摘  要：如今，世界已经进入万物互联的时代，物联网与我们的日常生活和工作息息相关。NB-IoT属于低速率、窄带物联网通信技术的范畴，在物联网中使用NB-IoT技术，需要全面了解NB-IoT技术的应用架构和特征，以实际的使用需求为导向，显著提升其使用价值。本文以智慧水务为例，详细分析了NB-IoT技术物联网智慧水务的相关信息，为智慧水务的良性发展奠定了坚实的基础。

关键词：NB-loT;物联网;应用问题;应对策略

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）18-0182-04

Abstract： Today， the world has entered the era of interconnection of all things. The internet of things is closely related to our daily life and work. NB-IoT belongs to the category of low rate， narrowband internet of things communication technology. To use NB-IoT technology in the internet of things， it is needed to fully understand the application architecture and characteristics of NB-IoT technology， and significantly improve its use value guided by the actual use demand. Taking smart water as an example， this paper analyzes the relevant information of NB-IoT technology internet of things smart water in detail， which lays a solid foundation for the sound development of smart water.

Keywords： NB-loT; internet of things; application problem; countermeasure

0  引  言

窄带物联网的简称是NB-IoT技术，也被称之为低功耗广域网（LPWAN），属于新兴的物联网通信技术，包含在物联网架构体系中，其优势是能够在表计的数据抄读中发挥积极作用。物联网的核心技术为NB-IoT技术，能够在广域网的蜂窝数据连接时为低功率设备提供可靠的支持，数据收发主要是通过移动运营商基站得以实现的，与手机无线网络通信比较接近。NB-IoT技术占用的频段为180 kHz，对GSM网络、UMTS网络、LTE网络能够实现直接的部署。NB-IoT技术物联网的优势表现在穿透能力强、覆盖范围广、网络终端设备连接效率高等，对于那些短时间在线的设备来说，NB-IoT技术物联网的应用效果非常明显，从本质上解决了物联网的连接问题。

1  NB-IoT 技术特征

NB-IoT物联网在实际应用优势明显，主要体现在以下几个方面：

（1）连接量巨大。在使用NB-IoT技术以后，海量連接的目标得以真正地实现。例如，在某小区里，物联网能够为小区中的十多万用户提供优质服务，而传统接入点只能达到NB-IoT技术接入量的十分之一左右，由此可见NB-IoT技术连接量之巨大。

（2）覆盖深度广。与4G技术相比，NB-IoT技术的覆盖深度非常大，增益能够达到20 dB左右，而4G技术的发射功率不足NB-IoT技术的1%，因此，NB-IoT技术的覆盖范围是4G技术的百倍以上。NB-IoT技术的信号和穿透力都比较强，不管是地下室，还是暗井，其信号强度都比较强。

（3）节能性优越。NB-IoT技术以超低能耗模式为主，其非连接性接收的节能技术具有较强的拓展性，如果不是传输时段，终端设备会自动处于休眠的状态，这就使得终端设备中的电池寿命得以延长，提升设备的运行效能。

（4）稳定性较强。NB-IoT技术设置了专用的窄带频段，与数据带宽、语言等网络因素不会发生任何的冲突，显著地提升了物联网运行的安全性和稳定性。

（5）经济性良好。在硬件和物理层面上NB-IoT技术得到广泛的应用，该技术使用起来非常方便，与当前流行的4G技术和即将普及的5G技术相比，其不会涉及中间数据采集设备的问题，节省了一笔不小的开支，并且其资费非常低。

2  在物联网中NB-IoT技术的架构与层次分析

NB-IoT技术物联网架构主要包括应用层、开发层、服务支撑层、元数据层、物理层等五个部分，做好物联网层次与架构分析工作，充分发挥NB-IoT技术的优势，显著提升物联网的使用价值。NB-IoT技术的架构图如图1所示。

（1）感知层。NB-IoT技术物联网的感知层以各种各样的形式存在，由不同的传感器构成，不仅包括红外线传感器，还包括多种传感器感知终端，比如温湿度传感器、超声波传感器等。在物联网中采集和识别不同设备的传感器是感知层的主要作用，实现对相应信息的高效获取。

（2）网络层。云平台和窄带网络管理平台是NB-IoT技术网络层的主要组成部分，感知层将所获取的信息通过网络层快速、准确地传递出去。

（3）应用层。在物联网中，应用层向用户窗口发送各类指令，使其实现智能化、多元化的功用，实现对数据信息的高水平解析。

3  NB-IoT技术应用

3.1  智慧井盖

在城市化进程不断加快的同时，电力、水务、运营商和市政管网的规模也随之增加，管网井盖出现丢失或损坏的情况势必会给公众生命财产安全造成一定的影响，导致其他行业管道资源无法实现高效的全覆盖。井盖看似是一个极小的物件，但是它所发挥的作用却是不容小觑的。市政、电力和通信等行业户外管道在使用智能井盖监控系统以后，使其管理能力发生了巨大的改变。智能井盖监控系统借助移动互联网技术快速处理各类问题，并将所搜集的各种数据信息传输到监控终端，为监控终端的数据分析提供数据支持。设备层、业务层和应用层构成一个完整的系统，设备内置的通信模块为设备层，使用LoRa、NB-IoT、GPRS等无线接入模式，由数据采集层将各项信息整合在一起后，向业务应用部门提供端口，用户根据自身的情况编写应用程序，发布在平台上。

3.2  智慧路灯

日常生活中，照明系统始终发挥着积极作用。依据应用形式的不同，照明系统分为应急、公共、办公和家庭等几种照明形式。在资源逐渐匮乏的时代背景下，节能环保已经成为时代发展的核心。办公照明和公共照明的能源消耗最为严重，其特征表现为设备功率比较大、节能空间充足等。采用集中运营模式以后，工作人员定期检查照明设备的使用情况，用户主动上报照明设备的维护和使用情况。为了将照明成本和能源损耗降至最低，当务之急就是加快智能化照明管理控制系统的使用范围，推动节能降耗工作取得最佳的效果。智能照明的具体情况如图2所示。

3.3  智慧农业

智慧农业充分利用了当代信息技术成果，并与物联网技术和网络技术有机地融合在一起，使农业生产活动实现智能化管理。在农业生产场地中配置不同的传感节点、预警决策装置、智能感知装置，为农业种植提供可靠的信息来源，加快农业现代化发展的步伐。NB-IoT技术的优势体现为架构优、成本低、连接多、覆盖范围广以及能耗低等，促使智慧农业在绝大多数的农业生产环境中得以全面的推广，显著提升智慧农业系统的安全性。

在智慧农业的建设过程中，通过创建多渠道的信息服务通道，加快了现代信息技术融入农业生产加工的速度，促使传统的农业生产和管理模式发生巨大的改变，实现了饲养动物与种植农作物的精细化管理，带动农业改造朝着更优的方向发展，推动农村与农业经济的平稳、健康发展。

以NB-IoT技术为核心的智慧农业系统的使用范围非常广，比如，农产品电子商务、农药残留检测、冷链物流、农产品质量安全追溯、食用菌、温室大棚、水产养殖以及农田种植等。将传感器与NB-IoT技术相结合，实现了全密封设计，显著提升了其可靠性和安全性，并将成本投入降到最低。与NB-IoT技术移动基站通信建立密切联系以后，各类农业场景中安装了先进的设备，使农业生产技术实现质的飞跃。智慧农业发展的具体情况如图3所示。

3.4  智慧交通

智慧交通中经常使用的设备有前端手持收费终端、后台管理中心、云平台服务器、无线数据网关、无线数据采集器、地磁探测器，等等。通常情况下使用的主要网络为LoRa组网，借助GPRS、ZigBee将数据快速上传到后台中。这种多协议、多节点的传输模式，使数据量较大的占道停车项目中容易出现部分节点数据信息丢失的情况，需要采取人工干预的措施予以补救。该模式导致维护成本不断增加，如果设备出现故障以后得不到及时的修复，就会给客户造成不同程度的损失。

NB-IoT技术占道停车收费管理系统包含的设备非常多，比如，前端手持收费终端、后台管理中心、云平台服务器、NB-IoT基站、NB-IoT地磁车位探测仪等。目前使用的NB-IoT技术占道停车系统的主要传输手段为基站，实现了数据的稳定传输，设备的平稳运行得到保证，同时还使设备的数据资源共享得以快速地实现。

4  以智慧水务为例，分析物联网中NB-IoT技术的应用

4.1  应用范围

在智慧水务物联网中使用NB-IoT技术，其使用范围包括智能抄表、水平衡中、监测漏点等。本文针对智能抄表展开了相关的研究，通过使用各种各样的方式显著提升了研究的效果。水务企业在开展抄表管理工作时，经常会遇到各种各样的问题。水资源与人们的日常生活息息相关，水表的使用环境比较潮湿、阴暗，给后期的抄表工作造成了很大的困扰。所以，需要不断完善抄表技术，推动水务企业实现良性发展。

4.2  需要解决的问题

NB-IoT物联网在智慧水务物联网实际应用中存在着一些问题，主要体现在以下几个方面：

（1）IC卡水表抄表。IC卡水表抄表的付费方式以预付费为主，只有用户事先将费用缴纳后才能为其提供供水服务，将人工抄表的问题控制到最少，其缺点主要表现为用户易于出现错误操作的情况，使得后续维修的工作量不断增加，需要维修人员到现场处理相关问题，给水务企业的月底和年底营收核算造成严重的影响，导致水务企业诊断盈亏的难度系数持续升高。

（2）有线远传水表。有线远传水表借助LET、网线、信号线等有线连接技术来实时更新抄表数据信息，其缺点表现为数据采集设备和网络路线投入的成本很高，施工难度大，可以在室外安装线路的用户能够获得良好的效果，而不能在室内安装水表和分散用户却不能获得良好的效果。

（3）GPRS物联网水表。GPRS物联网水表以2G网络为媒介完成水表智能化控制和抄表服务，适用于对分散用户的抄表服务，其缺点表现为投入成本比较高，无线信号不强，内置电池容易出现亏电的问题。如今2G网络逐渐被运营商所淘汰，给GPRS物联网水表的使用造成了严重的困扰。

4.3  应用策略

4.3.1  分析物联网抄表应用结构

要想提升NB-IoT技术的使用效果，首先要解决抄表管理中所存在的局限性问题，优化升级抄表管理系统，创新抄表智能终端的功能，使水表的智能化水平上升到一个新的高度。在开展此项工作的过程中，NB-IoT技術发挥着积极作用。以NB-IoT技术为核心的物联网智能水表的主要组件有水表抄收管理软件平台、第三方应用服务器、NB-IoT管理服务平台、NB-IoT核心网、运营商信号接收模块以及NB-IoT模组等，如图4所示。

将水表设置在应用层服务器里，不需要对线路和采集设备进行设置，就能为不同类型用户提供贴心服务。在物联网智能水表中，NB-IoT技术发挥出了超强的优势，加快了智慧水务发展的速度，同时还向支付宝、微信等缴费平台拓展，促使智能水表互通互联得以快速地实现，如图5所示。

4.3.2  分析物联网抄表应用过程

进一步明确应用结构实施，采取相应措施完善应用过程。使用以NB-IoT技术为核心的物联网智能水表以后，水务企业使用第三方应用管理系统来定时抄表，如图6所示，借助基站实现了无线联网和定时自动抄表，准确地获取各用户水表的数据信息，水表自动完成智能待机，节省电池和流量的消耗。

在回传数据时，数据被传送到平台上，平台将相关数据传输到云平台中，服务器再从云平台中获得用户的相关信息，实现了对用户用水情况的有效监管，数据获取也打破了时空束缚。水务企业根据自己的需求，对服务器中存储的信息进行分析、汇总，判断用户的用水情况，及时发现问题，立即采取应对措施。用户实现自主缴费以后，可依据自身情况选择最为便利的缴费方式，显著地提升了水务企业服务用户的效率。

5  结  论

在物联网中采用NB-IoT技术，为万物互联提供了一定的技术保障，其使用范围较为广泛，逐渐渗透到各行各业。因此，NB-IoT技术不断演变为物联网发展的核心要素。如今5G技术和物联网技术已走进人们生活的方方面面，随着AI技術、云计算和大数据等技术的不断发展和进步，物联网必将随之发生翻天覆地的变化，给人们的生活带来巨大的便利。

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作者简介：肖祖才（1974.08—），男，汉族，贵州贵阳人，工程师，本科，研究方向：计量设备标准化安全管理研究。