走进物联网-无案例篇

关键任务型 Critical IoT
时延 可用性 可靠性 数据量
智慧楼宇
物流跟踪和车(船)队管理
远程健康管理
行车娱乐、安全和控制
智能电表
智慧农业
网关类应用
工业应用和控制
远程制造，培训 和手术等 28
2.1.1物联网网络规划
1.人类相似型
Pad 智能穿戴 设备…
2.关键任务型
无人驾驶，工业4.0， 远程手术…
手机可以断断续续的接收信号以达到省电的目的。NB-IoT扩展了这个断续间隔， 可扩展至2.91小时，更加省电。
此外，NB-IoT只支持小区重选，不支持切换，这减少了测量开销；对空口信令简化, 减小了单次数传功 耗。
2.1.3物联网NB-IoT网络特性—增益增强
2.1.3物联网NB-IoT网络特性--增益增强
不高
私有通信协议安全性差
2.1.1物联网现有网络的问题-两类场景特性分析
• 两类应用场景：低功耗密集型 需要部署大规模的设备，部署成本是重要因素，但对数据量的要求相对较低； • 关键任务型 需要有实时性的保证，数据量相对较大，同时对可用性和可靠性要求极高。
低功耗密集型 Massive IoT
终端规模 终端成本 终端功耗 数据量
上行工具谱密度增益17dB 2-16倍的重传机制增益3-12dB （付出时延代价） 编译码增益3-4dB • • • •
大连接 NB-IoT单扇区支持5万个 连接，比现网高50倍
窄带技术：上行等效功率36信道 *23dBm，提升信道容量 减少空口信令开销，提升频谱效 率 基站优化：独立的准入拥塞控制 与终端上下文信息存储 核心网优化：终端上下文存储与 下行数据缓存
猫联网 智能家庭 智能穿戴 人联网 ?
车联网
Things
物联网是所有“物”的互联网
1.1 物联网的基本概念
物联网数据 发送什么？ 发送给谁？
Things
IoT Data
物联网平台
单向双向？
采集 / 指令 / 交互
Internet
“连接”是物联网服务和应用的基础
1.1 物联网的基本概念
无人驾驶
路况视频、周边环境 定位、导航、防盗、物流跟踪 位置、震动、门禁等信息
低功耗 终端如每天发送一次 200Byte报文，AA电池 待机时间10年
终端99%的时间都工作在节能模 式(PSM)，终端功耗仅15uW 采用eDRX(拓展周期不连续接收 )，减少终端监听网络的频次 只支持小区选择和重选，减少移 动性管理的开销 • • •
广覆盖 NB-IoT单基站覆盖面积是 传统MBB的7倍，在地下车 库、地下管道也能覆盖到
2.1.4物联网NB-IoT网络与现网的对比
NB-IoT 的核心优势与关键技术 • 低成本、低功耗、广覆盖、大连接的优势，有效弥补了现有2G/3G/4G网络在海量物联网应用场景面临的瓶颈。
低成本 单模块成本不超过5美元 ，目标是降到1美元左右
• • • • • 180kHz窄带，降低芯片复杂度 简化协议栈，减少片内 Flash/RAM 低采样率 单天线、半双工，射频成本低 峰均比低，单片SOC内置 23dBm发射功率的功效 • • •
接入：以WIFI、蓝牙和ZigBee为代表的短距因廉价和成熟得到广泛应用
“非授权频谱”
各种短距连接技术
典型短距技术在家庭 场景的应用
智 慧 家 庭
电视 空调 洗衣机 手环
免费
宽带接入
冰箱
WIFI
蓝牙
血压计
手机
体重秤 ……. 门锁 血糖仪 ……. 耳机
专线或蜂窝接入 远 程 抄 表
HUB
PLC Zigbee ZWave
PSD (Power Spectrum Density) 增益
=10log (Power A/Bandwidth A) /(Power B/Bandwidth B)
Up to 17dB
重复发射增益
=10log Repetition Times
+20dB 增益*
Up to 12dB UL Gain (16 Times Repetition)
硬件
通用开放，价格低廉
1.3 物联网的业务需求
联的角度：不同服务的需求不一样
覆盖 误码 功耗
自动抄表 无人驾驶
速率
时延
连接 移动 成本
2.1.1物联网网络网络需求
1.人类相似型
Pad 智能穿戴 设备…
2.关键任务型
无人驾驶，工业4.0， 远程手术…
3.低功耗密集型
智能水表，远程控制， 仓储管理，资产追踪…
课程内容
1
物联网概述（概念、市场、需求）
目录
CONTENTS
2
物联网关键技术与“云管端”演进
3
中国移动如何拓展物联网市场
1、物联网业务概述
1.1
物联网的基本概念
1.2
物联网的架构
1.3
物联网的业务需求
1.1 物联网的基本概念
“联” Internet of Things
“物”
1.1 物联网的基本概念
关键技术： • 线性调频扩频调制技术
2.1.4物联网技术-对比
2、物联网关键技术与“云管端”演进
2.1
物联网网络技术对比
2.2
NB-IOT网络规划和建设
2.3 2.4
物联网平台规划和建设
物联网终端的发展
2.2.1NB-IoT 解决方案总体架构
45
2.2.1网络方案概述
CoAP S1 NB-IoT车检器 NB-IoT eNodeB IoT平台 Gi/SGi NB-IoT 核心网
单 天 线
低复杂度基带 精简射频 高效功放 精简电源管理 小容量存储 从而降低芯片的处理复杂 度，降低了成本和功耗
FDD 半双工
2.1.3物联网NB-IoT网络特性—降低终端功耗
①PSM（power saving mode）
2.1.3物联网NB-IoT网络特性—降低终端功耗
②eDRX
DRX(Discontinuous Reception)，即不连续接收。eDRX就是扩展的不连续接 收。
计算轮盘赌玩法的胜率
Telematics Utilities Healthcare Automation Industrial
平台 业务使能平台AEP
通信能力
无线电完成信息交互
连接管理平台 CMP
蜂窝网络 LPWA
网络
短距 MAN 固网 卫星
便携式的外设
实现感知和控制
06/07/2016 © Nokia
目录
CONTENTS
2
物联网关键技术与“云管端”演进
3
中国移动如何拓展物联网市场
2、物联网关键技术与“云管端”演进
2.1
物联网网络技术对比
2.2
NB-IOT网络规划和建设
2.3 2.4
物联网平台规划和建设
物联网终端的发展
2.1.1物联网网络网络需求
1.人类相似型
Pad 智能穿戴 设备…
2.关键任务型
3.低功耗密集型
智能水表，远程控制， 仓储管理，资产追踪…
4.汇聚回传型
智慧家庭， 工业数据采集…
速率 移动性
超低时延 可靠性
大连接 广覆盖 低成本 低功耗
部署回传 持续供电
Zigbee/WIFI/蓝牙
普通蜂窝网
5G
LPWA
物的连接可以细分为四种类型，超出传统蜂窝网络支持范畴
2.1.2物联网网络解决方案-接入网技术分类
网络性能特征如下： • 每天每设备140条消息 • 每条消息 12 个字节（ 96 位 • 无线吞吐量达100位/秒
2.1.4物联网技术-LoRa网络架构 LoRa的诞生比NB-IoT要早些，2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的 基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（Long Range，简称LoRa）的芯片。 其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm。
应用需求，比如单个基站内仅智能 路灯就有2万个，已达现有技术极限 单独组网（含总线技术）成本高， 模组种类多、批量小，综合成本高 非授权频谱多次组网，系统可靠性
智能抄表
• 水、电、燃气表 • 特殊表类
• 城市部件智能管理
市政物联
物流追踪
• 仓库、集装箱监控 • 货物关键点监控追踪 • 运输环境监控 • 告警信息上报
180 KHz
3.75 KHz
3dB 增益 vs. LTE 2R NB-IoT 2R/4R
3dB 增益
*减去原有的GSM 终端高出窄带设备的10 dB
2.1.3物联网NB-IoT网络特性—增加接入容量
2.1.2物联网网络解决方案-接入网技术分类
2.1.4物联网技术-Sigfox网络架构
功耗过高，如使用 5Wh的电池，
2G终端待机时长仅2个月左右 典型场景网络覆盖不足，如：对于 室内的无线抄表、地下资源监控类 应用现网缺乏穿透3层以上墙面的能 力
智能家居/穿戴
• 定位追踪 • 状态监控 • 建筑工地设备监控 • 治安防范 • 楼宇自动化 • 泊车管理
智能楼宇
小区容量不足，无法满足海量终端
4.汇聚回传型
智慧家庭， 工业数据采集…
速率 移动性
超低时延 可靠性
大连接 广覆盖 低成本 低功耗
部署回传 持续供电
物的连接可以细分为四种类型，超出传统蜂窝网络支持范畴
1.3 物联网的业务需求-平台需求
硬件和软件的解耦后 连接、终端的管理
大量终端和连接
海量数据的分析能力 “智能化”
课程内容
1
物联网概述（概念、市场、需求）
无人驾驶，工业4.0， 远程手术…
3.低功耗密集型
智能水表，远程控制， 仓储管理，资产追踪…
4.汇聚回传型
智慧家庭， 工业数据采集…
速率 移动性
超低时延 可靠性
大连接 广覆盖 低成本 低功耗
部署回传 持续供电
物的连接可以细分为四种类型，超出传统蜂窝网络支持范畴
2.1.2物联网网络解决方案—非授权频谱
M2M Gateway
终端
1.2 物联网的架构
传送 IoT数据
产生 / 发送 IoT数据
接收 / 处理 IoT数据
能力共享
案例1： 智慧水表
水务公司面临的挑战
40万个水表每年 人力成本： 供水产销差： 因误读表或纠纷产 生的赔偿：
1千7百万元
10-30%
1百万元
Biblioteka Baidu
单位连接收入: 5 -10 美元/ 年
案例2：智能路灯
1.2 物联网的架构
“连接”产生“价值”
数据分析
增值
服务
端到端的应用和服务
连接
连接管理
1、物联网业务概述
1.1
物联网的基本概念
1.2
物联网的架构
1.3
物联网的业务需求
1.3 物联网的业务需求
物的角度： “云”分担计算重责，降低试错/部署成本
云的基础思想
快速生产，灵活部署
软件
软硬解耦
电表
2.1.1物联网现有网络的问题—现有方案无法满足
领域 应用场景 • 家电远程监控及诊断 • 家电设备联动 现有方案 存在差距
• 采用2G/3G/4G网络 • 蓝牙->手机（蜂窝 /WLAN） • 多跳组网 Mesh/WiFi/Zigbee->网 关->有线/2G回传 • LonWorks、KNX、 CAN等总线技术（有线） • 无规模应用， 少量采用2G网络
[ 视频：AMAZON DASH BUTTON ]
1.1 物联网的基本概念
APP
Things
Dash Button
Push It
Internet
Amazon
Get It
Online / Offline
Delivery
1.1 物联网的基本概念
“联” Internet of Things
“物”
1.1 物联网的基本概念
如上图所示，NB-IoT舍弃了LTE物理层的上行共享信道(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)、物理混合自动重传请求或指示信道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH)等。
2.1.3物联网NB-IoT网络特性—降低终端成本 ②精简射频
31
2.1.3物联网NB-IoT网络特性—模组成本低
$30
ONLY NB-IoT can do it
$15
$15 $10 $9
$8
$8
$5
CAT4
CAT1
CAT0 (MTC)
CAT-M (eMTC)
Sigfox
GPRS
LoRa
NB-IoT
Source: Internet News
2.1.3物联网NB-IoT网络特性—降低终端成本 ①减少协议栈处理开销
SIGFOX是一家法国公司，成立于2009年，创建了连接低功耗设备的无线网络，主要用于低 功耗物联网，如：电表等，这类应用需要连续地发送少量的数据。SIGFOX希望建立第一个 仅供用于物联网的全球蜂窝连接的公司，其基础设施完全独立于现有的网络（如电信移动网 络）。 关键技术： • 超窄带（UBN） • 二进制相移键控（BPSK)
速度、油耗、胎压、故障码等信息
汽车保养、保险
Service
物联网是使物从产品向“服务” 转变
1、物联网业务概述
1.1
物联网的基本概念
1.2
物联网的架构
1.3
物联网的业务需求
Claude Shannon
Edward Thorp
1.2 物联网的架构
1961年的赌场神器 物联网的架构
应用 远端计算能力