万物互联之NB-IoT技术

如今物联网技术在行业应用的比例逐年提高，渗透生产制造、交通物流、健康医疗、消费电子、零售、汽车等应用行业。万物互联的时代正以极其迅速的脚步走进我们的生活。

物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术；另一类是LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗广域网），即广域网通信技术。LPWA又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

NB-IoT

NB-IoT，你以为是Niubility Internet of Thing？不不不，NB-IoT是指窄带物联网(Narrow Band -Internet of Things)技术。

“万物互联”实现的基础之一在于数据的传输，不同的物联网业务对数据传输能力和实时性都有着不同要求。

根据传输速率的不同，可将物联网业务进行高、中、低速的区分：

• 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。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。

例如eMTC属于中等速率、高实时的物联网技术，适用于POS机、智能家电等。NB-IoT适用于低速率、高延时的物联网场景，例如智能抄表、智能停车、车辆跟踪、物流监控、智慧农林牧渔业等。 各类应用占比分布如下图所示：

由图可知，低速率的物联网应用在整个物联网市场中占比60%，拥有巨大的市场空间，目前尚处于空白状态，而NB-IoT以其具有的技术优势，特别适合低速率的物联网应用，因此受到运营商及物联网生态圈的青睐，也为运营商进入物联网市场开辟了新航道。

NB-IoT技术具备的优势

优势一：海量连接

与传统的2G/3G/4G相比，NB-IoT有50~100倍的上行容量提升，200kHz带宽下单基站小区可支持5万用户。因此，与现有无线技术相比，NB-IoT可以提升50~100倍的接入数，同时进行了海量存储和接入控制的优化，适合海量接入的场景，例如智能路灯、智能垃圾桶、智能井盖、智能水表、智能电表、智能气表等。

优势二：深度覆盖

NB-IoT无线技术提升了功率谱密度，NB-IoT比LTE提升20dB增益，即覆盖能力提升100倍，很好地实现了广域覆盖，即使在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。这解决了现有LTE无线信号难以覆盖到的问题，例如部署在楼宇、地下车库、地下室内或地下管道内的水表、电表、气表等场景。

优势三：低功耗

NB-IoT节电技术DRX（Discontinuous Reception）和PSM（Power Saving Mode），通过减少不必要的信令和在PSM状态时不接受寻呼信息来达到省电的目的，可让设备时时在线，保障电池5年以上的使用寿命。这满足了物联网设备低功耗长待机的关键需求，特别是无持续供电或无法更换电池的场景，如野生动物跟踪、恶劣条件下的传感器设备等，这些设备的待机时间通常要求5年以上。

优势四：低成本

NB-IoT核心网相对传统EPC核心网增加了“小包数据控制面传输优化、节电优化（PSM、eDRX）”，信令流程简化、大幅降低消息交互，实现NB-IoT的低移动性接入。低速率、低复杂度带来的是低成本，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，NB-IoT在射频上做了优化，模块的成本随之变低。

不过，NB-IoT仍有着自身的局限性。在成本方面，NB-IoT模组成本未来有望降至5美元之内，但目前支持蓝牙、Thread、ZigBee三种标准的芯片价格仅在2美元左右，仅支持其中一种标准的芯片价格不到1美元。巨大的价格差距无疑将让企业部署NB-IoT产生顾虑。

NB-IoT的发展史

1、2014年华为与沃达丰共同提出NB-M2M

2、2015年5月，华为和高通共同宣布了一种融合的解决方案，即上行采用FDMA多址方式，下行采用OFDM多址方式，命名为NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）。

3、2015年8月10日，在GERAN SI阶段最后一次会议，爱立信联合几家公司提出了NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。

4、2015年9月，3GPP在2015年9月的RAN全会达成一致，NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演进到了NB-IoT（Narrow Band IoT），确立NB-IoT为窄带蜂窝物联网的唯一标准。

5、2016年4月，伦敦 M2M 大会上华为宣布与沃达丰成立NB-IoT开放实验室

6、2016年4月，NB-IoT物理层标准在3GPP R13冻结。

7、2016年6月，NB-IoT核心标准正式在3GPP R13冻结。

8、2017年一季度，根据《国家新一代信息技术产业规划》，把NB-IoT网络定为信息通信业“十三五”的重点工程之一。

9、2017年4月1日，海尔、中国电信、华为三方签署战略合作协议，共同研发基于新一代NB-loT技术的物联网智慧生活方案。

10、2017年4月25日，全球移动通信设备供应商协会发布数据，目前全球仅有4张NB-IoT商用网络。但同时又指出，至少有13个国家的18家运营商规划部署或正在测试40张NB-IoT网络。

11、2017年5月，软银与爱立信合作，将在日本全面部署Cat－M1和NB－IoT网络，以期率先在日本国内推出商用蜂窝物联网业务。

12、2017年5月，中国联通上海宣布5月底完成上海市NB-IoT商用部署。上海联通在2016年上半年，建设了全球首个pre NB-IoT大规模连续覆盖区域—上海国际旅游度假区，并携手华为共同发布NB-IoT技术的智能停车解决方案。

13、2017年5月，据透露华为NB-IoT芯片Boudica 120在6月底将大规模发货。

从以上材料，我们看到NB-IoT的发展历史，同时也看到了华为在NB-IoT上所起的带头作用。一流企业做标准，这句话对通信行业来说，有高通等公司的榜样，所以华为的意图是很明显的。

NB-IoT的产业链

相对于传统产业，物联网的产业生态比较庞大，需要从纵向产业链和横向技术标准两个维度多个环节进行分析。

对于低功耗广域网络，从纵向来看，目前已形成从“底层芯片—模组—终端—运营商—应用”的完整产业链。

芯片在NB-IoT整个产业链中处于基础核心地位，现在几乎所有主流的芯片和模组厂商都有明确的NB-IoT支持计划。

从上述NB-IoT标准的演变历史上，华为和高通扮演着非常重要的角色。现在的NB-IoT就是从华为和高通融合产生的解决方案NB-CIoT演化而来的。

华为的NB-IoT策略

作为NB-IoT的积极参与者华为而言，NB-IoT是一个大战略，据说华为所有的部门都积极参与其中。

其实早在2014年，华为就斥资2500万美元收购了英国领先的蜂窝物联网芯片和解决方案提供商Neul，还计划以Neul为中心，打造一个全球级物联网。