下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是第三代合作伙伴计划（3
rd
Generation Partnership Project，3GPP）
于2016年5月完成其核心标准制定的、使用授权频段，大约只消耗180 kHz带宽的一种蜂窝网络
，它主要面向智能抄表、智能交通、工厂设备远程测控、智能农业、远程环境监测、智能家居等应用领域的新一代物联网通信体系，其应用领域的数据通信具有以文本信息为主、流量不高、功耗敏感等特征。
NB-IoT在建设期间，可直接部署于现有的通信网络系统，如全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）网络
、通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）网络
，以及长期演进（Long Term Evolution，LTE）网络
，从而可降低建设成本、实现通信网络的平滑升级。从2017年开始，中国已经开始在多个城市进行NB-IoT布网工作。
为了使读者快速了解NB-IoT，下面从物联网连接分类、NB-IoT的起源、NB-IoT技术特点、为什么NB-IoT会流行等角度对NB-IoT进行简要阐述。
从通信速率角度划分，可以将物联网连接分为高速率、中速率与低速率三种类型 。高速率（速率＞1 Mbps），以视频信息为特征；中速率（100 kbps＜速率＜1 Mbps），以语音及图片信息为特征；低速率（速率＜100 kbps），以文本信息为特征。针对不同的应用场景，需要选择合适的通信模式。
（1）高速率（速率＞1 Mbps）：以视频信息为特征，流量高，一般对功耗不敏感，如视频监控、远程医疗、机器人等，目前主要使用4G。
（2）中速率（100 kbps＜速率＜1 Mbps）：以语音及图片信息为特征，流量中等，一般对功耗不敏感，如内置语音功能的可穿戴设备、智能家居等。
（3）低速率（速率＜100 kbps）：以文本信息为特征，流量不高，一般对功耗敏感，如智能仪表、环境监测、智能家居、物流、不带语音功能的可穿戴设备、工厂设备远程控制等。若要实现广覆盖，则需要选择新型连接方式，如NB-IoT。
一段时间以来，针对较低速率的数据通信业务，运营商的物联网业务主要依靠成本低廉的通用分组无线服务（General Packet Radio Service，GPRS）模块
，然而由于LoRa
、SigFox
等新技术的出现，GPRS模块在成本、功耗和覆盖方面的传统优势受到威胁，于是3GPP在2014年3月提出成立新研究项目，研究支持更低复杂度、更低成本、更低功耗、更强覆盖等的连接模式，这就是NB-IoT的雏形。
万物互联是发展的大趋势，传统物联网存在技术、应用及产业的碎片化，阻碍了万物互联发展。2015年，全球通信业对形成一个低功耗、广域覆盖的物联网标准达成了共识，NB-IoT标准也被正式提上议程。物联网标准的制定，对整合不同碎片化应用场景的共性特征，推动物联网产业发展具有非常重要的意义。
下面简要介绍NB-IoT的发展历程（2014—2018年）。
2014年5 月，华为提出NB-M2M 技术，并于2015 年5 月与NB-OFDMA 融合形成NB-CIoT，同年9月，NB-CIoT与NB-LTE融合形成NB-IoT。2016年3月，NB-IoT Wi核心冻结，2016年6月16日，NB-IoT技术协议获得3GPP无线接入网（RAN）技术规范组会议通过，NB-IoT 规范全部冻结，标准化工作完成。NB-IoT 标准从立项到协议冻结仅用时不到8个月，成为史上建立最快的3GPP标准之一。在2016年9月完成NB-IoT性能标准制定，同时作为主导方的华为便火速推出业内第一款正式商用的 NB-IoT 芯片；在同年12月份完成NB-IoT一致性测试后，标志着NB-IoT进入商用阶段。2017年第1季度，根据“国家新一代信息技术产业规划”，NB-IoT 网络被定为信息通信业“十三五”的重点工程之一。2017 年 6 月，工业和信息化部办公厅正式下发《关于全面推进移动物联网（NB-IoT）建设发展的通知》，明确了建设与发展NB-IoT 网络的意义。2017 年12 月，全球移动通信设备供应商协会发布数据，全球已有31个商用网络，2018年6月，全球已有46个商用网络，到2018年12月，全球已有89个商用网络。这些数据无不表明基于NB-IoT技术的物联网，在全球发展不断提速，可以粗略地把 NB-IoT 发展历程概括为酝酿阶段、标准制定阶段及应用开始阶段，表1-1给出了各阶段的主要标志。
表1-1 NB-IoT发展各阶段的主要标志
NB-IoT技术作为未来5G物联网标准体系的基础，引起了整个通信产业链的广泛关注。我国NB-IoT技术发展不断取得新的突破，离不开政策、技术与市场的驱动、扶持。在NB-IoT发展初期，我国出台多项政策支持 NB-IoT 的发展，表 1-2 为 2014—2017 年中国物联网（NB-IoT）相关政策（部分）。
表1-2 2014—2017年中国物联网（NB-IoT）相关政策（部分）
① 物联网白皮书（2014 年）的官方下载网址（工业和信息化部电信研究院发文）为http：//miit.gov.cn/n1146312/n1146909/n1146991/n1648536/c3489525/part/3489526.pdf。
② 电信网编号计划（2017 年版）的官方下载网址（工业和信息化部发文）为http：//www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c5623706/content.html。
③ 关于全面推进移动物联网（NB-IoT）建设发展的通知的官方网址（工业和信息化部发文）为http：//www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757020/c5692719/content.html。
1.NB-IoT的技术特点
概括地说， NB-IoT技术有大连接、广覆盖、深穿透、低成本、低功耗五个基本特点 。
（1）大连接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50～100倍的接入数量，终端连接数可达200000个。
（2）广覆盖：一个基站可以覆盖几千米的范围，对于农村这样广覆盖需求的区域，亦可满足。
（3）深穿透：室内穿透能力强。对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用也可以适用。以井盖监测为例，使用GPRS方式时需要伸出一根天线，来往车辆极易损坏，只要部署得当，NB-IoT可以解决这一难题。
（4）低成本：体现在三个方面，一是在建设期可以复用原先的设备，成本低；二是流量费低；三是终端模块成本低（目前为5美元左右，随着大规模应用，成本还将逐步降低）。
（5）低功耗：终端工作在低功耗模式下，终端电池工作时间可长达10年之久。
2.NB-IoT与其他LPWAN技术比较
为了使读者能够更深入地理解 NB-IoT 特点，下面将从终端连接数、信号覆盖范围、成本、功耗、穿透力、数据传输速率、使用频段及频谱授权等方面，给出NB-IoT与GPRS、LoRa和SigFox等常用LPWAN技术的比较，如表1-3所示。
GPRS、LoRa和SigFox各有其自身的优缺点，相对而言，NB-IoT在LPWAN领域具有更好的表现。例如，NB-IoT在数据传输速率、覆盖面积、终端连接数量等方面优于其他三种技术。此外，在成本、功耗和穿透力等方面，NB-IoT的性能介于GPRS、LoRa和SigFox之间。
NB-IoT和LoRa作为LPWAN领域最为常用的两种通信技术，各有其适合的应用场景。NB-IoT 属于由通信运营商支撑的运营网络，终端（UE）数据通过运营商的基站直接传输到以太网，UE用户需要向通信运营商缴纳流量费。LoRa则需要自建基站以接入以太网，一般适合厂区较大、具有一定规模的企业。智能建筑、智能仪表、智能交通、自动化制造等都是NB-IoT的适用领域，LoRa只适合大厂区自建基站。简而言之，大规模的物联网应用需要NB-IoT来支撑。
表1-3 常用物联网通信技术性能指标比较
续表
① 链路预算：是指在一个通信系统中对发送端，通信链路，传播环境（大气、同轴电缆、波导、光纤等）和接收端中所有增益和衰减的核算，主要用来评估信号能成功地从发送端传送到接收端之间的最远距离及穿透能力；在同等情况下，其数值越大表示覆盖范围越大、穿透能力越强，单位为dB。
为什么 NB-IoT 会流行呢？对于这个问题，可从 社会需求的推动、原有技术的不足、运营商转型、设备商介入、政府重视 五个角度来阐述。
1.社会需求的推动
智慧城市、大数据时代已然来临，无线通信将实现万物互联，未来全球物联网连接数将达到千亿数量级，物联网正在改变人们的生活方式。物联网发展契合了人们不断提升的需求，具有极大的市场需求潜力。据市场调研机构预测，未来5～10年，物联网连接数和市场规模将进入大规模井喷式的发展阶段。由此可见，万物互联是未来社会的发展趋势，是实现传统产业改造升级和公共服务水平提升的重要环节之一。
（1）改造升级传统产业。物联网是信息产业的又一次革命性发展，将成为我国经济振兴和社会转型的战略支点；将有力带动传统产业转型的改造升级，实现经济结构的战略性调整，引发社会生产和经济发展方式的深度变革。物联网作为新兴技术，全面感知、可靠传递、智能处理的特征使其成为改造升级传统产业的最佳选择。
（2）提升公共服务水平。现代化的高速发展使得公共服务领域的需求逐步增大，城市管理、环境保护等一系列问题日益突出，物联网的迅速崛起为这些问题的解决提供了契机。以车联网为例，车联网是物联网最重要，也是最具发展潜力的应用领域之一，它可实现车与车、车与人、车与路，以及人与网络的相互连接，通过移动通信技术实现信息的同步和共享，可以有效减少交通事故，缓解城市拥堵。
2.原有技术的不足
物联网中存在大量的传感类、控制类连接需求，这些连接速率要求很低，但对功耗和成本非常敏感，且分布很广、海量，现有3G/4G技术从成本上无法满足需求；目前，虽然2G技术仍可应用于部分对功耗要求相对不高的领域，但仍有大量需求无法满足，它并不是长期发展的方案。
目前解决低功耗广域网
（Low-Power Wide-Area Network，LPWAN）的主要技术方案是利用通用分组无线服务
（GPRS）与局部的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）相结合的GPRS+WSN方法，但是该方法具有成本高、开发层次多等缺点。
3.运营商转型
运营商具有独特的网络优势和用户优势，其业务推广及产业链整合能力较强，在设备制造、系统集成、网络运营及平台供应等方面，最有可能成为物联网运营的主体。因此，运营商广泛布局物联网，对物联网的发展具有极大的推动作用。
在移动互联网浪潮的冲击之下，全球运营商正陷入语音低值化的困境，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点。万物互联已成为全球运营商、科技企业和产业联盟积极布局的重要战略方向之一。全球主流运营商将 IoT 产业作为营收增长的新引擎，传统电信企业及系统解决方案提供商发力IoT业务，互联网企业广泛布局IoT产业，产业联盟积极构建IoT生态系统。
（1）国外运营商的物联网布局。据Gartner统计，全球已有428家电信运营商正在提供或即将提供物联网服务，并且未来40%以上的新增节点连接来自物联网。在技术选择方面，阿联酋电信、韩国LG、沃达丰、德国电信、AT＆T等是NB-IoT的重量级推动者，而且部分运营商也已经开始部署SigFox、LoRa 等技术，在业务层面，运营商正通过SIM、eSIM卡实现与各行业的合作整合。
（2）国内运营商的物联网布局。三大运营商（中国电信、中国移动及中国联通）以连接管理平台为着力点，并逐步向开发平台延伸拓展。中国移动是国内最早展开物联网探索和布局的运营商，目前占据国内70%的物联网市场，从数量上来看已是全球最大的物联网运营商；中国联通在2010年成立了物联网研究院，重点关注NB-IoT；中国电信于2010年建设物联网运营支撑平台，提供以 M2M 平台为核心的物联网平台服务，加快物联网应用型业务的研发与推广。
4.设备商介入
运营商对NB-IoT商用部署的提速，意味着该产业链的相关公司将迎来投资机会，设备商、芯片商、终端厂商将先后受益。而事实上，产业链上的一些公司已开启“抢跑”模式。
芯片是 NB-IoT 的核心，全球主要的芯片设计公司早已投入研发。有三类芯片公司涉足 NB-IoT 领域，一是通信芯片公司，如高通、华为、中兴等；二是计算机芯片公司，如Intel；三是无线芯片公司，如MTK等。华为首款商用NB-IoT芯片在2017年第一季度正式量产；在 NB-IoT 芯片制造如火如荼进行的同时，产业设备商也积极融入，包括仪表公司、可穿戴设备公司等在内的几十家终端设备商都在参与华为NB-IoT芯片的合作和测试。
5.政府重视
国务院于2009年发布“感知中国”战略，拉开了我国物联网发展的序幕。随后，为了进一步促进物联网的健康发展，加强对物联网发展方向和发展重点的引导，我国政府发布了一系列扶持政策，不断促进物联网的发展。由于之前已详细介绍过政府扶持物联网NB-IoT发展的多项政策，此处不再冗余介绍，具体详情如表1-2所示。
为了积极推动物联网的发展，各地方政府也在专项规划、行动方案、土地使用、税收优惠等多个方面为物联网的发展提供支持。国家“十三五”规划纲要提出“积极推进物联网发展，推进物联网感知设施规划布局”，物联网已成为我国政府重点规划的战略项目之一。未来，在政府相关政策的驱动下，物联网必将保持健康、快速发展，并产生巨大的经济价值。
2017年6月6日，工业和信息化部办公厅正式下发《关于全面推进移动物联网（NB-IoT）建设发展的通知》，明确了建设与发展NB-IoT的意义，在NB-IoT标准、设备、芯片、模组、测试、应用、网络等方面部署了具体任务。特别是，在 NB-IoT 网络建设方面，2018年年初，实现了全国全网近40万个NB-IoT基站的建设，确保了对直辖市、省会城市及其他主要城市的覆盖；预计到2020年，全国基站规模将达到150万个，实现普遍覆盖。这就意味着，NB-IoT技术将快速落地生根、开花结果。