窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)是一種專為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)開發(fā)的新型低功率廣域(LPWA)技術(shù)，適用于需要少量數(shù)據(jù)，長時間和室內(nèi)覆蓋的設(shè)備。
3GPP決定在2015年9月的會議上對NB-IoT進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)于2016年6月完成。這些標(biāo)準(zhǔn)在其針對LTE Advanced Pro的第13版中被凍結(jié)，現(xiàn)在只能進(jìn)行必要的向后兼容變更。NB-IoT在后期版本中繼續(xù)發(fā)展，具有新功能，例如支持多播和定位。
什么是LPWAN?
低功耗廣域(LPWA)技術(shù)填補(bǔ)了移動(3G，LTE)和短距離無線(例如藍(lán)牙，WiFi和ZigBee)網(wǎng)絡(luò)之間的空白。它們專為機(jī)器通信而設(shè)計，為需要低移動性和低數(shù)據(jù)傳輸水平的設(shè)備和應(yīng)用程序提供連接，因此對于物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)至關(guān)重要。
顧名思義，它們具有低功耗并提供廣域覆蓋。它們還必須是低成本的，以便能夠在物聯(lián)網(wǎng)中連接數(shù)十億個設(shè)備。
為何選擇NB-IoT?
LPWA這一術(shù)語是在2013年創(chuàng)造的。2015年11月，3GPP成立了一個工作組，合并華為的Cellular IoT(NB-CIoT)技術(shù)(與劍橋Neul合作開發(fā)，華為以2014年9月的2500萬美元收購，以及沃達(dá)豐(Vodafone)和諾基亞，愛立信和英特爾提出的NB-LTE技術(shù)。NB-IoT就是結(jié)果。
全球三大電信基礎(chǔ)設(shè)施制造商的支持，以及它可以部署在現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)上并在許可頻譜中運(yùn)營的事實，確保了強(qiáng)大的行業(yè)支持，第一個NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)于2016年6月完成。
3GPP還針對不同的用例設(shè)置了兩種其他LPWA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。NB-IoT專門針對低吞吐量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。與LTE-M(也稱為LTE-MTC)相比，它被認(rèn)為具有成本和覆蓋優(yōu)勢，LTE-M支持各種IoT應(yīng)用，包括內(nèi)容豐富的應(yīng)用。EC-GSM-IoT(擴(kuò)展覆蓋范圍GSM-IoT)通過在GSM網(wǎng)絡(luò)上部署的新軟件優(yōu)化用于IoT設(shè)備的現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)。這三種技術(shù)也被稱為“移動物聯(lián)網(wǎng)”或“蜂窩物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)。
非標(biāo)準(zhǔn)化LPWA
還有一些替代的專有LPWA技術(shù)，例如LoRaWan和Sigfox，它們已經(jīng)商業(yè)化，但尚未標(biāo)準(zhǔn)化且不使用許可頻譜。它們在單獨(dú)的指南中有詳細(xì)介紹。
進(jìn)一步閱讀：什么是LTE-M?
進(jìn)一步閱讀：什么是LPWAN?
NB-IoT會做什么?
NB-IoT(以及其他LPWA技術(shù))將實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)十億設(shè)備的連接，這些設(shè)備將用于機(jī)器對機(jī)器(M2M，或機(jī)器類型通信，MTC，在3GPP中)而非人類通信。后者具有高吞吐量和低延遲需求，例如會話，實時視頻和音樂流。
相比之下，M2M設(shè)備具有較低的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且不經(jīng)常需要數(shù)據(jù)，因此NB-IoT處理少量相當(dāng)不頻繁(但通常是常規(guī))的雙向數(shù)據(jù)。
M2M設(shè)備和傳感器將用于廣泛的行業(yè)和應(yīng)用中，這些行業(yè)和應(yīng)用將需要大量低吞吐量設(shè)備，并且通信延遲不會導(dǎo)致物質(zhì)損失。其中一個早期用例是能量計和水表，其中計量表不需要經(jīng)?；?qū)崟r傳輸數(shù)據(jù)，并且可以位于難以到達(dá)的位置。
這延伸到其他計量類型的應(yīng)用，如智能街道照明和停車應(yīng)用，但潛在的使用案例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這一點。NB-IoT可用于智能跟蹤，從全球物流網(wǎng)絡(luò)到寵物監(jiān)控，智能工廠，家用電器到奶牛和綿羊。共享自行車計劃或酒店房間的智能鎖有機(jī)會，名單幾乎無窮無盡。
由于它使用具有許可頻譜的網(wǎng)絡(luò)，因此NB-IoT比非標(biāo)準(zhǔn)化LPWAN更安全，支持用戶識別機(jī)密性，實體認(rèn)證，機(jī)密性，數(shù)據(jù)完整性和移動設(shè)備身份。與未經(jīng)許可的頻譜LPWA解決方案相比，它也更不容易受到干擾，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全球漫游。
怎么做呢?
NB-IoT(和其他LPWA技術(shù))開發(fā)背后的主要驅(qū)動因素是降低成本(在設(shè)備和部署方面)和功耗，同時增加覆蓋范圍和可連接設(shè)備的數(shù)量，與蜂窩和其他無線網(wǎng)絡(luò)相比。
M2M設(shè)備通常采用電池供電，不與主電源相連，因此NB-IoT承諾一次充電可實現(xiàn)長達(dá)10年的電池續(xù)航時間。它采用的技術(shù)使設(shè)備能夠在數(shù)據(jù)不傳輸時關(guān)閉電源，以及增強(qiáng)的非連續(xù)接收(eDRX)以延長電池壽命。
NB-IoT針對低吞吐量進(jìn)行了優(yōu)化，無論是長距離還是短距離，并且具有優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸以支持小的間歇性數(shù)據(jù)塊。支持大約200kbps的上行鏈路和下行鏈路速率。
必須有無處不在的覆蓋范圍才能使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序正常工作，覆蓋遠(yuǎn)距離和深度滲透。因此，NB-IoT必須覆蓋偏遠(yuǎn)和農(nóng)村地區(qū)，難以到達(dá)的地方，如地下位置和內(nèi)部建筑物。與GSM網(wǎng)絡(luò)相比，NB-IoT中的功率譜密度(PSD)增強(qiáng)和重復(fù)可以提供20dB的覆蓋增益，使區(qū)域覆蓋率提高約10倍。
NB-IoT僅需要200kH的帶寬(因此稱為“窄帶”)，這意味著它可以在現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)附近運(yùn)行。
盡管NB-IoT設(shè)備的早期成本與GSM和GPRS相當(dāng)，但由于更簡單的底層技術(shù)，預(yù)計需求將大幅下降。3GPP認(rèn)為單位成本將降至每個模塊5美元以下。
NB-IoT的發(fā)展
2015年12月，華為，沃達(dá)豐和瑞士制造定位和無線半導(dǎo)體及模塊的u-blox進(jìn)行了他們所宣稱的首次成功的預(yù)標(biāo)準(zhǔn)NB-IoT商業(yè)試驗。沃達(dá)豐和華為將這項技術(shù)整合到西班牙沃達(dá)豐的網(wǎng)絡(luò)中，并向水表中的u-blox模塊發(fā)送消息。u-blox于2016年6月宣布其聲稱是世界上第一個NB-IO模塊，沃達(dá)豐和華為于2016年9月在西班牙完成了NB-IoT的首次商業(yè)試驗。u-blox繼續(xù)更新其NB-IoT模塊，定期推出新產(chǎn)品。
GSMA NB-IoT論壇旨在促進(jìn)全球NB-IoT解決方案的商業(yè)發(fā)布，以加速廣泛采用，并促進(jìn)合作伙伴之間的協(xié)作，以確保漫游和互操作性。由沃達(dá)豐的Luke Ibbetson擔(dān)任主席，華為，德國??電信和T-Mobile美國代表擔(dān)任副主席。其他三家英國運(yùn)營商的母公司都是會員。在2018年4月，GSMA發(fā)布了其NB-IoT部署指南的第二版，其中包括旨在幫助運(yùn)營商部署網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備以確保互操作性和平滑漫游的非約束性指南。這些建議是由GSMA NB-IoT論壇根據(jù)在歐洲，中東，非洲，南美洲和亞太地區(qū)的40多個國家部署NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的13家運(yùn)營商的意見制定的。
根據(jù)GSMA，截至2018年9月全球推出的66個商用移動物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，有50個是NB-IoT(其他為LTE-M)。大多數(shù)人在歐洲，由沃達(dá)豐領(lǐng)導(dǎo)，在9個國家(包括南非)部署，T-Mobile則在7個國家部署。那時沒有運(yùn)營商在英國推出。
2017年5月，O2成為第一家公開確認(rèn)將試用符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)連接的英國運(yùn)營商，其“實時試驗[2017年]將獲得更多實用的技術(shù)洞察力”。它沒有確認(rèn)是否會試用NB-IoT或LTE-M，還有本地LoRaWAN和Sigfox部署，并且沒有進(jìn)一步的發(fā)展。母公司Telefonica明顯對沖其賭注，于2015年2月投資Sigfox，兩年后達(dá)成全球協(xié)議，將Sigfox技術(shù)整合到其托管連接平臺。Telefonica在西班牙有一個商業(yè)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，但其全球子公司都沒有效仿，盡管試驗可能正在進(jìn)行中。
EE也在保持其選擇權(quán)。它正在倫敦和米爾頓凱恩斯的智能城市部署中使用LoRaWAN，并在2017年中期表示它將在“未來幾個月”部署NB-IoT，同樣模糊可能的位置。它還表示正在探索LTE-M。同樣，關(guān)于NB-IoT的任何試驗或可能的商業(yè)發(fā)布，EE都沒有進(jìn)一步的信息。
相比之下，沃達(dá)豐已經(jīng)對NB-IoT進(jìn)行了大賭注，到2018年9月，有9個商業(yè)網(wǎng)絡(luò)正在進(jìn)行，其他地方可能正在進(jìn)行試驗，盡管英國還沒有確認(rèn)。2016年4月，華為和沃達(dá)豐在紐伯里開設(shè)了第一個Narrowband-IoT開放物聯(lián)網(wǎng)實驗室，用于開發(fā)與NB-IoT技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品和應(yīng)用。
很明顯，NB-IoT部署正在全球范圍內(nèi)擴(kuò)展，部分原因在于GSMA致力于確?；ゲ僮餍院吐巍５?，與其他LPWAN技術(shù)一樣，英國顯然落后于其他歐洲國家，并且任何運(yùn)營商都沒有堅定承諾在商業(yè)基礎(chǔ)上部署NB-IoT。
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