本书遵循由个别到一般，又由一般到个别的哲学原理，研究窄带物联网（
NB-IoT）应用开发共性技术，目标是降低开发门槛、节约开发成本、缩短开发时间。
本书从技术科学层面提出了NB-IoT应用架构，形成可复用、可移植的模板、构件和类，成为NB-IoT应用开发的“基石”。NB-IoT应用架构由终端（UE）、信息邮局（MPO）、人机交互系统（HCI）三个部分组成。针对 UE，本书提出了通用嵌入式计算机（GEC）的概念，在硬件上把 MCU 硬件最小系统及面向具体应用的共性电路封装成一个整体，为用户提供
芯片级的可重用的硬件实体；在软件上，把嵌入式软件分为BIOS程序与User程序两部分。针对MPO，本书将其抽象为固定IP地址及端口。针对HCI，本书凝练出云平台侦听程序、客户端程序、
Web网页程序、微信小程序、手机APP程序等应用模板，为“照葫芦画瓢”地完成具体的NB-IoT应用开发提供共性技术。全书形成了以GEC为核心，以构件为支撑，以应用模板为基础的NB-IoT应用开发生态系统。
窄带物联网（NB-IoT）是
3GPP于2016年5月完成核心标准制定的，面向智能抄表、工厂设备远程测控、智能农业、智能家居等应用领域的新一代物联网通信体系，是低功耗广域网LPWAN的重要一员。NB-IoT应用系统将成为许多实体行业的关键技术。然而，进行 NB- IoT 应用开发具有较高的技术门槛，研发成本高、周期长，是许多终端企业面临的重要难题。为了解决这个难题，学术界需要从技术科学层面、从面向应用角度出发来研究NB-IoT应用产品开发的共性技术，为产业界进行NB-IoT应用开发提供基础支撑。本书着眼于这一目标，研究与NB-IoT应用开发共性技术相对应的抽象模型，为降低NB-IoT应用开发的技术门槛提供技术基础。
物联网连接的分类
从通信速率角度划分，可以将物联网连接分为高速率、中速率与低速率三种类型。高速率（速率＞1 Mbps），以视频信息为特征；中速率（100 kbps＜速率＜1 Mbps），以语音及图片信息为特征；低速率（速率＜100 kbps），以文本信息为特征。针对不同的应用场景，需要选择合适的通信模式。
（1）高速率（速率＞1 Mbps）：以视频信息为特征，流量高，一般对功耗不敏感，如视频监控、远程医疗、机器人等，目前主要使用4G。
（2）中速率（100 kbps＜速率＜1 Mbps）：以语音及图片信息为特征，流量中等，一般对功耗不敏感，如内置语音功能的可穿戴设备、智能家居等。
（3）低速率（速率＜100 kbps）：以文本信息为特征，流量不高，一般对功耗敏感，如智能仪表、环境监测、智能家居、物流、不带语音功能的可穿戴设备、工厂设备远程控制等。若要实现广覆盖，则需要选择新型连接方式，如NB-IoT。
NB-IoT技术特点及其与其他LPWAN技术比较
1.NB-IoT的技术特点
概括地说，NB-IoT技术有大连接、广覆盖、深穿透、低成本、低功耗五个基本特点。
（1）大连接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50～100倍的接入数量，终端连接数可达200000个。
（2）广覆盖：一个基站可以覆盖几千米的范围，对于农村这样广覆盖需求的区域，亦可满足。
（3）深穿透：室内穿透能力强。对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用也可以适用。以井盖监测为例，使用
GPRS方式时需要伸出一根
天线，来往车辆极易损坏，只要部署得当，NB-IoT可以解决这一难题。
（4）低成本：体现在三个方面，一是在建设期可以复用原先的设备，成本低；二是流量费低；三是终端模块成本低（目前为5美元左右，随着大规模应用，成本还将逐步降低）。
（5）低功耗：终端工作在低功耗模式下，终端电池工作时间可长达10年之久。
NB-IoT与其他LPWAN技术比较
为了使读者能够更深入地理解 NB-IoT 特点，下面将从终端连接数、信号覆盖范围、成本、功耗、穿透力、数据传输速率、使用频段及频谱授权等方面，给出NB-IoT与GPRS、
LORA和SigFox等常用LPWAN技术的比较，如表1-3所示。
GPRS、LoRa和SigFox各有其自身的优缺点，相对而言，NB-IoT在LPWAN领域具有更好的表现。例如，NB-IoT在数据传输速率、覆盖面积、终端连接数量等方面优于其他三种技术。此外，在成本、功耗和穿透力等方面，NB-IoT的性能介于GPRS、LoRa和SigFox之间。
NB-IoT和LoRa作为LPWAN领域最为常用的两种通信技术，各有其适合的应用场景。NB-IoT 属于由通信运营商支撑的运营网络，终端（UE）数据通过运营商的基站直接传输到以太网，UE用户需要向通信运营商缴纳流量费。LoRa则需要自建基站以接入以太网，一般适合厂区较大、具有一定规模的企业。智能建筑、智能仪表、智能交通、自动化制造等都是NB-IoT的适用领域，LoRa只适合大厂区自建基站。简而言之，大规模的物联网应用需要NB-IoT来支撑。
为什么NB-IoT会流行
为什么 NB-IoT 会流行呢？对于这个问题，可从社会需求的推动、原有技术的不足、运营商转型、设备商介入、政府重视五个角度来阐述。
1.社会需求的推动
智慧城市、大数据时代已然来临，
无线通信将实现万物互联，未来全球物联网连接数将达到千亿数量级，物联网正在改变人们的生活方式。物联网发展契合了人们不断提升的需求，具有极大的市场需求潜力。据市场调研机构预测，未来5～10年，物联网连接数和市场规模将进入大规模井喷式的发展阶段。由此可见，万物互联是未来社会的发展趋势，是实现传统产业改造升级和公共服务水平提升的重要环节之一。
（1）改造升级传统产业。物联网是信息产业的又一次革命性发展，将成为我国经济振兴和社会转型的战略支点；将有力带动传统产业转型的改造升级，实现经济结构的战略性调整，引发社会生产和经济发展方式的深度变革。物联网作为新兴技术，全面感知、可靠传递、智能处理的特征使其成为改造升级传统产业的最佳选择。
（2）提升公共服务水平。现代化的高速发展使得公共服务领域的需求逐步增大，城市管理、环境保护等一系列问题日益突出，物联网的迅速崛起为这些问题的解决提供了契机。以车联网为例，车联网是物联网最重要，也是最具发展潜力的应用领域之一，它可实现车与车、车与人、车与路，以及人与网络的相互连接，通过移动通信技术实现信息的同步和共享，可以有效减少交通事故，缓解城市拥堵。
2.原有技术的不足
物联网中存在大量的传感类、控制类连接需求，这些连接速率要求很低，但对功耗和成本非常敏感，且分布很广、海量，现有3G/
4G技术从成本上无法满足需求；目前，虽然2G技术仍可应用于部分对功耗要求相对不高的领域，但仍有大量需求无法满足，它并不是长期发展的方案。
目前解决低功耗广域网[13]（Low-Power Wide-Area Network，LPWAN）的主要技术方案是利用通用分组无线服务[14]（GPRS）与局部的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）相结合的GPRS+WSN方法，但是该方法具有成本高、开发层次多等缺点。
3.运营商转型
运营商具有独特的网络优势和用户优势，其业务推广及产业链整合能力较强，在设备制造、系统集成、网络运营及平台供应等方面，最有可能成为物联网运营的主体。因此，运营商广泛布局物联网，对物联网的发展具有极大的推动作用。
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已绑定手机
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发表于 2022-3-19 15:05
