下一代智慧城市:NB-IoT大规模商用在即

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CIE智库
张婵
2018-07-12 14:33
[ 亿欧导读 ] NB-IoT技术采用超窄带(180kHz)设计,牺牲速率和时延性能,以换取更强大的物联网承载能力,是物联网技术的重大突破,填补了此前无法长距离、大规模、广泛部署的技术空白,为智慧城市建设提供了全新的技术支撑。
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随着科学技术的不断进步,物联网在生活中的应用越来越广泛,万物互联时代,智慧城市是未来城市的发展模样,与物联网相关的技术很多,眼花缭乱中什么样的技术代表了未来智慧城市的应用趋向?或许本文可以帮助你探寻一些答案。文章科学严谨地从专业性角度分析了NB-loT技术应用于智慧城市的优势,也提出了一些目前其发展面临的困境与挑战。

本文摘自“CIE智库”,作者张婵。以下带来亿欧的精选阅读:


NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)技术是物联网领域的一种新兴技术, 它构建于蜂窝网络,具有支持海量连接、深度覆盖、低功耗等显著优点。智慧城市就是把城市中的电表、水表、路灯、停车位、井盖、垃圾桶等公共基础设施通过网络互联互通,实现市政、交通、电力等领域的智慧式管理和运行。物联网技术是智慧城市建设的基石,在众多物联网技术中,NB-IoT技术与生俱来的优势使其非常适合于传感、计量、监控等智慧城市基础设施建设,有望支撑智能井盖、智慧路灯、智能垃圾桶等多个智慧城市应用场景。

亿欧智库:NB-loT技术支撑实现的智慧城市应用场景

一、NB-IoT技术为智慧城市建设提供关键支撑

智慧城市的互联互通都是基于一些数据量极小(kb级)的基础设施,如井盖、水电表、垃圾桶等,因而对具有明确指标要求的低速率广域物联网业务需求旺盛,目前广泛商用的2G/3G/4G及其他无线技术都无法满足这些挑战。NB-IoT技术采用窄带(180kHz)设计,牺牲速率和时延性能,以换取更强大的物联网承载能力,是物联网技术的重大突破,填补了此前无法长距离、大规模、广泛部署的技术空白,为智慧城市建设提供了全新的技术支撑。

(一)深度覆盖,夯实智慧城市建设基础

NB-IoT技术拥有更强的覆盖能力,在同样的频段下,比现有网络技术提升20dB增益,相当于覆盖能力提升100倍,就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。在智慧城市建设中,智慧城市基础设施建设是一项基础性、关键性、支撑性的工作,需要对包括表具(水、电、气)、井盖、车库、桥梁等大量基础设施进行智能化监控。市政公用设施的搭建大规模集中在地下工程,井盖的增加不可避免,如无法及时准确的获取井盖状态信息,将有可能对人们的生命和财产造成极大的损失。NB-IoT技术的深度覆盖特性能有效扩大智能监控系统的覆盖范围,消除覆盖死角及时准确的获取这些公共基础设施的状态信息。在 2016年世界移动大会·上海站上,中兴通讯和中国移动联合展示了一款加装NB-IoT模块的智能井盖,使用NB-IoT模块对井盖状态进行全方位监管,在井盖被打开、移位或者被破坏时,可实现及时告警,排除安全隐患,避免人员伤害与财产损失。2017年6月,中兴物联的NB-IoT智慧井盖方案在鹰潭测试成功进行,顺利完成了智能井盖终端与商用网络侧设备的联合业务测试,NB-IoT技术在网络兼容性和业务稳定性方面均得到了检验。

(二)超低功耗,助力智慧城市可持续发展

NB-IoT聚焦小数据量、低速率应用,设备功耗可以做到非常低,终端模块的待机时间可长达十年。大力推进智慧城市建设要以可持续发展为理念,注重资源的高效低耗和生态环境保护优先原则。NB-IoT技术的超低功耗特性,一方面使得终端设备不需要频繁更换电池,避免了电池的大量生产和更换对环境造成的污染;另一方面,可以应用在如智能垃圾桶这一类数量多、分布广、地区偏远、更换电池困难的生态城市建设项目上,支撑整个智慧城市更好的运作。采用NB-IoT技术实现垃圾桶的网络化管理和智能化控制,可有效提高环卫资源使用效率,提升运营监管工作质量,同时避免桶内垃圾堆积处理不及时对城市造成的二次污染。在2016年巴塞罗那通信展期间,华为展示了基于NB-IoT的智能垃圾桶解决方案,通过在垃圾桶内嵌入NB-IoT无线芯片的声波传感器,判断垃圾箱是否已满。并通过NB-IoT无线网络将状态信息上报给管理服务器,服务器根据上报信息为垃圾车规划最优路径,此举可将垃圾清运车的调度效率提升1倍以上,提升回收效率,降低成本的同时能够及时清理垃圾,保持城市清洁。

(三)海量连接,满足智慧城市万物互联需求

NB-IoT技术具备支撑海量连接的能力,在使用同一基站的情况下,NB-IoT技术可以比现有无线技术提高50-100倍的接入数,单个基站小区可支持5万个NB-IoT终端接入,可以轻松满足未来智慧城市中大量设备联网需求。在水资源短缺、水污染加剧的情况下,供水安全、高质量服务压力日增,水资源管理成为城市智能化管理的重要组成部分。NB-IoT技术的海量连接特性能够实现大量智能水表可集中抄读,还可以提供智能收费等管理和服务,解决机械水表人工抄读效率低、抄录数据误差大等问题。2016年12月,全国首个NB-IoT水务试点项目在福州启动,将使原本繁杂的人工抄表转变为无线自动抄表,传统使用GPRS作为水表发送数据的手段,一个基站只能同时负载几百个水表,而采用NB-IoT在水表中安装传感器,支持水表数据的自动收集,一个基站可同时并发5万个水表数据,保证数据的客观准确性。2017年6月,福州智慧水务项目宣布正式启动规模商用部署,福州市自来水有限公司将分批次采购30万台NB-IoT智能水表,到2018年底,在福州市区900多个小区完成更换,这也是全球最大规模的NB-IoT商用项目。

二、 NB-IoT技术应用于智慧城市场景面临的挑战

(一)芯片自主创新能力有待加强

芯片在整个NB-IoT产业链中处于核心地位,芯片尺寸虽小,但低功耗要求设计非常复杂。为满足两节干电池工作十年的能耗指标,NB-IoT芯片既要采用休眠唤醒模式,又要做到全面的蜂窝数据连接覆盖,这无疑大大增加了技术难度。目前,NB-IoT的芯片研发都集中在高通、英特尔等国外厂商巨头,我国在芯片的研发生产方面普遍竞争力不足,在技术力量、创新能力等方面均有所欠缺,到目前为止,只有华为一家具备 NB-IoT芯片量产能力。再加上芯片设计周期长、风险高等因素,国内企业多施行“拿来主义”,宁可支付高昂的进口芯片费用,而不愿意投资研发设计,甚至加码芯片解密技术来迂回解决创新难题。过度依赖进口不仅制约了国内芯片行业本身的发展,阻碍NB-IoT技术的推广,也会大幅降低整条产业链的安全可控性。

(二)数据传输面临潜在安全隐患

在万物互联时代,NB-IoT技术支撑的智慧城市建设可以实现信息资源的高度集中和共享,这就不可避免的会暴露出数据安全隐患。大量智能终端的广泛应用,造成攻击手段更加多样化和智能化,进一步加大了信息安全保障体系防护的难度。当海量终端设备通过NB-IoT网络进行信息交互时,可能会存在外部用户的恶意攻击和窃听行为,破坏数据传输的安全性。并且随着恶意攻击行为的增加,网络信息重传次数也随之增加,从而加重NB-IoT网络的通信负担,甚至可能会导致网络瘫痪。2016年10月,黑客通过互联网控制了美国大量的网络摄像头和相关的 DVR 录像机,然后操纵这些设备攻击美国的多个知名网站,如Twitter、Paypal、Reddit等,美国公共服务、社交平台、民众网络服务器等都遭到前所未有的严重攻击,半个美国的网络几乎陷入瘫痪。

(三)现有商业模式尚不成熟

在智慧城市建设中,NB-IoT技术聚焦的是低速率的物联网应用场景,当NB-IoT得到广泛部署后,连接终端数量会大幅提升,但作为接入终端的水表、路灯、井盖等城市基础设施对流量的需求非常低,平均一年使用的数据总量也不会超过5MB,故终端直接带来的连接收入并不高,未来NB-IoT的每用户平均收入(ARPU)将远低于2G/3G/4G网络。以高价值抄表业务为例,此前,2G网络提供抄表业务收费约5元/月,但NB-IoT提供的抄表业务收费低于1元/月,未来还会进一步下降低。据中国联通研究院分析,未来通过NB-IoT网络接入终端的ARPU值仅为1-2元甚至更低,而3G/4G网络终端平均ARPU值将达到NB-IoT终端的20-50倍。虽然NB-IoT未来带来的联接数量可能达到蜂窝物联网的70%,但只能贡献10%的收入,过于单一的传统流量计费模式将无法保障运营商的盈利能力,现阶段也没有成熟商业模式借鉴,运营商需要联合第三方机构一起尽快研究探索流量经营之外的商业模式。

三、加快发展NB-IoT技术的措施建议

一是加大芯片等核心部件的研发力度。

加大资金投入,建设一批具有国际影响的NB-IoT技术创新中心,强化NB-IoT核心部件(如芯片、模组等)的研发和技术标准的制定,重点推进关键核心技术标准成为国际标准,打破科技成果转化壁垒,构建自主知识产权体系;持续提升产业配套能力,扶持本土企业在NB-IoT专用芯片、模组、操作系统、网络设备、应用软件和服务平台等产品研发,加强产业链上下游各环节协同创新,构建贯穿NB-IoT产品各个环节的完整产业链,提供满足市场需要的多样化产品和应用系统。

二是探索多元化的商业模式。

NB-IoT涉及的行业众多,运营商需要明确目标受众,提供精品化、差异化的物联网服务,打造按终端产品生命周期计费等多元化运营模式。运营商在已有的QoS服务质量保证、网络安全、电信级计费、大数据服务等领域继续保持行业优势,NB-IoT网络可以让运营商提升物联网领域的业务服务能力,包括云服务提供、海量客户管理、物联网实名认证、系统总包集成、大客户高端定制服务等方面,提供更加多样化的盈利渠道。

三是充分发挥科技社团的第三方支撑作用。

组织建立NB-IoT技术应用于智慧城市场景的专家团队,探索制定技术发展路线图,提出场景应用指导方案;引导NB-IoT技术及服务提供商与共享经济企业深入对接,打造产用对接平台,促进NB-IoT新技术、新成果的快速转化应用;成立区域性NB-IoT产业发展联盟,加强区域间交流合作、资源和要素对接,促进各地优势产业集群的发展,打造区域品牌特色,并以此为基础向各产业以及省内外周边地区进行延伸和辐射。

四是加快建立健全NB-IoT技术应用的监管体系。

加快制定并出台NB-IoT技术相关的法律法规,保证NB-IoT技术产品依法正常有序发展;加快NB-IoT基础技术研发,通过技术进步在底层协议中加入有效合理的监管审核机制,加强NB-IoT在垂直应用领域中的技术监管;建立面向城市网络空间安全的监测预警和应急响应基础平台,实现城域网络安全态势感知、监测预警、应急处置和灾后恢复的一体化运作,力争从管理体制、信息规划、资源整合、项目管理、信息安全、保障机制等方面进一步规范NB-IoT技术的应用。


一直以来,技术都是推动商业环境进化的重要因素,而目前最热的技术升级趋势,无疑是人工智能。当下,尽管人工智能行业本身已经进入了一个平稳的发展期,但它对于各行各业的赋能却正在以更热烈的姿态进行。

2018年11月30日上午,亿欧将在北京国贸大酒店举办“新技术·新动能创新者论坛”,以技术为核心要素,从行业角度出发,探讨新技术趋势下,企业如何把握升级机会、跟上时代节奏,在诸多竞争者中脱颖而出。

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  • 亿欧用户-175****4439
  • 2018-08-24 09:28
  • 【极视角】安全帽识别,火焰识别,消防通道堵塞识别,翻越识别,跨界报警 V交流17503014439

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