRaWAN 协议，在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性，但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量（QoS）。

l 电池寿命和下行延迟

    蜂窝网络设计的理念是最优的频段利用率，相应的就牺牲了节点成本和电池寿命。相反，LoRaWAN节点是为了低成本和长电池寿命而生，在频段利用率方面有一定的欠缺。

    关于电池寿命方面有两个重要的因素需要考虑，节点的电流消耗（峰值电流和平均电流）以及协议内容。LoRaWAN是一种异步的基于ALOHA的协议，也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠，而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网。

    例如，现在市面上的手机工作时每1.5s必须与网络进行同步。在NB-IoT中，这种同步变少但是仍然在定期进行，这样就额外的消耗了电池的电量。

    在蜂窝网络中调制是充分利用频段的有效手段，但是从节点的角度这并不是有效的。蜂窝的调制（OFDM或者FDMA）需要一个线性的发射器来产生调制信号，而一个线性的发射器需要的峰值电流比非线性调制多几个数量级，越高的峰值电流会消耗电池更多的电量。

  但同步的通信协议在较短的下行延迟方面具有优势，同时NB-IoT可以为需要大量数据吞吐量的应用提供快速的数据传输速率。而LoRaWAN的Class B 通过定期地（编程实现）唤醒终端以收取下行消息而缩短了下行通信的延迟。

    所以对于需要频繁通信、较短的延迟或者较大数据量的应用来说NB-IoT或许是更好的选择，而对于需要较低的成本、较高的电池寿命和通信并不频繁的场景来说LoRa更好。

l  网络覆盖和部署时间表

 节点工作的本质需求是网络的覆盖，对于NB-IoT来说一个明显的优势是可以通过升级现有的网络设施来提供网络部署，但是这种升级仅限于某些特定的4G/LTE基站，并且花费较高。并且这种升级仅适于已经具有4G/LTE覆盖的城区，对于偏远或者郊区等没有4G覆盖的来说并不合适。NB-IoT标准在16年6月公布，预计模块将于17年上半年量产发布。除网络部署之外，相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索，但是市场需求和机会是否会等待呢？

    LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了，产品也处于“蓄势待发”的状态，同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。LoRa产业链一个突出优点是每个环节的成员都掌握着自主性，一些大公司正在计划创造一种混合型的商业模型来部署网络和应用。但NB-IoT产业链会受到频段、运营商等限制。

 

三、窄带物联网在水行业的应用

 物联网+水表

    智能水表因其从根本上改变了传统的抄表方式，在节省大量人力的基础上，同时解决了长期困扰供水行业的水费拖欠问题，因而将直接给供水行业带来巨大的经济效益。

智能水表市场前景广阔，增长迅速。2015 年我国水表产量7000 万台，其中智能水表1500 万台，出口水表约1000 万台，国内销售的6000 万台最主要应用于新建楼盘与住宅改造。虽然目前国内房地产市场已经趋近平稳，但棚户区改造同样是巨大的市场。随着技术的不断提升以及智慧城市的演进，智能水表行业将稳步发展。

    2016 年之前智能水表产量一直以近20%的速度增长，预计新一代的物联网以及NB-IoT智能水表将于2-3 年内实现批量生产，这将大大满足市场需求。《我国水表行业“十三五”发展规划纲要》指出，“十三五”期间智能水表（含智能应用系统）销售收入占全部水表销售比例要达到40%，伴随着政策向好，智能水表的市场规模也将稳步提升，预计增速将达到28%，到2020 年智能水表的渗透率将接近45%，年出货量4500 万台。根据渗透率提升的预测以及销售收入的预计增幅比例，假定未来40%-50%的新增水表需求为智能水表，按我国当前约4.5 亿家庭用户以及智能水表价格270 元/台计算，预计未来五年我国将新增智能水表超过1.5 亿台，对应规模将达到超过400 亿元，相较于当前每年50 亿元的市场规模将实现显著的提升。

 

四、助力智慧水务的发展

    中国电信与华为日前在深联合举办智慧城市公共服务领域物联网应用研讨会。会上透露，2017年上半年，中国电信将建成规模、覆盖、质量和应用范围都居于全球领先地位的NB-IoT网络，实现全网商用部署，为智能时代的万物互联奠定坚实基础。

     中国电信、深圳水务集团和华为联合发布《NB-IoT智慧水表白皮书》，从夯实基础能力、推动重点项目实施、树立行业示范标杆等方面，阐述了三方在NB-IoT智慧水表领域的行动计划及实施方案，并对未来智慧水务的发展进行了展望。

    在白皮书发布的背后，全球首个NB-IoT物联网智慧水务项目已经在深圳正式商用。中国电信、华为、深圳水务集团三方开展了户表集抄、管网监测、水务信息化应用整合等一系列创新合作，让深圳成为全球首个规模化运用NB-IoT物联网提供水务服务的城市。另外，包括福州、台州、宁波等城市也先期开始了NB-IoT的试点。

     作为流量仪表制造企业，上海肯特也在积极关注标准的制定及商用的情况，并联合多家供水企业、通信厂家开展NB-IoT的试用，共同推进NB-IOT技术在智慧供水业务中的应用。