NB-IoT物联网技术解析与案例详解
5G时代NB-IoT物联网项目的实践教程，展示从技术解析到真实商用案例实战的全景路线图，让垂直行业更好理解通信技术，业界专家学者热情推荐，中移动研究院核心团队出品
基本信息
【插图】
编辑推荐
业界专家学者热情推荐，中移动研究院核心团队出品
应用NB-IoT开发物联网项目的手把手实践教程
从技术解析到真实商用案例实战的全景路线图，让垂直行业更好理解通信技术
内容简介
作译者
黄宇红、杨光、肖善鹏、曹蕾、李新等，中国移动“NB-IoT技术攻关及产业推进”团队带头人。
中国移动“NB-IoT技术攻关及产业推进”团队致力于推动NB-IoT技术及产业成熟，构建跨界融合的物联网新生态，助力国家产业结构升级，服务国家创新驱动发展战略。
面向NB-IoT技术商用，在全体产业力量的支持下，该团队在国际标准化组织中积极推进技术研究和标准融合，推动产品研发和产业成熟。该团队还提出了针对低成本部署和高效网络运维的多项创新方案，并致力于实现创新成果的产业化。
该团队在新型物联网数据服务能力上进行了有益的探索，构建了物联网端到端质量评估体系，在智慧城市、工业物联等八大领域积极开展应用创新，实现新技术和传统行业的广泛结合。此外，该团队还积极支持校园创新和社会化创新，依托5G联合创新中心、GTI、GSMA等国内外平台推动NB-IoT国际化和规模化发展，以实现万物互联的美好愿景。目前该团队正在开展更广泛的5G新技术的业务创新和应用试点。
中国移动“NB-IoT技术攻关及产业推进”团队致力于推动NB-IoT技术及产业成熟，构建跨界融合的物联网新生态，助力国家产业结构升级，服务国家创新驱动发展战略。
面向NB-IoT技术商用，在全体产业力量的支持下，该团队在国际标准化组织中积极推进技术研究和标准融合，推动产品研发和产业成熟。该团队还提出了针对低成本部署和高效网络运维的多项创新方案，并致力于实现创新成果的产业化。
该团队在新型物联网数据服务能力上进行了有益的探索，构建了物联网端到端质量评估体系，在智慧城市、工业物联等八大领域积极开展应用创新，实现新技术和传统行业的广泛结合。此外，该团队还积极支持校园创新和社会化创新，依托5G联合创新中心、GTI、GSMA等国内外平台推动NB-IoT国际化和规模化发展，以实现万物互联的美好愿景。目前该团队正在开展更广泛的5G新技术的业务创新和应用试点。
目录
序言
前言
第1篇 移动物联网概述 1
第1章 全球移动物联网发展概况 3
1.1全球移动物联网市场情况 3
1.2中国移动物联网发展情况 4
1.3典型物联网技术对比 5
参考文献 6
第2篇 NB-IoT关键技术 7
第2章 NB-IoT体系架构 8
参考文献 10
第3章 NB-IoT空中接口关键技术 11
3.1子载波间隔 11
3.2工作模式 11
3.3物理信道 12
3.4数据传输方案 12
3.5部署方案建议 14
参考文献 14
第4 章NB-IoT关键流程 15
4.1概述 15
前言
第1篇 移动物联网概述 1
第1章 全球移动物联网发展概况 3
1.1全球移动物联网市场情况 3
1.2中国移动物联网发展情况 4
1.3典型物联网技术对比 5
参考文献 6
第2篇 NB-IoT关键技术 7
第2章 NB-IoT体系架构 8
参考文献 10
第3章 NB-IoT空中接口关键技术 11
3.1子载波间隔 11
3.2工作模式 11
3.3物理信道 12
3.4数据传输方案 12
3.5部署方案建议 14
参考文献 14
第4 章NB-IoT关键流程 15
4.1概述 15
前言
物联网是什么？它是一群“懒人”改造世界的梦想。
通过嵌入一块小小的芯片，物联网将通信技术引入到万物互联的世界里，让人与物、物与物之间产生前所未有的连接关系。于是通过远程连接，人与物之间可以跨越时空开始交流，比如人在办公室就可以通过手机远程发送 “请在下午5点后维持住宅室内温度25℃，空气湿度50%”这样的指令。进而，物与物之间也可以进行直接的交流，如湿度传感器在下午5点后启动工作后，检测到室内湿度低于50%后就会将此消息告知加湿器，于是加湿器开始喷洒水雾；当湿度传感器检测到室内湿度已达到50%，则再次发送消息给加湿器，加湿器则会停止加湿。
正如语言文字引领未开化的原始人一步步走入文明，物联网让物与物之间有了沟通交流的渠道，使得一切无趣的物品变得有了生气。而人，可以通过这张网与周围或者千里之外的世界进行交流，实现远程控制和管理，运筹帷幄之中，决胜千里之外。物联网的蓝图是一个向我们扑面而来、万物互联的新生态。
当前，市面上已有的物联网终端和应用主要是基于第二代移动通信技术（如GSM）或Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等短距离传输技术实现的。然而，这些通信技术尚无法有效承载海量的物联网连接，并且在覆盖能力、安全保障等方面存在缺陷。随之而来，一系列低功耗窄带物联网技术应运而生，包括LoRa、Sigfox，以及近两年最为火爆的NB-IoT和eMTC技术，它们都具有低功耗、大连接、低成本等特性，尤其是采用授权频谱并由运营商运营的NB-IoT技术，更是因为其广深覆盖和高可靠的特性受到了产业界的广泛关注。根据市场研究公司Machina Research的预测，2025年全球物联网连接数将达到270亿个，仅在我国就将达到56亿个。
中国移动在NB-IoT技术研究、测试验证、产业构建等方面进行了深入的研究和探索，携手垂直行业合作伙伴已在智慧市政、工业物联、智能穿戴、智能家居、广域物联等领域率先开展应用实践，并联合高校孵化创新项目，在物联网技术落地、应用设计等方面积累了相当丰富的经验。中国移动主导了CCSA NB-IoT标准体系的制定，荣获“CCSA科学技术奖”一等奖，同时还主导了GSMA NB-IoT终端外场测试体系构建，率先启动了GCF NB-IoT物联终端认证，联合产业研发的NB-IoT智能家电荣获GSMA MIoT Showcase 大奖。
根据分析，NB-IoT在广域物联、智能抄表、智能穿戴、智能楼宇、物流跟踪、智能家居、市政物联、工业物联等八大领域20余个典型场景有广阔的应用前景。为了服务于行业用户，促进物联网从业人员对NB-IoT技术的认知和理解，针对行业应用与最新通信技术结合普遍存在的困惑，本书从NB-IoT关键技术、应用案例解析、应用开发指南等多维度，向垂直行业客户、物联网从业者、在校学生等潜在的物联网技术使用者提供指导，引导行业客户部署、引入NB-IoT物联网技术。
本书共分为5篇，结构及内容安排如下：
第1篇：移动物联网概述，用于了解全球物联网发展历程及典型物联网技术对比。
第2篇：NB-IoT关键技术，介绍NB-IoT体系架构及空中接口技术、关键流程、安全以及能力开放等关键技术。
第3篇：NB-IoT特性解密，用于深入了解NB-IoT广深覆盖、海量连接、低功耗、低复杂度等特性。
第4篇：NB-IoT应用案例解析，详细分析了NB-IoT在多个领域的创新应用案例。
第5篇：开发和部署NB-IoT应用，用于了解如何获取NB-IoT开发、测试、部署及产业推广资源。
本书由黄宇红、杨光担任主编，曹蕾、李新担任副主编，参加编写的人员还包括肖善鹏、于江、刘聪、刘琨、翁玮文、李秋香、刘雅、张超、王锐、潘璐、王曦泽、厉正吉、孔露婷、高向东、张俪、高晨亮、徐芙蓉、彭啸锋、袁园、田康、骆正虎、范晓晖、罗达、童小平、余勇、卢虎、段晓东、李爱华、黄震宁、周欣、彭晋、李笑如、张为民、施磊、左敏。
在本书的编写过程中，首先要感谢机械工业出版社林桢编辑从选题策划、立项和内容方面提供了许多宝贵建议，还要特别感谢物联网领域的多位专家、从业者帮助提供和完善物联网应用案例内容，包括南京物联传感技术有限公司吕军伟，柒贰零（北京）健康科技有限公司项立刚，上海欧孚通信技术有限公司俞文杰，联发博动科技（北京）有限公司张耿豪，深圳五洲无线股份有限公司高金梁，上海智能昊想科技有限公司金培奇，国家电网有限公司陆阳，海信集团有限公司刘宏举，深圳市前海亿车科技有限公司林坚立，浙江比弦物联科技有限公司洪宽，上海威派格智慧水务股份有限公司杨峰，爱立信（中国）通信有限公司钟博、李堃，紫光展锐科技有限公司叶晖，美科科技（北京）有限公司陈昊，北京摩拜科技有限公司夏一平，中国地质环境监测院韩冰。
移动物联网的浪潮滚滚而来，技术商用如火如荼，现在正是物联网从业者发明创新的好时机。从业者可以在各种传统的设备中嵌入物联网模块，对其工作方式加以改造，使其更好地服务于个人、家庭、行业和社会。
NB-IoT正处于技术和应用快速发展的阶段，新的应用层出不穷，由于作者水平有限，本书错漏之处在所难免，欢迎读者批评指正并提出建议，以期对后续版本进行改进和更新。
作者2018年8月
通过嵌入一块小小的芯片，物联网将通信技术引入到万物互联的世界里，让人与物、物与物之间产生前所未有的连接关系。于是通过远程连接，人与物之间可以跨越时空开始交流，比如人在办公室就可以通过手机远程发送 “请在下午5点后维持住宅室内温度25℃，空气湿度50%”这样的指令。进而，物与物之间也可以进行直接的交流，如湿度传感器在下午5点后启动工作后，检测到室内湿度低于50%后就会将此消息告知加湿器，于是加湿器开始喷洒水雾；当湿度传感器检测到室内湿度已达到50%，则再次发送消息给加湿器，加湿器则会停止加湿。
正如语言文字引领未开化的原始人一步步走入文明，物联网让物与物之间有了沟通交流的渠道，使得一切无趣的物品变得有了生气。而人，可以通过这张网与周围或者千里之外的世界进行交流，实现远程控制和管理，运筹帷幄之中，决胜千里之外。物联网的蓝图是一个向我们扑面而来、万物互联的新生态。
当前，市面上已有的物联网终端和应用主要是基于第二代移动通信技术（如GSM）或Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等短距离传输技术实现的。然而，这些通信技术尚无法有效承载海量的物联网连接，并且在覆盖能力、安全保障等方面存在缺陷。随之而来，一系列低功耗窄带物联网技术应运而生，包括LoRa、Sigfox，以及近两年最为火爆的NB-IoT和eMTC技术，它们都具有低功耗、大连接、低成本等特性，尤其是采用授权频谱并由运营商运营的NB-IoT技术，更是因为其广深覆盖和高可靠的特性受到了产业界的广泛关注。根据市场研究公司Machina Research的预测，2025年全球物联网连接数将达到270亿个，仅在我国就将达到56亿个。
中国移动在NB-IoT技术研究、测试验证、产业构建等方面进行了深入的研究和探索，携手垂直行业合作伙伴已在智慧市政、工业物联、智能穿戴、智能家居、广域物联等领域率先开展应用实践，并联合高校孵化创新项目，在物联网技术落地、应用设计等方面积累了相当丰富的经验。中国移动主导了CCSA NB-IoT标准体系的制定，荣获“CCSA科学技术奖”一等奖，同时还主导了GSMA NB-IoT终端外场测试体系构建，率先启动了GCF NB-IoT物联终端认证，联合产业研发的NB-IoT智能家电荣获GSMA MIoT Showcase 大奖。
根据分析，NB-IoT在广域物联、智能抄表、智能穿戴、智能楼宇、物流跟踪、智能家居、市政物联、工业物联等八大领域20余个典型场景有广阔的应用前景。为了服务于行业用户，促进物联网从业人员对NB-IoT技术的认知和理解，针对行业应用与最新通信技术结合普遍存在的困惑，本书从NB-IoT关键技术、应用案例解析、应用开发指南等多维度，向垂直行业客户、物联网从业者、在校学生等潜在的物联网技术使用者提供指导，引导行业客户部署、引入NB-IoT物联网技术。
本书共分为5篇，结构及内容安排如下：
第1篇：移动物联网概述，用于了解全球物联网发展历程及典型物联网技术对比。
第2篇：NB-IoT关键技术，介绍NB-IoT体系架构及空中接口技术、关键流程、安全以及能力开放等关键技术。
第3篇：NB-IoT特性解密，用于深入了解NB-IoT广深覆盖、海量连接、低功耗、低复杂度等特性。
第4篇：NB-IoT应用案例解析，详细分析了NB-IoT在多个领域的创新应用案例。
第5篇：开发和部署NB-IoT应用，用于了解如何获取NB-IoT开发、测试、部署及产业推广资源。
本书由黄宇红、杨光担任主编，曹蕾、李新担任副主编，参加编写的人员还包括肖善鹏、于江、刘聪、刘琨、翁玮文、李秋香、刘雅、张超、王锐、潘璐、王曦泽、厉正吉、孔露婷、高向东、张俪、高晨亮、徐芙蓉、彭啸锋、袁园、田康、骆正虎、范晓晖、罗达、童小平、余勇、卢虎、段晓东、李爱华、黄震宁、周欣、彭晋、李笑如、张为民、施磊、左敏。
在本书的编写过程中，首先要感谢机械工业出版社林桢编辑从选题策划、立项和内容方面提供了许多宝贵建议，还要特别感谢物联网领域的多位专家、从业者帮助提供和完善物联网应用案例内容，包括南京物联传感技术有限公司吕军伟，柒贰零（北京）健康科技有限公司项立刚，上海欧孚通信技术有限公司俞文杰，联发博动科技（北京）有限公司张耿豪，深圳五洲无线股份有限公司高金梁，上海智能昊想科技有限公司金培奇，国家电网有限公司陆阳，海信集团有限公司刘宏举，深圳市前海亿车科技有限公司林坚立，浙江比弦物联科技有限公司洪宽，上海威派格智慧水务股份有限公司杨峰，爱立信（中国）通信有限公司钟博、李堃，紫光展锐科技有限公司叶晖，美科科技（北京）有限公司陈昊，北京摩拜科技有限公司夏一平，中国地质环境监测院韩冰。
移动物联网的浪潮滚滚而来，技术商用如火如荼，现在正是物联网从业者发明创新的好时机。从业者可以在各种传统的设备中嵌入物联网模块，对其工作方式加以改造，使其更好地服务于个人、家庭、行业和社会。
NB-IoT正处于技术和应用快速发展的阶段，新的应用层出不穷，由于作者水平有限，本书错漏之处在所难免，欢迎读者批评指正并提出建议，以期对后续版本进行改进和更新。
作者2018年8月
序言
物联网在经历了十几年的发展之后进入了一个全新阶段。继移动互联网给人类生活带来深刻变革之后，以实现万物互联为目标的物联网时代正在到来，并将重塑整个世界。物联网技术是改造提升传统动能、培育壮大新动能、建设新型信息化社会的使能技术，是助力“互联网+”“中国制造2025”等国家战略落地，促进我国经济“高质量发展”的重要基础，蕴含着广阔的市场潜力。
近年来，低功耗广域（LPWA）物联网技术逐渐成为产业关注的焦点。目前传统2G/3G/4G技术用于物联网会带来连接少、功耗大、成本高等问题，而NB-IoT是专门为物联网优化设计的移动通信技术，具有多连接、低功耗、低成本以及强覆盖的优势，已经成为LPWA的主流技术，也是5G三大应用场景之海量连接的基础技术。NB-IoT技术和产业规模发展也将有效克服传统物联网碎片化和难以规模应用的问题，助力物联网应用的快速普及。
在国家创新驱动发展战略引领下，我国物联网产业界抓住新一轮信息革命的重大机遇，大力推动物联网技术发展和产业应用。我于2016年8月23日来到江西省鹰潭市任职，顺势大力实施“智慧新城”行动计划，提出“用新理念引领、用新技术支撑，带来产业发展新业态、政府管理新手段、百姓生活新体验”，大力推进国家NB-IoT业务应用试点城市建设。目前，鹰潭市已经成为全国NB-IoT创新应用先行城市，无论是在网络建设和覆盖，还是在公共服务平台搭建、产业培育，以及应用创新方面都走在了全国乃至世界的前列。
在NB-IoT技术标准化和产业化过程中，我国公司发挥了核心作用。目前我国三大运营商均已启动了NB-IoT网络的规模商用，新型物联网技术将带领各行各业进入创新活跃期。中国移动作为全球最大的移动运营商之一，在NB-IoT标准制定、产业推进、测试验证、应用推广等方面扮演了重要角色，为NB-IoT端到端产业的成熟做出了突出贡献，他们将研究和部署NB-IoT过程中积累的经验撰写成书，有助于整个产业更深入地理解NB-IoT的技术特性，为NB-IoT的应用开发带来了有益的参考。因此，本书的面世可谓适逢其会。
曹淑敏
北京航空航天大学党委书记
近年来，低功耗广域（LPWA）物联网技术逐渐成为产业关注的焦点。目前传统2G/3G/4G技术用于物联网会带来连接少、功耗大、成本高等问题，而NB-IoT是专门为物联网优化设计的移动通信技术，具有多连接、低功耗、低成本以及强覆盖的优势，已经成为LPWA的主流技术，也是5G三大应用场景之海量连接的基础技术。NB-IoT技术和产业规模发展也将有效克服传统物联网碎片化和难以规模应用的问题，助力物联网应用的快速普及。
在国家创新驱动发展战略引领下，我国物联网产业界抓住新一轮信息革命的重大机遇，大力推动物联网技术发展和产业应用。我于2016年8月23日来到江西省鹰潭市任职，顺势大力实施“智慧新城”行动计划，提出“用新理念引领、用新技术支撑，带来产业发展新业态、政府管理新手段、百姓生活新体验”，大力推进国家NB-IoT业务应用试点城市建设。目前，鹰潭市已经成为全国NB-IoT创新应用先行城市，无论是在网络建设和覆盖，还是在公共服务平台搭建、产业培育，以及应用创新方面都走在了全国乃至世界的前列。
在NB-IoT技术标准化和产业化过程中，我国公司发挥了核心作用。目前我国三大运营商均已启动了NB-IoT网络的规模商用，新型物联网技术将带领各行各业进入创新活跃期。中国移动作为全球最大的移动运营商之一，在NB-IoT标准制定、产业推进、测试验证、应用推广等方面扮演了重要角色，为NB-IoT端到端产业的成熟做出了突出贡献，他们将研究和部署NB-IoT过程中积累的经验撰写成书，有助于整个产业更深入地理解NB-IoT的技术特性，为NB-IoT的应用开发带来了有益的参考。因此，本书的面世可谓适逢其会。
曹淑敏
北京航空航天大学党委书记
媒体评论
未来将是一个万物互联的时代，以NB-IoT为代表的移动物联网技术，以其广覆盖、大连接、低功耗等特点，逐渐成为实现海量连接、万物互联的主要技术手段，对于促进经济社会数字化、网络化、智能化发展具有重要意义。本书从关键技术、应用案例、开发部署等层面对NB-IoT进行了全方位介绍，不仅可供通信专业人员参考学习，也适合其他行业从业者及普通读者走近NB-IoT、并基于NB-IoT技术提出更多创新应用。
——工业和信息化部信息通信发展司司长 闻库
NB-IoT技术具有广覆盖、大连接、低功耗和低成本的特点，为物联网的规模发展奠定了基础。本书深入浅出地解析了NB-IoT的四大特性，对关键技术进行了详细探讨，配合应用案例为读者全面了解NB-IoT技术提供了非常有价值的参考。
——中国工程院院士、中国互联网协会理事长 邬贺铨
在跨行业融合创新的浪潮中，移动物联网技术发挥了桥梁和纽带作用。移动通信技术研发人员和从事行业应用推广的人员需要增进相互了解，本书对促进通信技术和垂直行业的融合提供了重要参考。
——北京邮电大学教授 网络与交换技术国家重点实验室主任 张平
——工业和信息化部信息通信发展司司长 闻库
NB-IoT技术具有广覆盖、大连接、低功耗和低成本的特点，为物联网的规模发展奠定了基础。本书深入浅出地解析了NB-IoT的四大特性，对关键技术进行了详细探讨，配合应用案例为读者全面了解NB-IoT技术提供了非常有价值的参考。
——中国工程院院士、中国互联网协会理事长 邬贺铨
在跨行业融合创新的浪潮中，移动物联网技术发挥了桥梁和纽带作用。移动通信技术研发人员和从事行业应用推广的人员需要增进相互了解，本书对促进通信技术和垂直行业的融合提供了重要参考。
——北京邮电大学教授 网络与交换技术国家重点实验室主任 张平
