华为NBlot物联网学习内

基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）俨然已成为万物互联网络的一个重要分支，作为 IoT 领一个新兴的技术，NB-IoT 构建于蜂窝网络，只消耗大约 180KHz 的带宽，可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT 支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWA)，支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说 NB-IoT 设备电池寿命可以提高至至少 10 年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

一、NB-IoT 的前景与优势

移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的 4G 网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee 等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为 LTE 的演进型技术，4.5G 除了具有高达 1Gbps 的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量 M2M 连接以及更低时延，将助推高清视频、VoLTE 以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。

对于电信运营商而言，车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生海量连接，远远超过人与人之间的通信需求。

NB-IoT 具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT 一个扇区能够支持 10 万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT 终端模块的待机时间可长达 10 年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过 5 美元。

NB-IoT 聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IoT 使用 License 频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。

因为 NB-IoT 自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP 标准的首个版本预计在今年 6 月发布，到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。

二、NB-IoT 的需求与发展

随着智能城市、大数据时代的来临，无线通信将实现万物连接。很多企业预计未来全球物联网连接数将是千亿级的时代。目前已经出现了大量物与物的联接， 然而这些联接大多通过蓝牙、Wi-Fi 等短距通信技术承载，但非运营商移动网络。为了满足不同物联网业务需求，根据物联网业务特征和移动通信网络特点，3GPP 根据窄带业务应用场景开展了增强移动通信网络功能的技术研究以适应蓬勃发展的物联网业务需求。

我们正进入万物互联(IoT)的时代，这对于整个移动通信产业来说是一个巨大的机会。无论是运营商大咖，还是设备商巨头，都在展示各自的物联网解决方案和在不同垂直行业的应用。

当然，实现这一切的基础，是要有无处不在的网络联接。运营商的网络是全球覆盖最为广泛的网络，因此在接入能力上有独特的优势。然而，一个不容忽视的现实情况是，真正承载到移动网络上的物与物联接只占到联接总数的 10%，大部分的物与物联接通过蓝牙、Wi-Fi 等技术来承载。

为此，产业链从几年前就开始研究利用窄带 LTE 技术来承载 IoT 联接。历经几次更名和技术演进，2015 年 9 月，3GPP 正式将这一技术命名为 NB-IoT。MWC2016 上，NB-IoT 首次亮相，受到瞩目，运营商和设备商纷纷为其站台和背书。

从技术层面上来讲，NB-IoT 有 4 大技术优势。首先是覆盖广，相比传统 GSM，一个基站可以提供 10 倍的面积覆盖;其次是海量连接，200KHz 的带宽可以提供 10 万个联接;第三是低功耗，使用 AA 电池便可以工作十年，无需充电；第四是低成本，模组成本小于 5 美金。

据了解，NB-IoT 可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。随着 3GPP 标准的首个版本在 6 月份发布，将有一批测试网络和小规模商用网络出现。NB-IoT 将在多个低功耗广域网技术中脱颖而出。

此外，越来越多的行业已经在使用物联网技术提高效率，提升客户满意度并降低运营成本。例如，汽车零部件、家用电器及安全系统制造商博世已经将很多产品线连接起来，并从移动互联技术，尤其是车联网领域的崛起中直接获益。

在医疗领域，飞利浦已经开发了多款电子医疗应用，包括一款供慢性病患者使用的贴片。该贴片使用传感器实时收集患者健康数据，并传输到云平台，医护人员可以对数据进行监控，并适时采取医疗干预措施。

飞利浦数字加速器项目主管 Alberto Prado 指出，设备和系统的互操作性是数字医疗行业崛起的关键。随着协作护理模式日益盛行，未来的医疗必然将整合所有资源，并以主动预防为主。

为了迎接物联网领域的巨大机遇，整个产业不仅需要推动技术创新，还需要推动商业模式创新和跨行业协作。由于用例、应用和商业模式纷繁多样，物联网市场将比移动市场更加碎片化。

1.华为NBIOT物联网技术学习全介绍

    1.1.华为NBIOT物联网系列课程路线图

    1.2.物联网的深度理解和最新动态

        1.2.1、到底什么是物联网
            (1)概念：物联网是物与物相连的网络

            (2)价值：物联网技术让“物”更智能，生活更舒适，生产效率更高，更节能环保

        1.2.2、NBIOT和物联网的关系
            (1)NBIOT是一种基于蜂窝网络技术的LPWAN通信技术，特点是：广覆盖、低速率、低功耗
            (2)NBIOT本质是一种联网技术，而联网技术是物联网的基础和重要环节
            (3)物联网很宽泛，场景和需求差异很大。NBIOT物联网只是整个物联网的一部分。

            (4)NBIOT物联网是整个物联网当前最热门、最有可能实现突破的部分。

        1.2.3、物联网的最新动态
            (1)智能家居、医疗等与人生活最贴近的场景进步艰难。
            (2)公共事业和产业物联网是近年来的热点，突破机会很大。
            (3)华为掌握NBIOT大量核心专利，中国政府力推NBIOT技术。
            (4)NBIOT脱胎于2G网络，实际可以看做是2G网络的升级版，因此有很好的市场基础。
            (5)中国电信在2G时代积累的频谱优势在nbiot时代有天然优势，因此发展也最快。
            (6)移动联通也在积极发展nbiot，但目前较电信网络部署仍有较大差距。

    1.3.半小时了解NBIOT技术全貌

            1.3.1、当前主流物联网联网技术
            技术： 带宽 覆盖 功耗 应用业务领域
            (1)4G >10Mbps 广域 高 车联网、视频监控、智能机器
            (2)WIFI >10Mbps 局域 高 智能家居家电
            (3)GPRS <1Mbps         广域 较低         穿戴、三表、电子广告牌等
            (4)NBIOT <100kbps         广域 低 三表、城市设施、畜牧、农业

            1.3.2、

                    参考《HCNA-IoT华为认证物联网工程师教材V1.0》

                    15 HCIOTA2F NB-IoT标准及解决方案介绍 ISSUE 1.00

    1.5.华为物联网体系全介绍

            1.5.1、PSM和eDRX的补充说明
            (1)这是2种省电策略，各自适合不同的场景，相对来说PSM会更省电些
            (2)PSM适合偏重上报的场景，如烟感探头、三表等；PSM会导致下行数据严重不及时

            (3)eDRX适合上行加下行的场景，一定程度上下行数据可以“实时”接收

            1.5.2、华为官网NBIOT相关资源介绍
            华为企业业务：
            http://e.huawei.com/cn

            华为认证之职业认证：
            http://support.huawei.com/learning/NavigationAction!createNavi?navId=_31&lang=zh

            华为开发者中心：
            http://developer.huawei.com/ict/cn

            华为开发者社区-论坛：
            http://developer.huawei.com/ict/forum/forum.html

            华为开发者测试平台：
            https://218.4.33.72:8093

2.NB476开发板核心技术详解

2.3、
(1)专为nbiot物联网学习而生（如果是企业开发客户，建议NBNano）
(2)硬件和软件均按照低功耗标准
(3)插接式多传感器拓展，方便、多功能、节省
(4)多种套餐设计，一板多用
(5)配套大量软件资源（尤其是LiteOS相关资源）、课程资源、项目资源
(6)主芯片选择STM32L476RGT6，LQFP64封装，采用HAL库开发，便于根据实际情况移植

2.4、
2.4.1、MOS关断电路-硬件低功耗设计
2.4.2、蜂鸣器、LED、按键
2.4.3、SPIFlash
2.4.4、光敏传感器
2.4.5、TFCard

2.5、
2.5.1、NBIOT模块
2.5.2、LPUART
2.5.3、调试接口和用户扩展接口

2.6、
2.6.1、OLED12864显示屏
2.6.2、DHT11温湿度传感器
2.6.3、GPS模块
2.6.4、MAX30102心率传感器
2.6.5、MPU6050六轴传感器

2.7、入手玩转NB476开发板

 1、准备工作
(1)主板及供电确认
(2)STLINK及杜邦线（当然JLINK或DAPLink亦可）
(3)隔离USB转串口线
(4)各传感器模块

2.8、NBIOT模块的玩法路线

1、NBIOT模块开发基础知识
(1)模块内部有SoC和程序运行，处理基带通信和协议等
(2)模块对外提供AT指令操作接口，物理层基于TTL串口
(3)原则上外部TTL串口设备均可玩转NBIOT模块，不一定非要单片机
2.8.2、NBIOT模块学习方式
(1)用隔离USB转串口直接对接NBM01模块，在PC端串口助手软件中学习AT指令集
(2)用隔离USB转串口直接对接NBM01模块，学习云平台对接知识和技巧
(3)用NB476开发板接NBM01模块，调试整机业务功能
2.8.3、拓展和持续学习
(1)课程中会讲解和演示电信平台的账号注册方法和操作方法
(2)课程中会讲解和演示华为OC平台的账号注册方法和操作方法
(3)移动和联通平台暂未商用，不做讲解，后续根据情况再补充

3.NBIOT物联网云管端全系统开发模式

    3.1、物联网的4层开发模式详解--端侧开发

        3.1.1、电信平台业务对接指导书中的描述

        3.1.2、HCNA-IoT教程438页中的描述

    3.2、NBIOT接入电信云常见疑问及解答--物联云平台开发

        (1)为什么建议 NB-IoT 客户接入电信平台
        (2)物联网开放平台是否会保留应用数据，侵犯数据隐私
        (3)接入电信平台是否就不接客户自有应用了
        (4)平台是否只支持 CoAP 协议，不支持 UDP 协议接入
        (5)高通芯片的模组是否可接入物联网开放平台
        (6)接入平台是否和物联网碎片化、 自主化发展趋势违背
        (7)电信平台的升级是否会存在兼容性问题
        (8)接入电信平台对客户有多大工作量

    3.3、电信NB卡计费标准和细节--北向应用开发

            参考：http://www.riswing.com/index.php/new/index/g/c/id/43.html

4.NBIOT模块原理和编程实战

     4.1、NBLOT模块背景知识

            4.1.1.为什么会有模块这么个东西？

                    （1）模块：module（模组），是一个封装起来的硬件功能  

     4.2、移远BC95模组介绍

                    （1）查看移远的BC95资料，资料手册

                    （2）硬件NB-Lot模组和usb串口调试工具连接后打开串口软件助手学习AT指令。

     4.3.1、实验开始前注意事项
                    (1)默认波特率9600
                    (2)流控要关掉
                    (3)串口助手发送和接收要设置为文本格式，不是十六进制

                    (4)NB卡要装入模块，注意方向别反了

    4.3.2、AT指令格式
                    (1)AT+=? 测试命令，用于向模块询问支持的设置项目
                    (2)AT+? 读取命令，用来让模块告诉我们某个命令代表的设置项当前的值
                    (3)AT+=p1 设置命令，用来向模块设置某个项目的值
                    (4)AT+ 执行命令，用于让模块执行某个操作

4.3.3、AT指令举例
                    (1)ATI 返回模块厂商和型号版本号等基本信息

                    (2)ATE 打开或者关闭命令回显

4.3.4、总结
                    (1)发送AT指令是文本格式ASCII码，注意要半角字符，大小写都可以但是最好大写

                    (2)每一条AT指令都应该以"\r\n"结尾，在windows下面体现为按一下回车键。

4.4.BC95的AT指令集2
                    (1)AT+CGMI 返回制造商的识别码（制造商的名字）
                    (2)AT+CGMM 返回制造商的型号编码
                    (3)AT+CGMR 返回模块内部固件的各种版本号

                    (4)AT+CGSN=1         返回模块的IMEI

4.5.BC95的AT指令集3
                    (1)AT+CEREG 用来设置模块和网络注册状态、休眠时间等。
                    (2)AT+CSCON 用来设置或描述模块与基站网络之间射频信号连接状态
                    (3)AT+CLAC         列出所有可用的AT指令
                    (4)AT+CSQ         用来测试信号强度（信号强度取决于：基站、位置、NB模块天线）
                    (5)AT+CGPADDR         用来获取基站和核心网分配给NB模块的本次通信的临时外网IP地址

                    (6)AT+COPS 用来设置运营商

4.6.BC95的AT指令集4
                    (1)AT+CGATT 用来设置或检测模块有无连接上基站和核心网
                    (2)AT+CGACT 用来使能或禁止PDP上下文
                    (3)AT+CIMI         用来获取IMSI（国际移动用户识别码）
                    (4)AT+CGDCONT PDP上下文相关，可以不管
                    (5)AT+CFUN 用来设置NB模块内部的射频单元，与自动联网/手动联网有关
                    (6)AT+CMEE 用来打印NB设备端出错信息
                    (7)AT+CCLK         用来返回当前时间
                    (8)AT+CPSMS 用来设置PSM模式相关的参数

                    (9)AT+CEDRXS 用来设置eDRX模式相关的参数

4.7.BC95的AT指令集5
                    (1)AT+CEER         用来打印NB设备端出错扩展信息
                    (2)AT+CEDRXRDP eDRX模式相关的动态参数设置
                    (3)AT+CTZR         用来设置或获取时区信息
                    (4)AT+CIPCA PDP上下文初始化
                    (5)AT+CGAPNRC APN速率控制
                    (6)AT+CSMS 短信服务相关
                    (7)AT+CNMA 与新接收消息通知有关的
                    (8)AT+CMGS NB设备主动向云平台发送信息使用
                    (9)AT+NRB         用来软件方式复位模块
                    (10)AT+NUESTATS 用来返回UE（user equipment，用户设备，就是NB模块）的状态信息
                    (11)AT+NEARFCN 用来设置搜索频率
                    (12)AT+NSOCR 相当于socket函数，让模块内部创建一个socket
                    (13)AT+NSOST 相当于sendto函数，在UDP中进行消息发送
                    (14)AT+NSOSTF 相当于带flag的sendto函数，在UDP中进行消息发送
                    (15)AT+NSORF 相当于recv函数，在UDP中进行消息接收

                    (16)AT+NSOCL 相当于close函数，用来关闭socket接口

4.8.BC95的AT指令集6
                    (1)AT+NSONMI 指示socket收到信息
                    (2)AT+NPING 相当于ping命令，用来测试当前模块和远端网络地址是否接通
                    (3)AT+NBAND 用于设置当前模块的Band，譬如BC95-B5应该被设置为5
                    (4)AT+NLOGLEVEL 用于设置debug log信息的输出level
                    (5)AT+NCONFIG 用来对UE进行配置
                    (6)AT+NATSPEED 用来设置UART的波特率
                    (7)AT+NCCID 用于获取NB卡的唯一编码（ICCID）
                    (8)AT+NFWUPD 用于通过UART来升级模块内部固件
                    (9)AT+NCDP 用于设置CDP，CDP就是电信云的IP地址
                    (10)AT+NMGS 用于向电信云服务器发送信息
                    (11)AT+NMGR 用于接收信息
                    (12)AT+NNMI 模块收到电信云下行的数据后会自动接收提示
                    (13)AT+NSMI 模块向电信云上行数据后来提示
                    (14)AT+NQMGR 向模块查询有无收到电信云下行的数据
                    (15)AT+NQMGS 向模块查询有无发送成功

                    (16)AT+NMSTATUS 查询模块在消息发送接收方面的状态

4.9.BC95的AT指令集总结

                                            4.9.1、常用且需要深刻理解甚至记住的指令
(1)AT+CGSN=1
(2)AT+CSCON
(3)AT+CSQ
(4)AT+CGPADDR
(5)AT+CGATT
(6)AT+CMEE
(7)AT+NRB
(8)AT+NCONFIG 用来对UE进行配置
(9)AT+NCDP 用于设置CDP，CDP就是电信云的IP地址
(10)AT+NMGS 用于向电信云服务器发送信息
(11)AT+NMGR 用于接收信息
(12)AT+NNMI 模块收到电信云下行的数据后会自动接收提示

(13)AT+NSMI 模块向电信云上行数据后来提示

                                                    4.9.2、常用需理解并且知道有这个指令用到时再去查的
(1)AT+CGMI
(2)AT+CGMM
(3)AT+CGMR
(4)AT+CLAC
(5)AT+CIMI
(6)AT+CFUN
(7)AT+CCLK
(8)AT+NUESTATS
(9)AT+NPING
(10)AT+NBAND
(11)AT+NLOGLEVEL
(12)AT+NATSPEED
(13)AT+NCCID
(14)AT+NQMGR

(15)AT+NQMGS

                                                           4.9.3、不常用先不管以后用到再说的
(1)AT+CEREG
(2)AT+COPS
(3)AT+CGACT
(4)AT+CGDCONT
(5)AT+CPSMS
(6)AT+CEDRXS
(7)AT+CEER
(8)AT+CEDRXRDP eDRX模式相关的动态参数设置
(9)AT+CTZR 用来设置或获取时区信息
(10)AT+CIPCA PDP上下文初始化
(11)AT+CGAPNRC APN速率控制
(12)AT+CSMS 短信服务相关
(13)AT+CNMA 与新接收消息通知有关的
(14)AT+CMGS NB设备主动向云平台发送信息使用
(15)AT+NEARFCN 用来设置搜索频率
(16)AT+NSOCR 相当于socket函数，让模块内部创建一个socket
(17)AT+NSOST 相当于sendto函数，在UDP中进行消息发送
(18)AT+NSOSTF 相当于带flag的sendto函数，在UDP中进行消息发送
(19)AT+NSORF 相当于recv函数，在UDP中进行消息接收
(20)AT+NSOCL 相当于close函数，用来关闭socket接口
(21)AT+NSONMI 指示socket收到信息
(22)AT+NFWUPD 用于通过UART来升级模块内部固件
(23)AT+NMSTATUS 查询模块在消息发送接收方面的状态

4.9.4、NB模块使用常见注意事项

(1)模块功能和接线的初步确认：
AT+NRB         复位后收到正确复位信息
AT                 执行后返回OK
(2)模块正常联网并可以准备连接云平台的确认：
AT+CGATT?         返回1就表示模块已经联网
AT+CGPADDR         返回一个10开头的外网IP地址而不是0
(3)模块工作不正常可以考虑的检测手段：
AT+CSQ         查一下信号是否正常
AT+CFUN?         查一下是否等于1
AT+NCONFIG? 查一下AUTOCONNECT是否等于TRUE
AT+NCDP 查一下是否设置了正确的CDP，设置完要记得重启下

IMEI和IMSI的差异：IMEI着重于移动通信的模块设备，IMSI是着重于移动通信的用户

通信有关的专有词汇：

IMEI (International Mobile station Equipment Identity) ，国际移动设备识别码

IMSI是一台手机（一个无线通信的设备，譬如一个装了NB卡的NB模块）的全球唯一识别码

TAU:T3412

MT：mobile teminal，被叫

UE：user equipment，用户设备

MO: Mobile Origination，主叫

GERAN：GSM EDGE Radio Access Network

E-UTRAN：Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，UMTS演进陆地无线接入网，即LTE中的移动通信无线网络

PDN：packet data network，is a network established for the specific purpose of providing data transmission services

APN：In short APN identifies the PDN. APN is used in 3GPP data access networks, e.g. General Packet Radio Service (GPRS)

PDP context：PDP上下文，如果一个用户所申请的连接涉及一个或多个外部PDN（如Internet、X.25等），则在其签约数据中就将包括一个或多个与这些PDN对应的PDP地址。每个PDP地址对应有一个PDP上下文（PDP Context）。每个PDP上下文由PDP状态及相关信息来描述，保存用户面进行隧道转发的所有信息

ETSI：欧洲电信标准化协会()(European Telecommunications Standards Institute)

CDP：Connected Device Platform

5.NBIOT模块连接电信云平台和华为开放实验室

6.物联网常用传感器编程实战

7.LiteOS的移植和使用详解

8.嵌入式物联网低功耗开发专题

9.NBIOT物联网开发实战-智慧农业温湿度管理