關于NB-IoT，你需要了解的一切

關于NB-IoT，你需要了解的一切

從蒸汽機到工廠生產(chǎn)線，工業(yè)革命的第一波浪潮從根本上重塑了人類文明。今天，我們正站在下一個時代定義轉變的風口浪尖——物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的興起。然而，為了真正實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)革命，需要一種可靠的連接結構——一種能夠為預期的數(shù)十億個傳感器和端點提供廣泛、可靠的覆蓋范圍的結構。這就是NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))發(fā)揮作用的地方。

那么NB-IoT到底是什么？這種NB-IoT標準提供哪些獨特功能？它與現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)連接選項有何關系？讓我們深入了解一下。

什么是NB-IoT？

NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))是3GPP標準化的LPWAN協(xié)議，用于支持各種新型蜂窩連接物聯(lián)網(wǎng)設備和服務。

它提供了針對物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的專用無線路徑。顧名思義，NB-IoT使用非常窄的帶寬，可以實現(xiàn)出色的擴展覆蓋范圍，同時最大限度地延長設備的電池壽命，長達10年。

NB-IoT利用4GLTE頻段等許可頻段，專門針對物聯(lián)網(wǎng)連接對其進行優(yōu)化。通過重新調整現(xiàn)有蜂窩頻段以供NB-IoT使用，而不需要新的頻譜分配，移動網(wǎng)絡運營商可以快速部署該技術。

憑借出色的覆蓋范圍擴展和極高的能源效率，NB-IoT使各種新型物聯(lián)網(wǎng)設備能夠以最低的維護成本提供豐富的數(shù)據(jù)，克服了大規(guī)模采用物聯(lián)網(wǎng)的兩個關鍵障礙。快速的全球部署已經(jīng)開始，特別是在亞洲、歐洲和北美。

NB-IoT架構及其工作原理

2016年，3GPP在第13版中對NB-IoT進行了標準化，允許在移動運營商擁有的許可頻段內運行。NB-IoT設備和網(wǎng)絡之間的通信發(fā)生在指定的200kHz窄帶內，而標準蜂窩連接使用的頻帶要寬得多。

NB-IoT架構由終端設備（傳感器）、基站或接入點、核心網(wǎng)絡和應用服務器/平臺組成。當無法直接訪問時，可以使用網(wǎng)關等可選組件來連接建筑物內或地下的節(jié)點。

NB-IoT具有三種不同的部署模式，可最大限度地擴大各種基礎設施的覆蓋范圍：

通過利用現(xiàn)有的蜂窩基礎設施和頻譜，NB-IoT提供了受全球主要硬件和芯片組供應商支持的高效物聯(lián)網(wǎng)解決方案。通過其靈活的部署模型，其可以與2G、3G、4G、LTE-M和5G等其他蜂窩技術共存。

NB-IoT的優(yōu)點和局限性

NB-IoT帶來了巨大的連接能力，但也存在一些技術限制。了解NB-IoT的優(yōu)點和當前缺點，可以正確設定期望，并就NB-IoT何時最適合應用做出明智的決定。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)點

NB-IoT的局限性

NB-IoT安全嗎？是否會被黑客攻擊？

NB-IoT利用3GPP為LTE網(wǎng)絡定義的經(jīng)過驗證的安全框架。這包括設備和網(wǎng)絡之間的相互身份驗證、通過會話密鑰對數(shù)據(jù)進行無線加密，以及簽名的固件更新。其他設備級策略，如防篡改和異常檢測，進一步加強了安全性。

符合3GPP標準的另一個好處是，NB-IoT既支持蜂窩網(wǎng)絡中使用的當前安全協(xié)議，也支持未來添加的任何新功能。

雖然沒有任何技術能夠完全免受篡改或黑客攻擊，但NB-IoT提供了與當前移動網(wǎng)絡相當?shù)膹姶髽藴驶踩胧苑乐寡由斓轿锫?lián)網(wǎng)邊緣設備的一系列網(wǎng)絡威脅。

NB-IoT的關鍵用例和應用

憑借其長電池壽命、廣泛的范圍、小數(shù)據(jù)包傳輸和強大的安全性，NB-IoT是跨基礎設施系統(tǒng)連接傳感器、監(jiān)視器和執(zhí)行器的理想技術，以實現(xiàn)：

智能電表

實時遠程讀取燃氣、電力、水的使用情況，無需人工檢查。洞察實現(xiàn)更好的節(jié)能和泄漏檢測。NB-IoT的低功耗和增強的范圍甚至適合具有挑戰(zhàn)性的位置。

智慧城市

環(huán)境傳感器用于空氣/水質、聲音監(jiān)控、垃圾箱溢出、停車位跟蹤、基礎設施監(jiān)控，以及根據(jù)環(huán)境條件和人流進行調整的智能照明。

環(huán)境監(jiān)測

無需大量電力或通信基礎設施，即可監(jiān)控農田、河流、荒野和保護區(qū)的狀況、設備操作、入侵等。

智慧農業(yè)

通過NB-IoT連接的廉價濕度傳感器、設備監(jiān)視器、土壤養(yǎng)分測試儀可提供更好的可視性，以優(yōu)化澆水、施肥和跟蹤作物。

資產(chǎn)跟蹤和管理

經(jīng)濟實惠的電池供電NB-IoT標簽可監(jiān)控車輛、重型機械、可回收運輸物品（托盤、集裝箱）和遠程資產(chǎn)基礎設施的位置和狀況。

智能家居

傳感器監(jiān)控房間占用情況、溫度、濕度、噪音、光照水平，而控制器則根據(jù)條件和使用模式自動調節(jié)暖通空調、照明和電器，以提高舒適度、安全性和能源效率。

智慧醫(yī)療

NB-IoT的低功耗需求和廣域連接非常適合通過治療期間的遠程監(jiān)控來改善患者護理。如果高?；颊邍L試自行站立或移動，基于NB-IoT的跌倒定位系統(tǒng)可以盡早發(fā)出通知。可以提醒護理人員及時幫助患者。

這些應用幾乎擴展到每個行業(yè)，從交通運輸?shù)侥茉?、教育、零售，等等。幾乎任何需要長期連接以進行低帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)臇|西都可能適合NB-IoT。

NB-IoT與其他LPWAN的比較

盡管存在其他節(jié)能的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡選項，但NB-IoT結合了多種優(yōu)勢，使其成為各種部署的領先競爭者。下面將NB-IoT與其他三種廣泛使用的低功耗廣域網(wǎng)技術（LTE-M、Sigfox和LoRaWAN）進行比較：

NB-IoT與LTE-M

NB-IoT和LTE-M都是3GPP針對物聯(lián)網(wǎng)標準化的蜂窩LPWAN技術。然而，LTE-M支持1.4MHz的更高帶寬，峰值數(shù)據(jù)速率更快，高達1Mbps。與NB-IoT不同，LTE-M還支持全面的移動性和語音支持。但代價是，盡管進行了PSM和eDRX等優(yōu)化，LTE-M仍會消耗更多電量。

總體而言，LTE-M適合需要更高帶寬的延遲敏感型應用，而NB-IoT非常適合發(fā)送少量非時間關鍵數(shù)據(jù)的靜態(tài)或慢速移動設備。LTE-M需要向專利持有者支付專利使用費，但NB-IoT通過利用現(xiàn)有的蜂窩頻譜來避免網(wǎng)關成本。這些標準對于不同的物聯(lián)網(wǎng)用例是互補的——LTE-M用于穩(wěn)定通信，NB-IoT用于超節(jié)能。

NB-IoT與LoRa

主要區(qū)別在于，NB-IoT在4GLTE等許可蜂窩頻譜中運行，而LoRa使用ISM頻段中的非許可頻譜。這意味著NB-IoT受益于蜂窩網(wǎng)絡的安全性和可靠性，而LoRa則提供了更大的靈活性，因為任何人都可以部署自己的LoRa網(wǎng)絡。

與LoRa相比，NB-IoT還具有更低的延遲和更高的吞吐量。然而，LoRa具有更遠的范圍、更低的功耗和更低的模塊成本。LoRaWAN優(yōu)先考慮最大限度地降低功耗，實現(xiàn)長達15年以上的電池壽命。

NB-IoT與Sigfox

Sigfox是另一種與之競爭的LPWAN技術，它使用ISM無線電頻段中的未經(jīng)許可的頻譜。它使用超窄帶調制來提供遠距離通信，同時使用很少的功率。

NB-IoT和Sigfox之間的主要區(qū)別在于，與Sigfox相比，NB-IoT具有更大的帶寬、更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲。NB-IoT可以提供高達250kbps的吞吐量，延遲小于10秒。Sigfox的最大吞吐量為100bps，典型延遲為1-30秒。數(shù)據(jù)傳輸也沒有返回設備的返回通道。

然而，Sigfox在簡單性和全球覆蓋方面具有一些優(yōu)勢。Sigfox網(wǎng)絡更易于部署，并且已經(jīng)在全球范圍內實現(xiàn)了廣泛的覆蓋。NB-IoT覆蓋范圍取決于蜂窩LTE建設，因此可能更加有限。

常見問題解答

1、使用NB-IoT需要付費嗎？

答：需要。數(shù)據(jù)套餐是從移動運營商處購買的，類似于智能手機。然而，考慮到數(shù)據(jù)包很小，每臺設備每月的成本可能遠低于1美元。運營商之間的費用根據(jù)設備數(shù)量和數(shù)據(jù)使用等因素而有所不同。

2、NB-IoT是否注重能源效率？

答：是的。電池壽命可達到10年以上，允許完全由電池供電的端點。與增強的覆蓋范圍相結合，這使得以前不可能的應用成為可能。

3、NB-IoT傳輸?shù)难舆t率是多少？

答：大多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸在1-10秒內完成。對于1秒以下的延遲敏感需求，LTE-M可能更適合。

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