隨著科學技術的不斷進步，物聯(lián)網(wǎng)在生活中的應用越來越廣泛，萬物互聯(lián)時代，智慧城市是未來城市的發(fā)展模樣，與物聯(lián)網(wǎng)相關的技術很多，眼花繚亂中什么樣的技術代表了未來智慧城市的應用趨向？或許本文可以幫助你探尋一些答案。文章科學嚴謹?shù)貜膶I(yè)性角度分析了NB-loT技術應用于智慧城市的優(yōu)勢，也提出了一些目前其發(fā)展面臨的困境與挑戰(zhàn)。
NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）技術是物聯(lián)網(wǎng)領域的一種新興技術, 它構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡，具有支持海量連接、深度覆蓋、低功耗等顯著優(yōu)點。智慧城市就是把城市中的電表、水表、路燈、停車位、井蓋、垃圾桶等公共基礎設施通過網(wǎng)絡互聯(lián)互通，實現(xiàn)市政、交通、電力等領域的智慧式管理和運行。物聯(lián)網(wǎng)技術是智慧城市建設的基石，在眾多物聯(lián)網(wǎng)技術中，NB-IoT技術與生俱來的優(yōu)勢使其非常適合于傳感、計量、監(jiān)控等智慧城市基礎設施建設，有望支撐智能井蓋、智慧路燈、智能垃圾桶等多個智慧城市應用場景。
一、NB-IoT技術為智慧城市建設提供關鍵支撐
智慧城市的互聯(lián)互通都是基于一些數(shù)據(jù)量極?。╧b級）的基礎設施，如井蓋、水電表、垃圾桶等，因而對具有明確指標要求的低速率廣域物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求旺盛，目前廣泛商用的2G/3G/4G及其他無線技術都無法滿足這些挑戰(zhàn)。NB-IoT技術采用超窄帶（180kHz）設計，犧牲速率和時延性能，以換取更強大的物聯(lián)網(wǎng)承載能力，是物聯(lián)網(wǎng)技術的重大突破，填補了此前無法長距離、大規(guī)模、廣泛部署的技術空白，為智慧城市建設提供了全新的技術支撐。
（一）深度覆蓋，夯實智慧城市建設基礎
NB-IoT技術擁有更強的覆蓋能力，在同樣的頻段下，比現(xiàn)有網(wǎng)絡技術提升20dB增益，相當于覆蓋能力提升100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。在智慧城市建設中，智慧城市基礎設施建設是一項基礎性、關鍵性、支撐性的工作，需要對包括表具（水、電、氣）、井蓋、車庫、橋梁等大量基礎設施進行智能化監(jiān)控。市政公用設施的搭建大規(guī)模集中在地下工程，井蓋的增加不可避免，如無法及時準確的獲取井蓋狀態(tài)信息，將有可能對人們的生命和財產(chǎn)造成極大的損失。NB-IoT技術的深度覆蓋特性能有效擴大智能監(jiān)控系統(tǒng)的覆蓋范圍，消除覆蓋死角，及時準確的獲取這些公共基礎設施的狀態(tài)信息。在 2016年世界移動大會·上海站上，中興通訊和中國移動聯(lián)合展示了一款加裝NB-IoT模塊的智能井蓋，使用NB-IoT模塊對井蓋狀態(tài)進行全方位監(jiān)管，在井蓋被打開、移位或者被破壞時，可實現(xiàn)及時告警，排除安全隱患，避免人員傷害與財產(chǎn)損失。2017年6月，中興物聯(lián)的NB-IoT智慧井蓋方案在鷹潭測試成功進行，順利完成了智能井蓋終端與商用網(wǎng)絡側(cè)設備的聯(lián)合業(yè)務測試，NB-IoT技術在網(wǎng)絡兼容性和業(yè)務穩(wěn)定性方面均得到了檢驗。
（二）超低功耗，助力智慧城市可持續(xù)發(fā)展
NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、低速率應用，設備功耗可以做到非常低，終端模塊的待機時間可長達十年。大力推進智慧城市建設要以可持續(xù)發(fā)展為理念，注重資源的高效低耗和生態(tài)環(huán)境保護優(yōu)先原則。NB-IoT技術的超低功耗特性，一方面使得終端設備不需要頻繁更換電池，避免了電池的大量生產(chǎn)和更換對環(huán)境造成的污染；另一方面，可以應用在如智能垃圾桶這一類數(shù)量多、分布廣、地區(qū)偏遠、更換電池困難的生態(tài)城市建設項目上，支撐整個智慧城市更好的運作。采用NB-IoT技術實現(xiàn)垃圾桶的網(wǎng)絡化管理和智能化控制，可有效提高環(huán)衛(wèi)資源使用效率，提升運營監(jiān)管工作質(zhì)量，同時避免桶內(nèi)垃圾堆積處理不及時對城市造成的二次污染。在2016年巴塞羅那通信展期間，華為展示了基于NB-IoT的智能垃圾桶解決方案，通過在垃圾桶內(nèi)嵌入NB-IoT無線芯片的聲波傳感器，判斷垃圾箱是否已滿。并通過NB-IoT無線網(wǎng)絡將狀態(tài)信息上報給管理服務器，服務器根據(jù)上報信息為垃圾車規(guī)劃最優(yōu)路徑，此舉可將垃圾清運車的調(diào)度效率提升1倍以上，提升回收效率，降低成本的同時能夠及時清理垃圾，保持城市清潔。
（三）海量連接，滿足智慧城市萬物互聯(lián)需求
NB-IoT技術具備支撐海量連接的能力，在使用同一基站的情況下，NB-IoT技術可以比現(xiàn)有無線技術提高50-100倍的接入數(shù)，單個基站小區(qū)可支持5萬個NB-IoT終端接入，可以輕松滿足未來智慧城市中大量設備聯(lián)網(wǎng)需求。在水資源短缺、水污染加劇的情況下，供水安全、高質(zhì)量服務壓力日增，水資源管理成為城市智能化管理的重要組成部分。NB-IoT技術的海量連接特性能夠?qū)崿F(xiàn)大量智能水表可集中抄讀，還可以提供智能收費等管理和服務，解決機械水表人工抄讀效率低、抄錄數(shù)據(jù)誤差大等問題。2016年12月，全國首個NB-IoT水務試點項目在福州啟動，將使原本繁雜的人工抄表轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線自動抄表，傳統(tǒng)使用GPRS作為水表發(fā)送數(shù)據(jù)的手段，一個基站只能同時負載幾百個水表，而采用NB-IoT在水表中安裝傳感器，支持水表數(shù)據(jù)的自動收集，一個基站可同時并發(fā)5萬個水表數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的客觀準確性。2017年6月，福州智慧水務項目宣布正式啟動規(guī)模商用部署，福州市自來水有限公司將分批次采購30萬臺NB-IoT智能水表，到2018年底，在福州市區(qū)900多個小區(qū)完成更換，這也是全球最大規(guī)模的NB-IoT商用項目。
二、 NB-IoT技術應用于智慧城市場景面臨的挑戰(zhàn)
（一）芯片自主創(chuàng)新能力有待加強
芯片在整個NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈中處于核心地位，芯片尺寸雖小，但低功耗要求設計非常復雜。為滿足兩節(jié)干電池工作十年的能耗指標，NB-IoT芯片既要采用休眠喚醒模式，又要做到全面的蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋，這無疑大大增加了技術難度。目前，NB-IoT的芯片研發(fā)都集中在高通、英特爾等國外廠商巨頭，我國在芯片的研發(fā)生產(chǎn)方面普遍競爭力不足，在技術力量、創(chuàng)新能力等方面均有所欠缺，到目前為止，只有華為一家具備 NB-IoT芯片量產(chǎn)能力。再加上芯片設計周期長、風險高等因素，國內(nèi)企業(yè)多施行“拿來主義”，寧可支付高昂的進口芯片費用，而不愿意投資研發(fā)設計，甚至加碼芯片解密技術來迂回解決創(chuàng)新難題。過度依賴進口不僅制約了國內(nèi)芯片行業(yè)本身的發(fā)展，阻礙NB-IoT技術的推廣，也會大幅降低整條產(chǎn)業(yè)鏈的安全可控性。
（二）數(shù)據(jù)傳輸面臨潛在安全隱患
在萬物互聯(lián)時代，NB-IoT技術支撐的智慧城市建設可以實現(xiàn)信息資源的高度集中和共享，這就不可避免的會暴露出數(shù)據(jù)安全隱患。大量智能終端的廣泛應用，造成攻擊手段更加多樣化和智能化，進一步加大了信息安全保障體系防護的難度。當海量終端設備通過NB-IoT網(wǎng)絡進行信息交互時，可能會存在外部用戶的惡意攻擊和竊聽行為，破壞數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴２⑶译S著惡意攻擊行為的增加，網(wǎng)絡信息重傳次數(shù)也隨之增加，從而加重NB-IoT網(wǎng)絡的通信負擔，甚至可能會導致網(wǎng)絡癱瘓。2016年10月，黑客通過互聯(lián)網(wǎng)控制了美國大量的網(wǎng)絡攝像頭和相關的 DVR 錄像機，然后操縱這些設備攻擊美國的多個知名網(wǎng)站，如Twitter、Paypal、Reddit等，美國公共服務、社交平臺、民眾網(wǎng)絡服務器等都遭到前所未有的嚴重攻擊，半個美國的網(wǎng)絡幾乎陷入癱瘓。
（三）現(xiàn)有商業(yè)模式尚不成熟
在智慧城市建設中，NB-IoT技術聚焦的是低速率的物聯(lián)網(wǎng)應用場景，當NB-IoT得到廣泛部署后，連接終端數(shù)量會大幅提升，但作為接入終端的水表、路燈、井蓋等城市基礎設施對流量的需求非常低，平均一年使用的數(shù)據(jù)總量也不會超過5MB，故終端直接帶來的連接收入并不高，未來NB-IoT的每用戶平均收入（ARPU）將遠低于2G/3G/4G網(wǎng)絡。以高價值抄表業(yè)務為例，此前，2G網(wǎng)絡提供抄表業(yè)務收費約5元/月，但NB-IoT提供的抄表業(yè)務收費低于1元/月，未來還會進一步下降低。據(jù)中國聯(lián)通研究院分析，未來通過NB-IoT網(wǎng)絡接入終端的ARPU值僅為1-2元甚至更低，而3G/4G網(wǎng)絡終端平均ARPU值將達到NB-IoT終端的20-50倍。雖然NB-IoT未來帶來的聯(lián)接數(shù)量可能達到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的70%，但只能貢獻10%的收入，過于單一的傳統(tǒng)流量計費模式將無法保障運營商的盈利能力，現(xiàn)階段也沒有成熟商業(yè)模式借鑒，運營商需要聯(lián)合第三方機構(gòu)一起盡快研究探索流量經(jīng)營之外的商業(yè)模式。
三、加快發(fā)展NB-IoT技術的措施建議
一是加大芯片等核心部件的研發(fā)力度。
加大資金投入，建設一批具有國際影響的NB-IoT技術創(chuàng)新中心，強化NB-IoT核心部件（如芯片、模組等）的研發(fā)和技術標準的制定，重點推進關鍵核心技術標準成為國際標準，打破科技成果轉(zhuǎn)化壁壘，構(gòu)建自主知識產(chǎn)權體系；持續(xù)提升產(chǎn)業(yè)配套能力，扶持本土企業(yè)在NB-IoT專用芯片、模組、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備、應用軟件和服務平臺等產(chǎn)品研發(fā)，加強產(chǎn)業(yè)鏈上下游各環(huán)節(jié)協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建貫穿NB-IoT產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，提供滿足市場需要的多樣化產(chǎn)品和應用系統(tǒng)。
二是探索多元化的商業(yè)模式。
NB-IoT涉及的行業(yè)眾多，運營商需要明確目標受眾，提供精品化、差異化的物聯(lián)網(wǎng)服務，打造按終端產(chǎn)品生命周期計費等多元化運營模式。運營商在已有的QoS服務質(zhì)量保證、網(wǎng)絡安全、電信級計費、大數(shù)據(jù)服務等領域繼續(xù)保持行業(yè)優(yōu)勢，NB-IoT網(wǎng)絡可以讓運營商提升物聯(lián)網(wǎng)領域的業(yè)務服務能力，包括云服務提供、海量客戶管理、物聯(lián)網(wǎng)實名認證、系統(tǒng)總包集成、大客戶高端定制服務等方面，提供更加多樣化的盈利渠道。
三是充分發(fā)揮科技社團的第三方支撐作用。
組織建立NB-IoT技術應用于智慧城市場景的專家團隊，探索制定技術發(fā)展路線圖，提出場景應用指導方案；引導NB-IoT技術及服務提供商與共享經(jīng)濟企業(yè)深入對接，打造產(chǎn)用對接平臺，促進NB-IoT新技術、新成果的快速轉(zhuǎn)化應用；成立區(qū)域性NB-IoT產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟，加強區(qū)域間交流合作、資源和要素對接，促進各地優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展，打造區(qū)域品牌特色，并以此為基礎向各產(chǎn)業(yè)以及省內(nèi)外周邊地區(qū)進行延伸和輻射。
四是加快建立健全NB-IoT技術應用的監(jiān)管體系。
加快制定并出臺NB-IoT技術相關的法律法規(guī)，保證NB-IoT技術產(chǎn)品依法正常有序發(fā)展；加快NB-IoT基礎技術研發(fā)，通過技術進步在底層協(xié)議中加入有效合理的監(jiān)管審核機制，加強NB-IoT在垂直應用領域中的技術監(jiān)管；建立面向城市網(wǎng)絡空間安全的監(jiān)測預警和應急響應基礎平臺，實現(xiàn)城域網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知、監(jiān)測預警、應急處置和災后恢復的一體化運作，力爭從管理體制、信息規(guī)劃、資源整合、項目管理、信息安全、保障機制等方面進一步規(guī)范NB-IoT技術的應用。
