NB-IoT智能单车解决方案

移动物联网在设计之初，即定位为针对物联网业务的深度优化网络，在功耗、覆盖、容量、定位等方面做了大量定制设计，来满足物联网业务需求。以摩拜单车为例，在成立之初即与中国移动在物联网领域深度合作，双方在智能共享单车在移动物联网环境下的应用方面，积累了丰富的实践和优化经验。

1.功耗性能

移动物联网在功耗方面引入了新的省电模式来达到降低功耗，从而提升工作时间、提高运营效率。为直观显示移动物联网在功耗方面所做的优化，中国移动联合摩拜团队在实验室做了如下测试：

（1）GSM智能锁续航时长测试与分析

终端续航时长和业务模型关系较大。GSM智能锁的业务模型包含：开关锁、周期上报、定位。三种业务模型在终端的生命周期中都会产生耗电。

采用GSM现网环境，基于摩拜公司提供的业务模型，对GSM车锁进行功耗测试。假设开关锁的业务频次为一天8次，每次关锁都会进行一次定位，周期上报的周期为1h，则24h的耗电包含：8次开锁+8次关锁+24次周期上报+待机。

测试得到每个具体过程的耗电量见表11.2。

表11.2 现网环境下每种业务的耗电量

经过计算一天的耗电量为113.12mAh，假设终端电池电量为5800mAh，不考虑太阳电池板供电的情况下续航时长为51天。

（2）NB-IoT智能锁续航时长测试与分析

NB-IoT智能锁采用数据传输方案，需要使用15min一次的心跳包维持链路连接。业务模型包含：开关锁、定位和15min一次的心跳包。三种业务模型在终端的生命周期中都会产生耗电。NB-IoT车锁的主要耗电单元为模组和外置的MCU，目前MCU功耗还有待优化到GSM车锁水平。

采用NB-IoT实验室环境，对NB-IoT车锁的业务模型进行了测试，假设开关锁的业务频次为一天8次，每次关锁都会进行一次定位，则24h的耗电包含：8次开锁+8次关锁+96次心跳上报+时间休眠。

按照MCU优化到GSM车锁的水平对每个具体过程的耗电量进行调整，具体数值见表11.3。

表11.3 NB-IoT环境下每种业务的耗电量

一天的耗电量为100.4mAh，假设终端电池电量为5800mAh，不考虑太阳电池板供电情况下续航时长为58天，相比GSM车锁续航时长提升14%。

图11.35 NB-IoT智能锁业务传输电流变化过程

为进一步优化单车功耗，针对智能锁的业务传输电流变化过程进行了详细分析，如图11.35所示。从图中可以看出，终端在完成业务传输后，需等待20s左右释放链路，导致电量浪费。在完成业务传输后可通过优化方案实现RRC链路的立即释放，优化方案可以通过3GPP定义的NAS RAI功能实现，终端在NAS信令中指示数据是否为最后传输，数据传输完成后，MME可及时触发基站释放空中接口的RRC连接，不用等待RRC链路释放定时器超时再释放。

按照MCU优化到GSM车锁的水平，增加RAI优化功能，对每个具体过程的耗电量进行调整，具体数值见表11.4。

表11.4 NB-IoT大容量及时延性能

(www.xing528.com)

一天的耗电量为84.64mAh，假设终端电池电量为5800mAh，则不考虑太阳电池板供电情况下续航时长为69天，相比NB-IoT车锁RAI未优化前续航时长提升19%，相比GSM车锁提升35%。

更进一步地，可根据平台侧的大数据分析，在忙/闲时通过动态配置节电参数来降低闲时的功耗，从而进一步提高电池寿命。

2.覆盖能力

移动物联网在设计之初，为了满足广覆盖，采用提高功率谱密度、重复传输等技术大幅度提高了覆盖范围。NB-IoT覆盖相比GSM提高20dB左右。单车主要的使用区域为路面，路面上GSM覆盖较好，可以满足单车需求，但是对于那些被停放在地下室、居民楼内的自行车，容易出现无法找到车的问题。NB-IoT相比GSM可多穿透一堵墙到两堵墙，有利于找回地下室、楼内的车辆，从而进一步提升运营效率。

3.定位功能

业界针对乱停乱放问题提出了“电子围栏”解决方案。“电子围栏”的核心思想为当共享单车停放位置不是系统内标识为“可停车”区域时，用户无法关锁、计费。“电子围栏”的监管效果很大程度上取决于单车采用的定位方案。现有的定位方案，如卫星通信方案，移动网络方案等的定位精度见表11.5。

表11.5 现有技术的定位精度

①定位精度与用户所处的环境相关，基于卫星定位，其所处环境越空旷精度越高，基于基站的小区级定位，与基站建设密度相关。

目前定位方案的定位精度大多为几十米，与共享单车电子围栏亚米级定位需求存在较大差距。后续可采用移动物联网与差分GPS/北斗的混合定位技术，有可能支持到厘米级别的定位精度，从而更有效地满足共享单车的高精度定位监管需求。

4.大容量与时延

单车的快速发展，带来了井喷的连接数。与此同时为提升用户体验，还需要满足严苛的时延要求，通信网络面临巨大挑战。

为验证NB-IoT是否可以在保证用户体验（开关锁时延3s左右）的情况下，满足共享单车每辆车的开关锁频次最高每小时20次、单小区每小时开关锁最大并发数2000次的业务需求，中国移动联合摩拜团队在实验室环境下，基于摩拜公司提供的单车典型开关锁业务模型，利用终端模拟仪对NB-IoT进行大容量测试，测试结果见表11.6。

表11.6 NB-IoT大容量及时延性能

在每辆车以最高频次20次/h开关锁的条件下：

•若用户均分布在信号好点，单小区可支持2000次/h的并发数，且99%的用户开关锁时延小于3.5s，用户体验较好。

•若用户按照信号极好、好、中点以1∶5∶4分布，单小区可支持2000次/h的并发数，且98%的用户开关锁时延小于3.5s，用户体验较好。

•若用户均分布在信号好点，单小区可支持2500次/h的并发数，且94%的用户开关锁时延小于3.5s，用户体验较好。

•若用户按照信号极好、好、中点以1∶5∶4分布，单小区可支持2500次/h的并发数，且92%的用户开关锁时延小于3.5s，用户体验较好。

•若用户均分布在信号好点，单小区可支持3000次/h的并发数，且95%的用户开关锁时延小于3.5s，用户体验较好。

•若用户按照信号极好、好、中点以1∶5∶4分布，单小区可支持3000次/h的并发数，且94%的用户开关锁时延小于3.5s，用户体验较好。