一、請(qǐng)論述蜂窩物聯(lián)網(wǎng)相較于非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)，以及蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，NB-IoT相較于其他蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)相較于非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)

優(yōu)勢(shì)：

1.具有強(qiáng)大的核心網(wǎng)，支持用戶移動(dòng)漫游。

2.政策導(dǎo)向，使用授權(quán)頻譜。授權(quán)頻譜受到嚴(yán)格的限制和保護(hù)，只允許授權(quán)用戶及其符合規(guī)范的設(shè)備接入，而且用戶要為此進(jìn)行付費(fèi)。目前，公安、鐵路、民航、廣電、電信等重要的部門均擁有一定的授權(quán)頻譜，這些部門內(nèi)設(shè)備的通信是運(yùn)行在其授權(quán)頻譜上的，尤其是電信行業(yè)，我們每天使用的手機(jī)就是通過運(yùn)營(yíng)商擁有的授權(quán)頻譜來(lái)通信的，三大運(yùn)營(yíng)商都擁有國(guó)家無(wú)線電管理局授權(quán)的專用頻段，保障公眾移動(dòng)通信不受干擾。

3.政府背書，支持，但自主獨(dú)立性下降

4.覆蓋范圍廣，由于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)使用現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，因此已經(jīng)存在廣泛的覆蓋范圍。一個(gè)人也可以處理設(shè)備在各個(gè)國(guó)家和城市的分布。這對(duì)于任何信息至關(guān)重要的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目都是必要的，尤其是對(duì)于屬性、移動(dòng)性和其他技術(shù)公司活動(dòng)的監(jiān)視。

5.可以遠(yuǎn)程管理，定期測(cè)試和監(jiān)視任何涉及蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的物理設(shè)備非常重要。您可以使用在線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)視鏈接的已連接設(shè)備并對(duì)其進(jìn)行故障排除，而不受地理位置的影響。此優(yōu)點(diǎn)意味著可以通知服務(wù)技術(shù)人員，而不必在每個(gè)系統(tǒng)中搜索異常情況。因此，蜂窩連接消除了干擾，并大大減少了與現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)相關(guān)的費(fèi)用。

劣勢(shì)：

數(shù)據(jù)受運(yùn)營(yíng)商牽制，無(wú)法自主，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)由主要運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)，行業(yè)若使用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，則其數(shù)據(jù)需要通過運(yùn)營(yíng)商管道進(jìn)行傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自主安全。同時(shí)，使用運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)需要進(jìn)行相應(yīng)流量付費(fèi)，成本較高。設(shè)計(jì)，開發(fā)，維護(hù)和支持大型技術(shù)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的。成本高

NB-IoT相較于其他蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)：

優(yōu)勢(shì)：

1.廣覆蓋，基于4.5G的蜂窩IoT在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)顯著，為傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)技術(shù)及藍(lán)牙、Wi-Fi等短距離傳輸技術(shù)所無(wú)法比擬。在同樣的頻段下，基于4.5G的蜂窩IoT比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增益20dB，覆蓋面積擴(kuò)大100倍。

2.海量聯(lián)接，基于4.5G的蜂窩IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)聯(lián)接。目前全球有約500萬(wàn)個(gè)物理站點(diǎn)，假設(shè)全部部署基于4.5G的蜂窩IoT，每個(gè)站點(diǎn)三個(gè)扇區(qū)，那么可以接入的物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)將高達(dá)4500億個(gè)。

3.超低功耗，基于4.5G的蜂窩IoT的功耗更低，僅為2G的1/10，終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年。同時(shí)其在成本上也將更低，模塊成本有望降至5美元之內(nèi)。未來(lái)隨著市場(chǎng)發(fā)展帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)演進(jìn)，功耗和成本還有望進(jìn)一步降低。此外，在支持大數(shù)據(jù)方面，基于4.5G的蜂窩IoT聯(lián)接所收集的數(shù)據(jù)可以直接上傳云端，而藍(lán)牙、Wi-Fi等技術(shù)則沒有這樣的便利。

4.成本低廉，由于選取授權(quán)頻段上的蜂窩網(wǎng)絡(luò)技能，NB-IoT無(wú)需重新建網(wǎng)，射頻和天線也基本上都能夠復(fù)用。再加上NB-IoT低功耗、低帶寬和低速率的特性，同樣降低了芯片和模組成本。

5.NB-IOT采用的是運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一部署覆蓋全國(guó)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收費(fèi)運(yùn)營(yíng)的方式，受到了運(yùn)營(yíng)商的強(qiáng)力支持。NB－IoT背靠運(yùn)營(yíng)商對(duì)于室內(nèi)場(chǎng)景覆蓋有著天然的優(yōu)勢(shì)。NB－IOT和蜂窩通信使用的是運(yùn)營(yíng)商提供的授權(quán)頻段，因?yàn)槭菍ｉT劃分的頻段，因此干擾相對(duì)要少很多，雖然實(shí)際應(yīng)用中會(huì)收取一定的通信費(fèi)用，但是相應(yīng)的也會(huì)提供更好的信號(hào)服務(wù)質(zhì)量，安全性和認(rèn)證。而且針對(duì)目前蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站的建成更有利于快速大規(guī)模應(yīng)用。

6.NB-Iot與eMTC都是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。前者有成本低、電信級(jí)、高可靠性、高安全性的特點(diǎn)。后者與前者不同之處在于速率更高。

劣勢(shì)：

1.數(shù)據(jù)傳輸少：基于低功耗，導(dǎo)致NB－IoT只能傳輸少了數(shù)據(jù)；

2.通信成本高：除了NB－IoT通信模塊的價(jià)格之外，運(yùn)營(yíng)商還將收取運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；

3.技術(shù)并不成熟：雖然NB－IoT技術(shù)被大范圍應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)各類故障，導(dǎo)致通信中斷；

4.對(duì)接平臺(tái)問題：電信的IoT平臺(tái)走的是CoPA協(xié)議，CoPA協(xié)議對(duì)接方面復(fù)雜，為兼容傳統(tǒng)tcp、udp通訊等，經(jīng)常導(dǎo)致施工時(shí)間過長(zhǎng)。

5.NB-IoT是由運(yùn)營(yíng)商來(lái)主導(dǎo)，要用到運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，因此數(shù)據(jù)是先上到運(yùn)營(yíng)商那里，許多企業(yè)或許不愿意把自己的數(shù)據(jù)給到別人，所以這些企業(yè)寧愿部署自己的私有物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)候就不太合適用NB-IoT。

二、川藏鐵路自然環(huán)境嚴(yán)苛，人跡罕至，生態(tài)脆弱，建設(shè)及維護(hù)難度高，尤其存在數(shù)十公里的長(zhǎng)隧道，請(qǐng)論述若建設(shè)面向川藏鐵路的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以采取何種通信網(wǎng)絡(luò)（蜂窩、非蜂窩等）及其原因，后續(xù)需考慮哪些問題。（30分）

非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可以進(jìn)一步提高川藏鐵路系統(tǒng)的智能化和集成化水平。物聯(lián)網(wǎng)是一種高密度、低功耗、低時(shí)延的無(wú)線連接，是目前實(shí)現(xiàn)艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路沿線設(shè)備信息傳輸?shù)挠行Ъ夹g(shù)手段，隨著鐵路物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，提供一種能適配多源異構(gòu)、滿足寬窄帶數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入的信息傳輸通道，將成為了鐵路通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸方案的重要選擇之一。

面向川藏鐵路的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以采取NB-IoT，因?yàn)镹B-IoT自身具備的低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢(shì)，NB-IoT支持待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。川藏鐵路自然環(huán)境嚴(yán)苛，人跡罕至，生態(tài)脆弱，建設(shè)及維護(hù)難度高。NB-IoT，即窄帶物聯(lián)網(wǎng)，是由?3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的一種專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的窄帶射頻技術(shù)，屬于?LPWAN?技術(shù)之一，適用于遠(yuǎn)距離低速率業(yè)務(wù)，具有信號(hào)覆蓋范圍廣、多連接、低功耗和低成本的特點(diǎn)。NB-IoT?占用約180 kHz?的帶寬，可以直接部署于?LTE?網(wǎng)絡(luò)、GSM?網(wǎng)絡(luò)或?UMTS?網(wǎng)絡(luò)。使用相同頻段時(shí)，NB-IoT?技術(shù)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增加約20 dB增益，覆蓋面積達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)的100倍，重傳次數(shù)為16次；NB-IoT?技術(shù)的一個(gè)扇區(qū)可以支撐10萬(wàn)個(gè)連接，使用同一基站時(shí)，較現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)能夠提供其50～100倍的接入數(shù)量；NB-IoT?設(shè)備的電池壽命比現(xiàn)有設(shè)備的電池壽命提高了10年左右，并且提供較為全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接。另外，NB-loT?通過多種方法大幅降低了終端芯片的成本，例如將終端的工作帶寬減小到200kHz、將峰值的速率降低到100 kbps、規(guī)?；a(chǎn)等。

但是NB-IoT支持待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。川藏鐵路自然環(huán)境嚴(yán)苛，人跡罕至，生態(tài)脆弱，建設(shè)及維護(hù)難度高。而且數(shù)據(jù)受運(yùn)營(yíng)商牽制，無(wú)法自主，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)由主要運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)，行業(yè)若使用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，則其數(shù)據(jù)需要通過運(yùn)營(yíng)商管道進(jìn)行傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自主安全。同時(shí)，使用運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)需要進(jìn)行相應(yīng)流量付費(fèi)，成本較高。設(shè)計(jì)，開發(fā)，維護(hù)和支持大型技術(shù)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的。所以目前來(lái)說我覺得采取非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)比較合適。

后續(xù)問題：川藏鐵路是迄今為止人類歷史上最具挑戰(zhàn)性的鐵路建設(shè)工程，如何通過系統(tǒng)科技創(chuàng)新，確保川藏鐵路建設(shè)“高效、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)?！笔侵档蒙钊胨伎嫉膯栴}。

后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)維修和運(yùn)營(yíng)安全問題都需要考慮。川藏鐵路斜坡地質(zhì)災(zāi)害與冰川泥石流等問題可能會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施態(tài)構(gòu)成危害，并威脅運(yùn)營(yíng)安全。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修，如果還依賴于人力巡查，已經(jīng)完全不適合特殊地理環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)以及防災(zāi)減災(zāi)的需求，同時(shí)在西藏高原長(zhǎng)期人力巡檢也將是一項(xiàng)高危艱險(xiǎn)作業(yè)。一些現(xiàn)場(chǎng)信息感知設(shè)備需要考慮傳感器準(zhǔn)確性、抗干擾性、耐久性等。

環(huán)境問題也需要考慮。后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)過程中需要考慮環(huán)境問題。

數(shù)據(jù)安全問題。川藏鐵路是一個(gè)復(fù)雜而又龐大的系統(tǒng)，任何子系統(tǒng)和設(shè)施安全防控不當(dāng)，將產(chǎn)生不堪設(shè)想的后果。因此，建立實(shí)時(shí)、可靠、準(zhǔn)確的鐵路安全系統(tǒng)，對(duì)于提高鐵路安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。NB－IoT具有全面感知、可靠傳輸、智能計(jì)算的特點(diǎn)，但是安全問題還需要進(jìn)一步完善，保障鐵路運(yùn)輸安全。

三、未來(lái)若要將NB-IoT應(yīng)用于高速鐵路的車地通信場(chǎng)景中，請(qǐng)?jiān)敿?xì)論述需要在哪些具體方面做出何種改進(jìn)。（40分）

高速鐵路的車地通信場(chǎng)景沿線環(huán)境復(fù)雜，周界范圍長(zhǎng)，與NB-IoT技術(shù)的性能相適應(yīng)。因此，構(gòu)建以NB-IoT為基礎(chǔ)的高速鐵路的車地通信場(chǎng)景，可以為高速鐵路沿線工務(wù)、電務(wù)等專業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)，以及提供安全、可靠、低功耗的信息傳輸，為實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)、智能運(yùn)維和智能決策提供基礎(chǔ)支撐。

1.高鐵線路運(yùn)營(yíng)區(qū)域偏遠(yuǎn)、地理環(huán)境復(fù)雜，各專業(yè)部署的監(jiān)測(cè)傳感器存在以下幾方面的問題：（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，由于高鐵線路較長(zhǎng)，只能在線路重點(diǎn)構(gòu)筑物選取若干測(cè)點(diǎn)，造成監(jiān)測(cè)設(shè)備地理位置上的分散，難以連續(xù)布放；（2）聯(lián)網(wǎng)不靈活，由于各專業(yè)測(cè)點(diǎn)位置上的分散，且普遍采用有線連接方式，傳輸距離受限，測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展不便；（3）傳輸接口多樣，各專業(yè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集方式不同，存在?RS232、RS485、有線以太網(wǎng)、3/4G?無(wú)線等多種傳輸接口模式；（4）傳輸時(shí)效性不高，一些地面專業(yè)測(cè)點(diǎn)需當(dāng)天檢測(cè)列車停檢后才能上線手動(dòng)拷貝數(shù)據(jù)，因此，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上傳會(huì)存在非常大的延時(shí)；（5）專業(yè)不聯(lián)動(dòng)，由于專業(yè)上的差異化，聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中各專業(yè)獨(dú)立收集處理本專業(yè)監(jiān)測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)，專業(yè)間相互隔離，難以從全局統(tǒng)籌分析監(jiān)測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)，從而對(duì)各鐵路業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這些不利于NB-IoT技術(shù)的開展和應(yīng)用。需要將監(jiān)測(cè)點(diǎn)盡量規(guī)律布放，聯(lián)網(wǎng)更加靈活，傳輸接口盡量統(tǒng)一，提高傳輸?shù)臅r(shí)效性。需要解決有線組網(wǎng)不靈活、范圍受限、監(jiān)測(cè)種類難以擴(kuò)展、監(jiān)測(cè)?/?安裝?/?運(yùn)維成本極高等問題，實(shí)現(xiàn)布設(shè)方式靈活、覆蓋范圍廣、節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、模組功耗低、無(wú)人值守等。可以與邊緣計(jì)算等技術(shù)融合。

2.NB-IoT數(shù)據(jù)傳輸少：基于低功耗，導(dǎo)致NB－IoT只能傳輸數(shù)據(jù)少；需要改進(jìn)。

3.NB-IoT通信成本高：除了NB－IoT通信模塊的價(jià)格之外，運(yùn)營(yíng)商還將收取運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；需要降低成本。提高電池使用壽命。

4.NB-IoT技術(shù)并不成熟：雖然NB－IoT技術(shù)被大范圍應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)各類故障，導(dǎo)致通信中斷；需要繼續(xù)完善。

5.電信的IoT平臺(tái)走的是CoPA協(xié)議，CoPA協(xié)議對(duì)接方面復(fù)雜，為兼容傳統(tǒng)tcp、udp通訊等，經(jīng)常導(dǎo)致施工時(shí)間過長(zhǎng)。這部分問題需要改進(jìn)，減少施工時(shí)間。

5.高速鐵路是一個(gè)復(fù)雜而又龐大的系統(tǒng)，任何子系統(tǒng)和設(shè)施安全防控不當(dāng)，將產(chǎn)生不堪設(shè)想的后果。因此，建立實(shí)時(shí)、可靠、準(zhǔn)確的鐵路安全系統(tǒng)，對(duì)于提高鐵路安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。NB－IoT具有全面感知、可靠傳輸、智能計(jì)算的特點(diǎn)，但是安全問題還需要進(jìn)一步完善，降低時(shí)延，保障鐵路運(yùn)輸安全。

高鐵時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，高速鐵路的安全運(yùn)輸十分重要。將NB-IoT技術(shù)應(yīng)用于高速鐵路運(yùn)營(yíng)的各個(gè)方面，既可以提高工作效率，又可以提前預(yù)警，保證高速鐵路的運(yùn)行安全。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于高速鐵路的車地通信場(chǎng)景中，必將成為今后發(fā)展的方向。