1.1 窄带物联网NB-IoT简介

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。

1.1.1 物联网连接的分类

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。

1.1.2 NB-IoT的起源及简明发展历程

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。

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）。

1.1.3 NB-IoT技术特点及其与其他LPWAN技术比较

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。

1.1.4 为什么NB-IoT会流行

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。 oiAOzSbLGvttsLq1XaDvsTQOQJg3iF6NmTl2eg4mhJAFOizzZql//gldFEZTpR8M