孔令華

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010051）

在全球信息化技術(shù)的發(fā)展下，物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)在各行業(yè)得到普及應(yīng)用，窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT 作為物聯(lián)網(wǎng)重要的技術(shù)分支，其憑借所具有的技術(shù)優(yōu)勢，能夠直接在LTE 網(wǎng)絡(luò)、GSM 網(wǎng)絡(luò)中部署應(yīng)用，同時(shí)支持長期待機(jī)使用，因此能夠直接在很大程度上降低了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通訊運(yùn)營的成本，在窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT 的應(yīng)用過程中，需要做好窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT 的規(guī)劃部署方式，如此才能夠切實(shí)發(fā)揮該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢作用。

1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT的關(guān)鍵技術(shù)

窄帶物聯(lián)網(wǎng)簡稱NB-IoT，是萬物物聯(lián)網(wǎng)的重要分支，更是基于無線物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)建的。常見的NB-IoT 關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾種：

1.1.1 低消耗關(guān)鍵技術(shù)

在窄帶物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)中，一方面可以借助PSM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端射頻的動(dòng)態(tài)管理，當(dāng)系統(tǒng)不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)連接運(yùn)行的時(shí)候，系統(tǒng)可以處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，不接受業(yè)務(wù)，下行處于不可達(dá)狀態(tài)。但是在該階段中，數(shù)據(jù)信息仍舊可以實(shí)現(xiàn)正常的傳輸。如，數(shù)據(jù)信息先傳送到MME 中，由MME 傳遞給sgw 進(jìn)緩存，緩存的數(shù)據(jù)觸發(fā)終端，使得終端退出PSM 狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)連接?？梢哉f，PSM 技術(shù)的應(yīng)用確保用戶上行處于在線狀態(tài)，下行處于關(guān)機(jī)睡眠狀態(tài)，但是仍舊可以不影響信息傳輸狀態(tài)，如此達(dá)到了系統(tǒng)省電目標(biāo)。另一方面是可以借助eDRX 技術(shù)，該技術(shù)是一種非連續(xù)接收技術(shù)，其能夠延長尋呼周期，達(dá)到節(jié)能降耗的作用。

1.1.2 低成本關(guān)鍵技術(shù)

在窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，其依靠低寬帶技術(shù)有效地降低了整體成本，同時(shí)下行頻率和上行頻率處于兩個(gè)獨(dú)立的模塊，因此終端不需要同時(shí)接發(fā)上下行的數(shù)據(jù)，由此大大降低了所需要的元器件的數(shù)量，降低了電能消耗。

1.1.3 高覆蓋關(guān)鍵技術(shù)

窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的覆蓋能力得到了較高的提升。這主要是因?yàn)樵贜B-IoT 技術(shù)中，其擁有高發(fā)射率譜密度，上下行子載波大小不同，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)部署方案，上下行能夠發(fā)射更高密度的功率波譜密度。另外NB-IoT 技術(shù)的上下行支持多次重傳，下行最高可支持2048 次，上行可支持128 次，整體上來說，就是NB-IoT 關(guān)鍵技術(shù)利用較低速率來換取高覆蓋率，從而即便是在地下車庫、管道等隱蔽性場所都可以實(shí)現(xiàn)窄帶物聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

1.2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)的性能特點(diǎn)

圖1：NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2：NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)部署方式

基于上述提到的窄帶物聯(lián)網(wǎng)低速率、低成本以及高覆蓋率的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)可知，當(dāng)前在現(xiàn)代社會(huì)中搭建起窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的產(chǎn)品，具有豐富的性能特點(diǎn)。

（1）窄帶物聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)覆蓋廣且穿透性強(qiáng)。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代中，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的普及，基本上城市的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率已經(jīng)達(dá)到99%，但是無線網(wǎng)絡(luò)所具有的物理穿透性較差問題，使得即便是一墻之隔，物聯(lián)效率都會(huì)大打折扣。而窄帶物聯(lián)網(wǎng)所具有的高覆蓋性的技術(shù)優(yōu)勢，使其能夠被廣泛地應(yīng)用于各種特殊的領(lǐng)域。如，窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在應(yīng)用中，信號(hào)在進(jìn)行上下行傳輸中，其能夠通過對(duì)信號(hào)的重復(fù)多次傳輸，有效提高信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

（2）窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成本較低。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成本低主要表現(xiàn)在窄帶物聯(lián)網(wǎng)將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各項(xiàng)程序精簡化，只保留最后的部分，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的成本大大降低；也可以避免因?yàn)楹笃谠O(shè)備維護(hù)管理所帶來的成本支出。另外還表現(xiàn)在窄帶物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備都是相同的，因此不需要考慮到設(shè)備的兼容性問題，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片等的規(guī)模化生產(chǎn)加工，大大降低窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建所需要的成本。

（3）窄帶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能耗較低。由于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，其數(shù)據(jù)傳輸和智能控制僅僅需要簡單的電能支持。同時(shí)NB-IoT 技術(shù)極大程度地降低了終端芯片的復(fù)雜程度，簡化了空口信令，因此在傳輸過程中，減少了一些不必要的設(shè)備的啟動(dòng)和運(yùn)行，大多數(shù)的程序在不需要應(yīng)用時(shí)都處于自動(dòng)休眠狀態(tài)，能夠有效降低能耗，延長使用時(shí)間。

2 窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT的規(guī)劃部署方式

在現(xiàn)代社會(huì)中，窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念在于能夠承接海量用戶數(shù)，搭建起滿足大量小數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)滿足各種對(duì)時(shí)延不敏感但是對(duì)功耗要求較高的終端設(shè)備的信息傳輸應(yīng)用。因此需要從規(guī)劃思路、覆蓋評(píng)估、容量評(píng)估以及網(wǎng)絡(luò)部署方案等方面入手，逐一展開評(píng)價(jià)分析，從而設(shè)計(jì)出最佳的窄帶物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.1 NB-IoT 規(guī)劃思路

實(shí)現(xiàn)窄帶物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)中的有效應(yīng)用，運(yùn)營商需要做好前期的規(guī)劃準(zhǔn)備，因地制宜、因時(shí)制宜的提出規(guī)劃思路。運(yùn)營商展開網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：

（1）展開對(duì)窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的規(guī)劃收集。在窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，需要對(duì)業(yè)務(wù)需求等進(jìn)行全面的了解，明確窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)是否能夠全面覆蓋傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)。因此需要進(jìn)行業(yè)務(wù)需求分析，完成鏈路預(yù)算管理，展開小區(qū)半徑監(jiān)測、單站覆蓋面積計(jì)算，最后指定區(qū)域內(nèi)所需要站點(diǎn)數(shù)目情況。

（2）展開對(duì)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)終端基礎(chǔ)設(shè)施排查。在窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用中，其是基于現(xiàn)有的通信設(shè)施所展開的一種低速率、高覆蓋率的新型的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因此在建設(shè)中需要展開對(duì)現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施的排查，避免后續(xù)網(wǎng)絡(luò)架設(shè)出現(xiàn)資源重復(fù)。

（3）根據(jù)窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，制定科學(xué)的規(guī)劃方案。在窄帶物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用過程中，雖然該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有低成本的特點(diǎn)，但是其需要通過設(shè)置數(shù)量眾多的站點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)全覆蓋，高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸。因此在前期規(guī)劃中需要根據(jù) NB-IoT 關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)以及組網(wǎng)能力，制定科學(xué)合理規(guī)劃方案，保證最終容量以及成本之間的平衡關(guān)系。

（4）進(jìn)行窄帶物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備的功率整體規(guī)劃。根據(jù)對(duì)窄帶物聯(lián)網(wǎng)上下行速率的大小劃分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該產(chǎn)品的功率計(jì)算，確保其能夠滿足最大的 MCL（164dB）要求，同時(shí)不至于出現(xiàn)資源浪費(fèi)的情況。

2.2 NB-IoT 覆蓋評(píng)估

NB-IoT 覆蓋評(píng)估主要是指對(duì)窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在不同的區(qū)域環(huán)境下，其覆蓋方式、覆蓋概率以及傳輸方式是不同的，因此需要前期事先展開覆蓋評(píng)估，并且利用鏈路預(yù)算的方式，獲得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所要覆蓋的半徑大小，最終確定該區(qū)域的站點(diǎn)數(shù)的數(shù)量。當(dāng)前展開窄帶物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋評(píng)估作業(yè)需要從以下幾個(gè)方面入手：

（1）展開窄帶物聯(lián)網(wǎng)的邊緣速率計(jì)算。在窄帶物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用中，其雖然具有較高的覆蓋率，但是其邊緣速率仍舊會(huì)呈現(xiàn)出下降趨勢，若是在該區(qū)域邊緣無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的速率需求不高的話，則可以不需要進(jìn)行再次的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和安全性處理。但是若是需要量較大的話，則需要采用自主報(bào)告和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量報(bào)告兩種模式，如此才能夠確保對(duì)于整個(gè)窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)展開傳輸穩(wěn)定性控制。

（2）展開對(duì)TBS的大小的統(tǒng)籌規(guī)劃。在確定邊緣速率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)窄帶物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品系統(tǒng)的TBS 大小的確定，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供直接參數(shù)參考。

（3）利用鏈路仿真結(jié)果，確定 TBS 對(duì)應(yīng)的 SINR。事實(shí)上，最早的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)議中沒有關(guān)于SINR 的公式定義的，因此導(dǎo)致信息傳輸?shù)乃俾是€準(zhǔn)確性判斷不高。而SINR 的大小的確定則可以對(duì)應(yīng)整個(gè)窄帶物聯(lián)網(wǎng)可以選取怎樣的MCS，同時(shí)將系統(tǒng)的上下行頻譜效率提升到最大。

（4）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上下行的疊加重復(fù)次數(shù)的規(guī)劃，借助對(duì)其上下疊加重復(fù)此時(shí)的統(tǒng)籌規(guī)劃部署，能夠獲得覆蓋增益，延長窄帶物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋的效率。

2.3 NB-IoT容量評(píng)估

NB-IoT 的容量評(píng)估直接影響到窄帶物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品應(yīng)用情況。做好對(duì)窄帶物聯(lián)網(wǎng)容量評(píng)估。

（1）需要確定用戶數(shù)量的要求，導(dǎo)入信息技術(shù)手段，對(duì)于該產(chǎn)品的資源總量以及業(yè)務(wù)模式的判斷，從而計(jì)算得到該系統(tǒng)所能夠支持的最大用戶數(shù)量。

（2）展開對(duì)運(yùn)行的用戶數(shù)量的容量管理。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，一開始激活并且進(jìn)行信息傳輸?shù)挠脩魯?shù)量，窄帶物聯(lián)網(wǎng)所發(fā)揮的效應(yīng)是不同的。因此需要通過觀察周期，掌握系統(tǒng)rrc 有效連接的數(shù)量大小，確定展開數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩舻膽?yīng)用規(guī)律等。

（3）明確窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在產(chǎn)品應(yīng)用中的調(diào)度水平。理論上窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)用戶的調(diào)度，但是僅僅是支持一個(gè)上行用戶、一個(gè)下行用戶或者是兩個(gè)上行用戶，尚未支持兩個(gè)下行用戶同時(shí)調(diào)度需求。

2.4 NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署方案

窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是從常規(guī)物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)展而來的，因此在網(wǎng)絡(luò)整體框架上仍舊保留著傳統(tǒng)的let 基本架構(gòu)特點(diǎn)。當(dāng)前所具有的網(wǎng)絡(luò)部署方案情況如下所示：

（1）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。主要采用的網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)為扁平化架構(gòu)和全ip 化架構(gòu)扁平化結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠減少繁瑣的信令交互流程，大大減少開銷。在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示。

（2）網(wǎng)絡(luò)部署方式。常用的網(wǎng)絡(luò)部署方式主要有獨(dú)立部署、保護(hù)帶部署、頻帶內(nèi)部署方式。當(dāng)前可以根據(jù)窄帶物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的自身的頻率資源以及經(jīng)濟(jì)投入情況，自行選擇部署方式。常見的網(wǎng)絡(luò)部署方式如圖2 所示。如，采用獨(dú)立部署方式，其主要是利用4g網(wǎng)絡(luò)和2g 網(wǎng)絡(luò)未使用的頻率資源來進(jìn)行部署。保護(hù)帶不是方式是指利用LTE 的保護(hù)間隔區(qū)內(nèi)進(jìn)行部署。

3 結(jié)束語

綜上所述，伴隨著萬物物聯(lián)概念的提出，智能終端生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的水平呈現(xiàn)出指數(shù)型增長，大量的物和人介入到無線網(wǎng)絡(luò)中，令現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)壓力過大，穩(wěn)定性過大。因此建立起全新的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。而窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT 技術(shù)正在此應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)通過后期的高效率的規(guī)劃部署，從而打造出高質(zhì)量的NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，保證了窄帶物聯(lián)網(wǎng)覆蓋水平和應(yīng)用質(zhì)量，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供保證。