一文带你了解NB-IoT标准演进与产业发展

本文分享自华为云社区《一文带你了解NB-IoT标准演进与产业发展》，作者：万万万。

我们都知道，物联网的场景和手机、电脑在使用的传统互联网是不太一样的。那么，就无线通信场景而言，物联网有什么样的特点呢？首先，感知层的物联网设备在进行数据收发的时候，那些数据包是比较小的，并且收发的频率也是比较低的，有的时候每天只需要发送不到十个数据。其次，为了提高物联网设备的使用寿命，这些设备对能源的消耗是比较小的，所以这也要求设备在通信的时候功耗也是要比较低的。

总结起来，就是无源、小包、偶发的通信需求。基于这样的场景需求，就要求通信网络必须要是功耗低，覆盖广的，也就是LowPowerWideArea的场景。

在LPWA场景当中，当下最热门的一项技术莫过于NB-IoT通信技术。它被广泛使用于现如今的公共事业、城市管理当中，所以了解NB-IoT的技术细节以及解决方案对学习物联网就显得很重要了。

本文将带大家详细了解NB-IoT标准演进与产业发展。

NB-IoT技术标准最早是由华为和沃达丰主导提出来的，之后又吸引了高通和爱立信等一些厂家。从一开始的NB-M2M经过不断的演进和研究，在2015年的时候演进为NB-IoT，在2016的时候，NB-IoT的标准就正式被冻结了。当然，NB-IoT的标准依然在持续的演进当中，在17年的R14当中就新增了许多特性，到了R14版本，NB-IoT具有了更高的速率，同时也支持站点定位和多播业务了。在2020年7月9日最新召开的会议上，NB-IoT这项技术已经被正式接纳为5G的一部分了。

这一事件对于NB-IoT来说有一个什么样的好处呢？当NB-IoT这项技术被归为5G的标准之后，也就是说，即使是通过NB-IoT接入网络的物联网设备，最终也可以连接5G核心网，享受5G的边缘计算、网络切片等一些服务。所以，这一事件对于NB-IoT来说是非常非常重要的。但是由于现阶段的NB-IoT并不支持接入5G网络，所以该技术在后续仍需要经过不断的演化和技术的演进才能进入5G网络当中。

图1全球运营商LPWA技术选择分布

从上图可知，全球大多数的运营商在进行LPWA技术选择的时候都是先选择去部署一张NB-IoT的网络，之后再去部署一张eMTC的网络。其原因在于运营商都是倾向于先去部署一张他们本来没有的网络，因为之前没有像NB-IoT这样的网络去支持低功耗广域网的场景，并且也从来没有专门为了设备去设计一张网络供物联网终端设备来使用。

之前所使用的运营商网络其实都是给人来使用的，为了方便人们的通信，所拥有的语音通信以及越来越高的传输速率等等。但是NB-IoT不一样，这张网络速率是非常慢的，人类去使用的话体验肯定是非常差的，但是这张网络对于底层的设备来说是非常合适的。原因之一是因为覆盖范围非常广，另一个原因是能耗低，速率低等。至于eMTC这张网络，它的速率相对于NB-IoT是要高的，并且还支持语音通信，所以它与用户现在正在使用的2G网络是比较相近的。所以在2G网络退网之后，运营商就可以选择使用eMTC去代替2G网络来进行使用，这就是大部分运营商选择先部署NB-IoT网络再部署eMTC网络的原因。

对于运营商来说，除了有选择技术的问题之外，另一个就是频谱选择的问题，因为这是一个避不开的问题。如果要满足低功率广域网的场景的话，网络的频段要够低，因为它既要满足广覆盖，还要满足网络的穿透性。大部分感知层的物联网设备，像气表、水表等，它们是被放在厨房的柜子里的，相当于是被层层遮蔽的，如果网络穿透力不够的话是没有办法跟设备进行连接的。

图2全球运营商NB-IoT频谱选择

同时，频段越低穿透性越强，频段越高穿透性越弱。所以由图2可以看到，对于运营商来讲，他们相当于把最合适的一部分频段都拿出来了。所以大部分的运营商都是在700到900M这一部分也就是SubG频段来进行部署。当然，也有少数的部分像中国联通他有一部分是放在1800M。所以在上文中提到的，NB-IoT网络主要是部署在SubG频段的，而不是说全部都是在SubG频段原因就在于此。

另外，由于NB-IoT的网络是基于4GLTE的网络的。所以运营商会在4G的基站中选择一部分基站去做软件升级来作为NB-IoT的基站。但是中国联通不一样，因为中国联通的4G基站就是基于3G基站升级得到的。所以就相当于它可以直接使用3G1800MHz的基站升级得到NB-IoT的基站，所以联通经过基站平滑升级之后，就直接在1800M使用NB-IoT网络，节省了很大的成本。这也就是为什么中国联通可以在1800MHz部署NB-IoT网络。

除了网络技术，基站和频段之外，如果想要使用这个网络也得有支持设备与基站连接的芯片。所以华为早在R13就推出了Boudica120芯片，由于它推出的比较早，所以芯片的功能并不是特别强，只支持SubG频段，并且也不支持移动性这些在R14才演进的特性。所以基于R14的一些新特性，华为又推出了Boudica150芯片来满足新特性的使用。

图3NB-IoT产业生态

图3为NB-IoT技术的应用情况，其实NB-IoT所涉及的领域是比较多的。像水表、气表、路灯、智能停车等等应用当中都有涉及。

LoRa和NB-IoT同样都属于LPWAN（低功率广域网络），是对目前网络通信的补充，主要用于物联网领域，例如“共享单车”“智慧农业”等领域。他们共同的特点是“覆盖范围广”、“低功耗，待机时间长”、“布置成本低”，技术本身是没有“优劣之分”的，主要是应用的区别。NB-IoT利用的是运营商专有频谱，是需要给运营商定期交钱的，LoRa需要自己进行网络建设，但是建成之后不需要再交钱，所以2017年开始国内3家运营商都开始建设NB-IoT网络，当时工信部的发文是要“到2020年，NB-IoT网络实现全国普遍覆盖”，本来以为NB-IoT网络会在国内大获全胜，可是现在已经2019年底了，3家运营商对NB-IoT网络的建设都已经减缓。因为NB-IoT的基站不像手机基站那样只要有人的地方就要覆盖的，一般是在有需要的地方才覆盖，运营商也要算投入产出比，所以目前实施的NB-IoT项目很多都发现网络覆盖不够好，还有很多的项目运营商会转用2G网络去代替NB-IoT。对于很多需要LPWAN的应用，如智慧农业、智慧电网等覆盖范围非常广、传输点位不多的项目，运营商是不会去专门建基站的，这种情况就非常适合用户自己利用LoRa去建设物联网络。个人认为LoRa会比较适合物理网应用，但是NB-IoT和LoRa会在非常长的时间里边共存，直到下一次的技术革新。

2017年应该算是物联网的元年，也是真正发展的第一年。早在2015年的时候，一些咨询公司对物联网卡这个行业未来做了一个预估，表示到2020年全球的设备连接数能够到500亿，中国将占据20%的份额，市场规模将达到1万亿元。然而在2017年，仅仅是国内的物联网市场规模就已经超了1万亿元，所以说物联网发展壮大的速度是远远超过我们的预期。
在物联网行业，有一个名词我们经常可以听到，那就是NB-IoT。那到底什么是NB-IoT？NB-IoT俗称叫窄带物联网，其中的NB就是Narrow Band，窄带的意思。行业里有人说只有NB-IoT开始真正商用的时候，物联网才算真正开始发展。
这句话其实是有一定的道理，这需要从当前物联网行业的痛点和NB-IoT可以实现的功能来进行阐述。先说痛点，除了核心的技术之外，在实际使用的过程中，物联网行业这个设备有两个痛点：第一，物联网当前是一个2G/4G网络为主，许多地方它没有什么信号，比如说智能水电气表、共享单车、智能井盖、智能报警设施等这样一些设备，只要是放在外面的，靠电池供电的这么一些东西，几乎都是2G的网络，实际使用的时候，比如水电气表，有的是在地下室里面，有的是在一些角落的地方，这些地方有可能2G都信号比较弱，导致无法正常的能够进行数据回传。第一个痛点是设备能耗比较高，这个很好理解，比如说老人防丢的设备、智能的水电气表，市政设施等等，这样的终端电池顶多用1~2年，这还是在使用频率非常低的情况之下，像有的地方要求电表必须一天搜集一次数据的，可能几个月它就没电了。
NB-IoT
再说说NB-IoT的功能优势。
第一覆盖广。所谓窄带物联网就是说贷款很低，NB-IoT的最高带宽只有180KB，因此它的覆盖能力更广，可以轻松地穿透地下墙壁或车库等角落。根据测试穿透到地下一米是可以的，所以说水泥地表那都不是事。
第二能耗低。根据某设计院的测试表明，窄带物联网的设备能耗是其他设备的1/6~1/10，这就意味着以前只能用1~2年的设备，在窄带物联网的使用环境之下，可以用6~10年。比如说水电气表现在是7年换一次，完全就可以实现中途不更换了。
第三、连接数更多，与现有的技术相比，窄带物联网可以实现提升50~100倍接入数的这么一个能力。也就是说以前能容纳1万台设备同时工作，NB-IoT这样一个网络，现在能够容纳100万台，这是一个超级大的飞跃，所以NB-IoT的到来对于物联网来说完全是革命性的。
最后，NB-IoT是需要使用NB专用物联网卡（也称物联卡/SIM卡）的。
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