物联网技术之一NB-IoT
一、NB-IoT定义
NB-IoT指窄带物联网(Narrow Band-Internet of Things)技术，是一种 3GPP 标准定义的 LPWA（低功耗广域网）解决方案。NB-IoT协议栈基于LTE设计，但是根据物联网的需求，去掉了一些不必要的功能，减少了协议栈处理流程的开销。因此，从协议栈的角度看，NB-IoT是新的空口协议。
二、NB-IoT 技术优势
NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级，具有以下优势：
1、海量连接：每小区可达10万连接；NB- IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，这也就意味着，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。
2、超低功耗：电池寿命长达十年；
低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。在电池技术无法取得突破的前提下，只能通过降低设备功耗以延长电池供电时间。通信设备消耗的能量往往与数据量或速率相关，即单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小。数据量小，设备的调制解调器和功放就可以调到非常小的水平。NB-IoT聚焦小数据量、 小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，可以保障电池5年以上的使用寿命。
3、深度覆盖：能实现比 GSM 高20db的覆盖增益；
NB-IoT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了 100倍，即覆盖能力提升了100倍，就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。
4、安全性：继承4G网络安全能力，支持双向鉴权以及空口严格加密，确保用户数据的安全性;
5、稳定可靠：能提供电信级的可靠 性接入，有效支撑 IoT 应用和智慧城市解决方案。
NB- IoT直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级，但是使用单独的180KHz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽，保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。以智能抄表应用为例，与采用有线PLC抄表数据回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保证数据成功回收率达99%，可靠性大大提高。
6.、低成本：低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。速率低就不需要大缓存，所以可以缓存小、DSP配置低;低功耗，意味着RF设计要求低，小PA就能实现;因为低带宽，就不要复杂的均衡算法。这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相关，尺寸越小，成本越低，模块的成本也随之变低。
图：各类无线模块成本对比
长距离通信技术NB-IoT是一种革新性的技术，是由华为主导，由3GPP定义的基于蜂窝网络的窄带物联网技术。它支持海量连接、有深度覆盖能力、功耗低，这些与生俱来的优势让它非常适合于传感、计量、监控等物联网应用，适用于智能抄表、智能停车、车辆跟踪、物流监控、智慧农林牧渔业以及智能穿戴、智慧家庭、智慧社区等等领域。这些领域对广覆盖、低功耗、低成本的需求非常明确，目前广泛商用的2G/3G/4G及其他无线技术都无法满足这些挑战。
三、物联网设备分类
通常物联网设备分为三类：
①无需移动性，大数据量（上行），需较宽频段，比如城市监控摄像头。
②移动性强，需执行频繁切换，小数据量，比如车队追踪管理。
③无需移动性，小数据量，对时延不敏感，比如智能抄表。
NB-IoT正是为了应对第③种物联网设备而生。
三类设备对应三种业务需求：
高速率业务：主要使用3G、4G技术，例如车载物联网设备和监控摄像头， 对应的业务特点要求实时的数据传输；
中等速率业务：主要使用GPRS技术，例如居民小区或超市的储物柜，使用频率高但并非实时使用，对网络传输速度的要求远不及高速率业务；
低速率业务：业界将低速率业务市场归纳为LPWAN（Low Power Wide Area Network）市场，即低功耗广域网到目前还没有对应的蜂窝技术，多数情况下通过GPRS技术勉力支撑，从而带来了成本高、影响低速率业务普及度低的问题。
也就是说目前低速率业务市场急需开拓，而低速率业务市场其实是最大的市场，如建筑中的灭火器、科学研究中使用的各种监测器，此类设备在生活中出现的频次很低，但汇集起来总数却很可观，这些数据的收集用于各类用途，比如改善城市设备的配置等等。
四、NB-IoT与LoRa、SigFox的特性对比：
Following are the features of NB-IoT technology:
• Coverage: +20dB than LTE, covers distance ofless than 22 Km
• Frequency spectrum: LTE In-band, Guard Band,Standalone
• Signal Bandwidth: 180 KHz
• Data Rate: 200 Kbps
• Battery life of NB-IoT device: 10 years
Following are the features of LoRa technology:
• Coverage: less than 14 Km
• Frequency spectrum: Unlicensed Band
• Signal Bandwidth: 125 KHz
• Data Rate:10 Kbps
• Battery life of NB-IoT device: 10 years
Following are the features of SigFox technology:
• Coverage: less than 17 Km
• Frequency spectrum: Unlicensed Band
• Signal Bandwidth: 0.1 KHz
• Data Rate:100 bps
• Battery life of NB-IoT device: 10 years
NB-IoT主要依赖于运营商的基础设施，进行协议对接，LoRa是一个更灵活的自主网络，在任何需要的地方，都可以进行部署。SigFox与LoRa之间最大的区别是LoRa可以部署属于自己的私有网络，而Sigfox需要支付一定运营商服务费。因此，在一些特殊行业、如石油、运输等，客户未必会愿意为此买单。