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1、1物联网物联网技术与技术与应用的新进展应用的新进展邬贺铨邬贺铨中国工程院中国工程院2016.07.11物联网物联网技术与应用的技术与应用的新进展新进展2窄带物联网技术窄带物联网技术车联网与网联车车联网与网联车大智移云联万物大智移云联万物窄带物联网（窄带物联网（NBNB- -IOTIOT）产生的背景）产生的背景3低速率10Mbps视频 监控60%30%10%物联网应用 类型市场占比光纤、3G/4G WiFi2G/3G/4G WiFi/蓝牙 MTC/eMTCNB-IOT 非授权频谱技术 （SigFox/LoRa /ZigBee）可用的接入技术 使用使用Wifi和蓝牙技术的物联网因低和蓝牙技术的物联
2、网因低功率而传输距离短，大多只适用室功率而传输距离短，大多只适用室内，而且需要使用接力方式工作内，而且需要使用接力方式工作，要通过要通过用户手机用户手机、中继中继网关网关或或AP点点送到送到基站基站，数据准确率很低、耗电数据准确率很低、耗电量极大量极大。 广广域物域物联网可用联网可用光纤，但只适用于光纤，但只适用于连接摄像头等宽带终端，低容量传连接摄像头等宽带终端，低容量传感器虽然感器虽然可用可用2G/3G/4G网络，但难网络，但难以满足低功耗低成本的要求，因此以满足低功耗低成本的要求，因此目前接入到运营商网络的物联网终目前接入到运营商网络的物联网终端仅有端仅有6%。如果利用运营商的网络如果利
3、用运营商的网络组织低功耗广域（组织低功耗广域（LPWA）物）物联网，就可联网，就可真正实现真正实现 整个城市一张网，便于维护和管理整个城市一张网，便于维护和管理，窄带物联网（，窄带物联网（NB-IOT）应运而生。）应运而生。低功耗广域物联网的标准化过程低功耗广域物联网的标准化过程43GPP R132014. 052015. 052015. 092015. 122016. 062016. 092016. 122014. 072015. 07NB-M2MNB-CIOTNB- OFDMANB- LTENB-IOTNB-IOT Work Item技术技术 方案方案NB-IOT 核心协核心协 议标准议标
4、准性能性能 标准标准NB-IOTNB-IOT 一致性一致性 测试标准测试标准上行FDMA， GMSK调制, 5kHz载波间隔下行与LTE兼容，15kHz载波间隔 上行SC-FDMA，子载波间隔2.5或15kHz有效带宽180kHz 下行OFDMA，3.75kHz/15kHz 上行FDMA+GMSK或SC-FDMA下行OFDMA, 15kHz 上行SC-FDMA， 单音3.75kHz或15kHz,多音15kHzSigFoxLoRa由Orange运营商支持，类CDMA技术，需独立建网，无线传输 距离城市12km，郊区20km,节点数可达万百万级，0.350kbps中国通信标准化协会中国通信标准化协
5、会 （CCSA）计划在）计划在2016年底年底 发布发布NB-IOT系列行标（包系列行标（包 括核心网、接入网与终端）括核心网、接入网与终端）法国公司提出，需建网并与运营商合作，100Hz超窄带技术，低 速12bps，可靠性低非许可非许可 频段频段NBNB- -IOTIOT的部署方式的部署方式5独立模式-适合用于对GSM频 带的重耕保护带模式-可利用LTE系统 边缘无用的边带带内模式-可利用LTE载波中 间的任何资源块10 kHz10 kHz3.75kHz/15kHz保护 间隔保护 间隔180kHz (48个/12个子载波）200kHz子载波间隔 NB-IOT终端的射频带宽设计为终端的射频带宽
6、设计为180kHz，连上，连上下保护带共下保护带共200kHz，即，即GSM的一个载波带宽的一个载波带宽 下行子载波间隔为下行子载波间隔为15kHz，采用，采用OFDMA调制调制技术，支持技术，支持250kbps 上行单音模式上行单音模式有有3.75kHz和和15kHz两种间隔，两种间隔，多音模式为多音模式为15kHz子载波间隔，采用子载波间隔，采用SC-FDMA调制技术，支持调制技术，支持250kbps(15kHz)和和20kbps(3.75kHz)。NB-IOT目前定义了目前定义了 上下行频分（上下行频分（FDD） 方式，但为了减少干方式，但为了减少干 扰扰，使用，使用半双工半双工模式模式
7、NBNB- -IOTIOT技术特点技术特点-广覆盖与大连接广覆盖与大连接6 广覆盖广覆盖-NB-IOT技术能实现比技术能实现比GSM好好20dB以上以上的覆盖增益的覆盖增益，覆盖面积扩覆盖面积扩大大100倍倍，在地下车库、地下管道等也能覆盖到在地下车库、地下管道等也能覆盖到。 上行功率谱密度增益上行功率谱密度增益17dB（NB-IOT的的200mw/3.75kHz相比相比2G/3G/LTE的的200mw/180kHz）; 216倍的重传机制倍的重传机制增益增益312dB（付出时延代价，（付出时延代价，10s, 但业务允许）；但业务允许）； 编译码增益编译码增益34dB。 大连大连接接-NB-I
8、OT单单扇区扇区支持支持5万万个连接个连接，比现比现网高网高50倍倍（2G/3G/4G分别是分别是14/128/1200），目前全球有约，目前全球有约500万个物理站点，假设全部署万个物理站点，假设全部署NB-IOT，每每站点三扇区可接入物联网终端数将达站点三扇区可接入物联网终端数将达4500亿个。亿个。 窄带技术：上行等效功率窄带技术：上行等效功率36信道信道*23dBm，提升信道容量；，提升信道容量； 减少空口信令开销，提升频谱效率；减少空口信令开销，提升频谱效率； 基基站优化：独立的准入拥塞控制与终端上下文信息存储；站优化：独立的准入拥塞控制与终端上下文信息存储； 核心网优化：终端上下文
9、存储与下行数据缓存核心网优化：终端上下文存储与下行数据缓存。NBNB- -IOTIOT技术特点技术特点-低功耗与低成本低功耗与低成本 低功耗低功耗-NB-IOT终端终端如每天发送一次如每天发送一次200Byte报文，报文，AA电池电池待机时间待机时间10年年 简化简化空口信令，减少单次数传功耗；空口信令，减少单次数传功耗； 基于覆盖等级的控制与接入，减少单次数传时间；基于覆盖等级的控制与接入，减少单次数传时间； 终端终端99%时间工作在节能模式（时间工作在节能模式（PSM），终端仍然注册在网，但信令不可达，终端），终端仍然注册在网，但信令不可达，终端处于深睡眠，处于深睡眠，PSM状态功耗仅状态
10、功耗仅15W; 扩展周期不连续接收（扩展周期不连续接收（eDRX），延长睡眠周期，减少终端监听网络频度），延长睡眠周期，减少终端监听网络频度 长周期长周期TAR/RAU，减少终端发送位置更新次数，减少终端发送位置更新次数 简化移动性管理（因业务的移动性低，仅支持小区选择和重传），减少测量开销简化移动性管理（因业务的移动性低，仅支持小区选择和重传），减少测量开销 低成本低成本-目前目前单个接连模块单个接连模块成本成本不超过不超过5美元美元，目标下降到目标下降到1美元美元 180kHz窄带，降低芯片复杂度；窄带，降低芯片复杂度； 简化协议栈（简化协议栈（500kByte），减少片内），减少片内Fl
11、ash/RAM； 低采样率，低采样率，Flash/RAM缓存量小（缓存量小（28kByte）；）； 单天线、半双工，射频成本低；单天线、半双工，射频成本低； 峰均比低，单片峰均比低，单片SOC内置内置23dBm发射功率的功放。发射功率的功放。7现网升级支持现网升级支持NBNB- -IOTIOT8现有基站通过软件升级 支持NB-IOT，基于虚 拟化平台可灵活定制 M2M EPC，接管M2M 管理平台NBNB- -IOTIOT的产业基础的产业基础 3GPP已于已于2016年年6月月16日在釜山日在釜山R13会议上冻结会议上冻结NB-IOT核心协议标准。核心协议标准。 5月月30号号中兴通讯携手中国
12、移动中兴通讯携手中国移动在在实验室率先完成严格遵循实验室率先完成严格遵循NB-IoT标准协议的标准协议的技术验证演示技术验证演示。华为针对。华为针对物联网推出了物联网推出了LiteOS操作系统操作系统，华为华为等设备等设备厂家厂家计划计划在在2016Q3年推出年推出支持支持NB-IoT的的系统系统（包括芯片到网络）（包括芯片到网络）。 工信部于工信部于2016年年4月中旬召开月中旬召开NB-IoT工作推进会工作推进会，培育，培育NB-IoT产业链产业链，要求，要求年底建设基于标准年底建设基于标准NB-IoT的规模的规模外场外场试验试验。 中国联通今年中国联通今年将将在在超过超过5个城市启动基于
13、个城市启动基于900/1800MHz的的NB-IoT外场规模组网外场规模组网试验，以及试验，以及6个以上业务应用示范个以上业务应用示范，2018年全面年全面推进国家范围内的商用推进国家范围内的商用部署。部署。预预计计2016年全球年全球50家主流运营商家主流运营商将会将会有有一半支持一半支持NB-IoT。 NB-IOT将结束过去将结束过去物联网行业的终端、网络、芯片、操作系统、平台等各方路物联网行业的终端、网络、芯片、操作系统、平台等各方路径不一径不一的的 “碎片化碎片化”现象。市场现象。市场研究公司研究公司Machina预测，预测，NB-IoT未来将覆盖未来将覆盖25%的物联网连接的物联网连
14、接。到。到2020年年M2M设备设备可达可达70亿亿连接连接数。数。9汽车就是物联网节点汽车就是物联网节点10World Car Trends 2015, “Connected Mobility and Digital Lifestyle”,NY, April 2015 http:/ _Car_PR_Trends_Report.pdf自动自动 驾驶驾驶移动移动 互联网互联网 协同协同新控制新控制 与显示与显示 车联网车联网单位：亿欧元单位：亿欧元移动管理移动管理汽车管理汽车管理娱乐娱乐舒适舒适自动驾驶自动驾驶安全安全家庭集成家庭集成共计共计全球全球201530.121.249.321.374.
15、9121.80.2318.7202052.266.7131.871.3356.6473.40.61152中国中国201530.1819912400.196.1202019235911671820.3361.3全球与中国的车联网市场规模全球与中国的车联网市场规模高档汽车是复杂电子系统：高档汽车是复杂电子系统： 有十多个有十多个CPU GB级级RAM, Flash & SSD 200个个传感器传感器 上百上百个个ECU (电控单元电控单元） 1千万到上亿行软件千万到上亿行软件 汽车电子系统占汽车成本汽车电子系统占汽车成本30%60% 未来汽车的创新未来汽车的创新80%来自汽车电子系统来自汽车电子系
16、统MIT 列举了列举了2015年的年的10大科技突破大科技突破，车联网位列第，车联网位列第3网联车网联车汽车汽车 未来技术未来技术 与应用与应用 电动车电动车分享车分享车2019年汽车电子市年汽车电子市 场规模将达场规模将达1,680亿亿 美元美元，但中国的汽，但中国的汽 车电子系统严重依车电子系统严重依 赖进口！赖进口！美国德尔福汽车公司的美国德尔福汽车公司的EyeGlance智能控制系统可通过眼神操控车载信息系统，智能控制系统可通过眼神操控车载信息系统， 交互速度比手动操控快交互速度比手动操控快16倍！倍！MIT认为只需要12年V2V技术就能成熟物联网在电动汽车的应用物联网在电动汽车的应用219169121169个电 池单元 并联组 成电池砖9个 电池 砖串 联组 成电 池片11个电 池片组 成电池包利用传
