摘要：随着信息通信技术的快速发展，万物互联时代正悄然来临。NB-IoT技术因其低功耗、广覆盖等优势成为电网公司因应物联网时代的一个重要机会。本文主要介绍NB-IoT技术的发展历史和技术特点，并对NB-IoT技术在智能电网中的应用进行了展望。
关键词：智能电网；NB-IoT技术；物联网；车联网
0 引言
据爱立信研究报告称，到2021年全球联网设备数量将达到280亿台，其中53%的设备是物联网设备[1]。为满足越来越多远距离设备的连接需求，LPWAN（Low Power Wide Area Network）即低功耗广域网应运而生。由于传统蜂窝技术存在功耗高、覆盖面积小等问题，因此业界急需有一个新的蜂窝物联网技术以满足市场需求。
针对蜂窝物联网技术这一市场需求，2013年初，华为与相关设备芯片厂商便开展了窄带蜂窝物联网的研究，当时称作LTE-M（LTE for Machine to Machine），期望该技术既能做到低成本低功耗，又能够和LTE网络共同部署。2014年5月，由华为、诺基亚、中国移动、沃达丰等公司支持的“Cellular System Support for UltraLow Complexity and Low Throughput Internet of Things”在3GPP立项，LTE-M演进为CIoT（Cellular IoT）。2015年8月，爱立信、中兴、三星等公司提出了NB-LTE的概念。2015年9月，经过激烈讨论，各方最终达成一致提出了NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）的概念。2016年6月，NB-IoT作为3GPP R13的一部分正式获得批准，宣告NB-IoT进入规模商用阶段。
1 NB-IoT技术特点
NB-IoT即窄带物联网构建于蜂窝网络，仅消耗大约200kHz的频段，可直接部署于GSM、UMTS及LTE网络。实际上NB-IoT技术规范已经成为LTE标准的一部分。与传统无线通信技术相比，NB-IoT技术具备四大优势，一是覆盖广，在同样的频段下，NB-IoT较现有LTE网络增益20dB，覆盖面积提升100倍；二是功耗低，NB-IoT终端电池续航时间可达10年；三是连接多，NB-IoT单个小区能够支持10万个连接；四是成本低，目前NB-IoT单个模块价格不超过5美元，大规模应用后成本将降至1美元以下[2]。NB-IoT技术能够满足LPWAN的各项需求，并可充分利用现有网络，因此极具商用价值。
NB-IoT有三种部署方式，分别是独立部署（Stand-alone）、保护带部署（Guard-band）和带内部署（In-band）。独立部署指的是利用新的频段部署NB-IoT。保护带部署是指利用现有的LTE网络中的保护带部署以提高频谱效率。带内部署则是利用现有的LTE网络中的资源块部署NB-IoT。
LPWAN技术分为授权频段内的广域网技术和非授权频段的广域网技术两类，授权频段的广域网技术包括3GPP通过的NB-IoT与eMTC。非授权频段广域网技术包括LoRa与SigFox技术。由于LoRa与SigFox需要单独组建网络，且频谱没有授权，未被运营商和设备商看好，因此目前在全球范围获得了广泛支持的LPWAN技术是NB-IoT与eMTC技术。NB-IoT与eMTC的对比如表1所示。
表1 NB-IoT与eMTC技术对比
Tab.1 The comparison between NB-IoT and eMTC technology
从表一可以看出，NB-IoT与eMTC技术各具优势，高通公司把NB-IoT与eMTC技术融合形成的多模解决方案已实现商用。
2 NB-IoT在智能电网中的应用
智能电网是以坚强电网为基础，以信息通信技术为支撑，涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节的下一代电网。在800MHz及900MHz频段下，NB-IoT信号可穿透地下通道、建筑墙壁和低压配电箱等障碍物，结合NB-IoT技术覆盖广、低功耗、大连接、低成本的优势，NB-IoT技术可以应用于智能抄表、在线监测、智能配网及智慧车联网等领域[3]。
（1）．基于NB-IoT智能电表，电网公司可实现低压远程集抄，对客户用电情况进行实时监测，具有智能计费、自动抄表、余额提示及故障告警等优点。当客户用电发生异常或电表故障时能主动向计量自动化主站发送信号以便及时处理。
（2）．基于NB-IoT网络，电网公司可实时远程监测任意地点的电压、频率、谐波、温湿度及三相电压不平衡度等指标，并通过数据挖掘实现快速故障诊断与分析以减少停电时间缩小停电范围，提高供电可靠性。
（3）．基于NB-IoT网络，电网公司可对设备运行环境及状态信息进行实时监测，并通过在杆塔、配电线路及重要设备上部署智能传感器，建设协同感知的智能配电网，从而实现对配网环节的全方位保护。
（4）．基于NB-IoT技术，电网公司可实现智能充电桩的互联互通，将充电桩统一接入到管理平台，通过手机APP可为车主提供充电桩的定位导航、在线支付等智慧充电服务，构建开放、智能、互动、高效的智慧车联网。
3结语
智能电网贯穿整个电力系统的发电、输电、变电、配电、用电及调度六个环节。NB-IoT等物联网技术的应用将全方位提高智能电网各个环节的感知深度和广度，为智能电网提供强大的技术支撑，产生巨大的经济社会效益。
参考文献
[1]A.D.Zayas and P.Merino，"The 3GPP NB-IoT system architecture for the Internet of Things，" 2017 IEEE International Conference on Communications Workshops（ICC Workshops），Paris，2017，pp.277-282.
[2]Y.D.Beyene，R.Jantti，K.Ruttik and S.Iraji，"On the Performance of Narrow-Band Internet of Things（NB-IoT），" 2017 IEEE Wireless Communications and Networking Conference（WCNC），San Francisco，CA，2017，pp.1-6.
[3]S.Persia and L.Rea，"Next generation M2M Cellular Networks：LTE-MTC and NB-IoT capacity analysis for Smart Grids applications，" 2016 AEIT International Annual Conference（AEIT），Capri，2016，pp.1-6.
论文作者:岳朝辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
标签：技术论文; 电网论文; 智能论文; 频段论文; 广域网论文; 网络论文; 蜂窝论文; 《电力设备》2018年第26期论文;