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发表于 2020-7-29 14:15:44
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一、NB-IOT概况
万物互联的时代正以极其迅速的脚步走进大家的生活,据估计2020年大约有500亿台设备连接到互联网。而实现万物互联的基础之一在于安全、可靠的数据传输。随着5G技术方案逐渐落地,世界各地巨头支撑的NB-IoT(窄带蜂窝物联网)首当其冲无疑是物联网无比渴望的一个强有力的蜂窝基础网络,市场前景广阔,应用场景丰富。NB-IoT或将成为最热的创客发展方向。
NB-IoT(Narrowband Internet of Thing)采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计,以牺牲一定速率、时延、移动性性能,获取面向LWPA物联网的承载能力。NB-IoT作为一种新的窄带蜂窝通信LPWAN(低功耗广域网)解决方案,将给物联网行业带来巨大的变革与创新。该解决方案具有诸多优势:
覆盖广且深:比GPRS覆盖增强20dB+;
低功耗:基于AA电池,使用寿命可超过10年;
低成本;
强连接:50k+用户容量/200kHz小区。
NB-IoT技术的六大主要应用场景恰恰是现有移动通信很难支撑的场景,包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、农业和畜牧业这些场景。市场研究企业Machina预测,NB-IoT未来将覆盖25%的物联网连接。
二、调研过程
调研所需的NB-IoT模块采购于上海移远通信技术股份有限企业 ,由于大家SIM卡电信合作方较积极,而且企业附近已布置电信NB-IoT基站,故采购了一款适用于电信的模块。
浏览资料发现,NB-IoT当前各运营商支撑的频段主要由以下3中:电信支撑 800MHz(实际上该频段处于 BC95-B5 的 850MHz 频段范围内),移动支撑 900MHz,联通支撑 900MHz 和 1800MHz。要使其与电信的频段相匹配,故用Code Loader User Guide工具更新最新固件BC95HA-02-STD_850。
更新完固件之后,需插上SIM卡,然后写IMEI号,过程如下:先实行 AT+CFUN=0 命令,然后再实行 AT+NTSETID=1,……设置 IMEI 号。设置后实行 AT+CGSN=1 查询是否设置成功。IMEI 号只能设置一次。(IMEI 号获取:模块标签上写的 IMEI )。
BC95 模块从 B656 版本开始增加了扰码(Scrambling)控制功能,此功能可通过 AT 命令进行控制。模块出厂默认开启此功能,此时基站(Base Transceiver Station)也需要开启扰码功能,否则模块搜不到信号,无法连接基站。若关闭扰码功能,此时基站也需要关闭扰码功能,模块才可连接基站。由于不知基站是否开启扰码功能,故在接下来步骤之前,进行了这两种尝试,确定其状态。
接下来的步骤是附着网络,具体过程如下:
The following shows a simple example to manually attach the network.
Neul //Module is powered on, wait for 3 seconds.
OK
AT+CGSN=1 //Query the IMEI number. If only ERROR is returned, you
need to write the IMEI.
+CGSN: 863703030308352
OK
AT+CFUN=1 //Configure the level of functionality in the MT.
OK
AT+CIMI //Query the IMSI and wait for 4 seconds after executing
AT+CFUN=1.
460012345678966
OK
AT+NBAND? //Query the band information, set BC95-CM/B8 to BAND 8,
BC95-SL/B5 to BAND 5, and BC95-VF/B20 to BAND 20.
Execute AT+NBAND=n to set the frequency band. It will take
effect after restart.
+NBAND:5
OK
AT+CGDCONT=1,“IP”,“HUAWEI.COM” //Configuration PDP.
OK
AT+CGATT=1 //Activate the network.
OK
AT+CSQ //Query current signal quality.
+CSQ:24,99
OK
AT+CGATT? //Query whether network is activated, +CGATT:1 means
activated successfully. And wait for some time.
+CGATT:1
OK
AT+CEREG? //Query current EPS network registration status: Registered.
+CEREG:0,1
OK
AT+CSCON? //Query the signaling connection status, 1 means CONNECT, 0
means IDLE.
+CSCON:0,0//使用手册上的状态是+CSCON:0,1
OK
附着网络之后,便可以发送消息了。消息的发送可以有2种方式:1、CoAP Messages 2、UDP Messeages。由于之前有过SIM800A的调试经验,并且手上可以搭建现成的UDP服务器,故采用了方式二的方式,具体过程如下:
AT+NSOCR= DGRAM,17,4400,1 //Create socket
0
OK
AT+NSOST=0,123.57.41.13,4400,3,112233//Send messages
0,3
OK
+NSONMI:0,4 //Receive messages
AT+NSORF=0,4 //Read messages
0,123.57.41.13,4400,4,60A041C7,0
OK
AT+NSOCL=0 //Close socket
OK
NB-IoT工作状态有如下特点:
1.三种连接状态下,均可发送上行数据(CoAP/UDP);IDLE 下发送数据,模块会进入 CONNECT 状态 SM 下发送是数据会唤醒模块,进入 CONNECT,或者当 TAU 超时,模块唤醒,进入 CONNECT。
2.IDLE下,可接收下行数据,模块进入 CONNECT 状态,PSM 下不接收下行数据。
3.TAU的时长是指从进入 IDLE 开始一直到 PSM 模式结束。
通过对NB-IoT模块的多次测试,可以得出以下结论:
1、低功耗:由上图可以看出NB-IoT模块可以工作在3种状态,以便节约功耗。在PSM模式下最大耗流为 5uA,在IDLE模式下大约为6mA。根据TR45.820的仿真数据,5Wh的电池每天发送200bytes的数据,预计可使用12.8年。故可用于开发置于高山荒野偏远地区的设备。
2、强链接: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。这就意味着大家可以在一个不太大的空间,放置更多设备而互相又不会有干扰。
3、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,相当于提升了100倍覆盖区域的能力。对于地下车库、井盖这些需要安装数据采集装置的地方,NB-IoT更加适用于使用3G/4G无线模块或 433MHz的无线装置的场合。
4、低成本:无论是模块成本,还是供电、通讯运营成本都比其他无线装置便宜。随着NB-IoT的发展,单个连接模块的预期价格不超过5美金,甚至会低至2美金。近期,电信发布了首个NB-IoT的包年套餐,只需要20元。