NB-IoT和GSM概述

目录

一、NB-IoT

1、概念

2、所在频段

3、特点：

4、通信协议

5、NBIOT的应用场景

二、GSM

1、概念

2、频段

3、特点

4、GPRS和GSM的关系

三、NB-IoT 和GSM比较

1、覆盖广

2、海量连接

3、低功耗

4、 移动性做了简化

5、半双工模式

6、NB-IOT不足

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一、NB-IoT

1、概念

NB-IoT是指窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)技术，是一种低功耗广域(LPWA)网络技术标准，基于蜂窝技术，用于连接使用无线蜂窝网络的各种智能传感器和设备，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。

NB-IoT技术可以理解为是LTE技术的“简化版”，NB-IoT网络是基于现有LTE网络进行改造得来的。

LTE网络为“人”服务，为手机服务，为消费互联网服务；而NB-IoT网络为“物”服务，为物联网终端服务，为产业互联网(物联网)服务。

NB-IoT使用License频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，与现有网络共存，以降低部署成本、实现平滑升级。

窄带：将网络接入速度为64Kbps(最大下载速度为8KB/S)及其以下的网络接入方式称为“窄带”，相对于宽带而言窄带的缺点是接入速度慢。

2、所在频段

3、特点：

低功耗

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

低成本

NB-IoT是基于LTE网络的技术，所以在现网LTE网络的基础上进行改造，就可以很快组网，很快扩大覆盖。目前各大运营商仍在大力推动LTE网络建设，也有利于NB-IoT的覆盖改善。

强连接

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。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。在一个不太大的空间，放置更多设备而互相又不会有干扰，NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

广覆盖

NB-IoT室内覆盖能力强，比LTE提升20dB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

4、通信协议

NB-IoT是一种通信技术，使用NB-IoT网络和物联网平台进行通信的设备一般还要遵守某种通信协议，相当于两个人打电话，声音通过电波传播，但这两个人使用的语言必须是对方能理解的语言通话才能成立。

当前NB-IoT设备和物联网平台通信的主流通信协议是CoAP和LWM2M协议。

由于大部分物联网设备都是资源受限型设备，它们的物理资源和网络资源都非常有限，直接使用现有的TCP和HTTP协议进行通信对它们来说要求实在是太高了。为此，CoAP（Constrained Application Protocol，受限制的应用协议）被设计出来了，它运行于UDP协议之上，它最大的特点就是小巧，最小的数据包仅4字节。CoAP是一个完整的二进制应用层协议，它借鉴了HTTP协议的设计并简化了协议包格式，降低了开发者的学习成本。

LWM2M（Lightweight Machine-To-Machine，轻量级M2M）协议是由由OMA（Open Mobile Alliance）提出并定义的基于CoAP协议的物联网通信协议。LWM2M协议在CoAP协议的基础上定义了接口、对象等规范，使得物联网设备和物联网平台之间的通信更加简洁和规范。

5、NBIOT的应用场景

1.公共事业：智能水表、智能水务、智能气表、智能热表。

2.智慧城市：智能停车、智能路灯、智能垃圾桶、智能窖井盖。

3.消费电子：独立可穿戴设备、智能自行车、慢病管理系统、老人小孩管理。

4.设备管理：设备状态监控、白色家电管理、大型公共基础设施、管道管廊安全监控。

5.智能建筑：环境报警系统、中央空调监管、电梯物联网、人防空间覆盖。

6.指挥物流：冷链物流、集装箱跟踪、固定资产跟踪、金融资产跟踪。

7.农业与环境：农业物联网、畜牧业养殖、空气实时监控、水质实时监控。

8.其他应用：移动支付、智慧社区、智能家居、文物保护。

二、GSM

1、概念

全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications) ，缩写为GSM，由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。由于GSM相对模拟移动通讯技术是第二代移动通信技术，所以简称2G。

2、频段

GSM系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900：1900MHz等几个频段
最初国家分配给模拟移动通信网的频段为[885-905，930-950]，共20M；移动GSM900频段为[905-909，950-954]，共4M；移动GSM1800频段为[1710-1720，1805-1815]，共10M；联通GSM900频段为[909-915，954-960]，共6M；联通GSM1800频段为[1745-1755，1840-1850]，共10M；后来模拟撤网，移动"理所当然"地将原模拟网的20M频率资源转为GSM900频率，这样移动GSM共使用频率资源34M，联通使用了16M。

中国移动获得的频段是1880-1900MHz和2010-2025MHz；
中国电信获得的频段是1920-1935MHz和2110-2125MHz；
中国联通获得的频段是1940-1955MHz和2130-2145MHz。

3、特点

（1）频谱效率
由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。
（2）容量
由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频 复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量 效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。
（3）话音质量
鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。
（4）开放的接口
GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中各设备实体之间，例如A接口和Abis接口。
(5)安全性
通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。
(6)与ISDN、PSTN等的互连。
与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。
在SIM卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。全球移动通信系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。

4、GPRS和GSM的关系

GPRS是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式

GPRS是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式，与原有的GSM比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势：GPRS可以更有效的利用无线网络信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输；GPRS支持的数据传输的速率更高，理论峰值达115kbps；GPRS计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费；GPRS还能支持用户在进行数据传输的同时进行语音通话等等

三、NB-IoT 和GSM比较

1、覆盖广

相比传统GSM，一个基站可以提供10倍的面积覆盖

一个NB-IOT基站可以覆盖10km的范围，小县城一个基站就可以覆盖了。同时

NB-IoT比LTE和GPRS基站提升了20dB的增益，能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方，在地下是不可能有信号打电话的，但NB-IOT仍然可以通信！

2、海量连接

200KHz的频率可以提供10万个联接

提供的连接越多，那基站就建的少，基站建的少，那就省钱！一老师同时教200个学生，另外一个老师就能带20个学生，这样在同样带1000个学生的前提下，带200个学生的老师只雇佣5个就可以，后面那样的老师就要雇佣50个。

3、低功耗

使用AA电池（5号电池）便可以工作十年，无需充电

10年不需充电！你不是在骗我吧？我的手机可是每天都要充电的！NB-IoT引入了eDRX省电技术和PSM省电模式，进一步降低了功耗，延长了电池使用时间。在PSM模式下，终端仍旧注册在网，但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。eDRX省电技术进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动，相对于PSM，大幅度提升了下行可达性。

什么是eDRX

DRX(Discontinuous Reception)，即不连续接收。eDRX是扩展不连续接收。

eDRX/PSM功耗示例

如图所示，DRX的是不连续的去接受信号，大部分时间休息。举个例子，连续接收就是一个保安一天24小时不能离开工作岗位，眼睛要认真的瞪着门口看有没有异常发生。不连续接收是保安一个小时只花十分钟去看门，其他时间喝茶休息。

PSM（Power Saving Mode），即省电模式。很多物联网终端大部分时间是没有事情可以做的，抄表发一个表字就完了，干完活就可以睡大觉了。设备进入休眠状态。

总结一下，NB-IOT的省电就像一个保安工作一个小时内要休息喝茶50分钟，就这样一天才工作3小时，其他时间都在睡觉。

4、 移动性做了简化

不像我们手机，经常是在汽车上，高铁上，在高铁上打电话信号不好，是因为速度太快手机在不停的切换基站，就像接力比赛一样，接力棒接好了通话正常，接力棒丢了，通话断断续续甚至掉线。

对于物联网终端使用NB-IOT大部分场景是静止的，如智能抄表，这样可以降低协议的复杂度，同时降低模块成本。

5、半双工模式

就是我说话的是你必须听着，绝对不能插嘴！反之亦然。

6、NB-IOT不足

1 部署频率是授权的，必须由运营商来部署！想自己搭建一个？在目前看来还是不行。看来想一次性投资，后面不再交钱这条路行不通。

2 模块现在成本还是高（相对于成熟的GPRS模块，wifi模块）这个应该会随着使用量的增大而慢慢降低。