从蒸汽机到工厂生产线，工业革命的最初浪潮从根本上重塑了人类文明。如今，我们正站在下一个划时代转折点的风口浪尖——物联网 (IoT) 的崛起。然而，物联网革命的真正落地需要可靠的连接架构——能够为预期的数十亿传感器和终端提供广泛、可靠的覆盖。窄带物联网 (NB-IoT) 应运而生。
那么，NB-IoT 究竟是什么？这项窄带蜂窝标准提供了哪些独特功能？它与现有的物联网连接选项有何关联？让我们深入探讨。
窄带物联网 (NB-IoT) 是一种 LPWAN 由 3GPP 标准化的协议，可支持各种新型蜂窝连接物联网设备和服务。
它提供专为物联网优化的专用无线路径。顾名思义，窄带物联网使用非常窄的带宽，能够实现卓越的扩展覆盖范围，同时最大限度地延长设备电池寿命——NB-IoT 设备的电池寿命可达 10 年以上。
NB-IoT 利用 4G LTE 等授权频段，并针对物联网连接进行专门优化。通过重新分配现有蜂窝频段用于 NB-IoT，而无需重新分配频谱，移动网络运营商可以快速部署这项技术。
NB-IoT 凭借卓越的覆盖范围和极高的能效，赋能各类新型物联网设备，以极低的维护成本传输丰富的数据，从而克服了物联网大规模普及的两大关键障碍。NB-IoT 的全球部署已在快速进行，尤其是在亚洲、欧洲和北美。
NB-IoT 于 2016 年由 3GPP 第 13 版 用于在移动运营商拥有的授权频段内运行。NB-IoT 设备与网络之间的通信在指定的 200kHz 窄带内进行，而标准蜂窝连接使用的频段则要宽得多。
NB-IoT 架构由终端设备（传感器）、基站或接入点、核心网络以及应用服务器/平台组成。当无法直接访问时，可以使用网关等可选组件来连接建筑物内或地下的节点。
NB-IoT 有三种不同的部署模式，以最大限度地扩大各种基础设施的覆盖范围：
NB-IoT 利用现有的蜂窝基础设施和频谱，提供高效的物联网解决方案，并得到全球主要硬件和芯片供应商的支持。其灵活的部署模式使其能够与 2G、3G、4G、LTE-M 和 5G 等其他蜂窝技术共存。
窄带物联网 (NB-IoT) 带来了强大的连接能力，但也存在一些技术限制。了解其优势和当前的不足，有助于合理设定预期，并做出明智的决策，确定 NB-IoT 何时最适合特定应用。
窄带物联网的优势
窄带物联网的局限性
NB-IoT 采用 3GPP 为 LTE 网络定义的成熟安全框架。该框架包括设备与网络之间的相互身份验证、通过会话密钥进行无线数据加密以及签名固件更新。此外，防篡改和异常检测等其他设备级策略进一步增强了安全性。
符合 3GPP 标准的另一个好处是，NB-IoT 既支持蜂窝网络中使用的当前安全协议，也支持未来添加的任何新功能。
虽然没有任何技术能够完全免受篡改或黑客攻击，但 NB-IoT 提供了与当前移动网络相当的强大的标准化安全措施，可以防御延伸到物联网边缘设备的一系列网络威胁。
NB-IoT 具有较长的电池寿命、广泛的范围、小数据包传输和强大的安全性，是跨基础设施系统连接传感器、监视器和执行器的理想技术，可实现：
智能计量
实时远程读取燃气、电力和水的使用情况，无需人工检查。洞察有助于更好地节能和检测泄漏。NB-IoT 的低功耗和增强覆盖范围，即使在具有挑战性的环境中也能胜任。
智能城市
用于空气/水质、声音监测、垃圾箱溢流、停车位跟踪、基础设施监测以及根据环境条件和人流量进行调整的智能照明的环境传感器。
环境监测
无需大量电力或通信基础设施，即可监控农田、河流、荒野和保护区的状况、设备运行、入侵等。
智慧农业
通过 NB-IoT 连接的廉价湿度传感器、设备监测器、土壤养分测试仪可提供更好的可视性，以优化浇水、施肥和跟踪作物。
资产跟踪和管理
经济实惠的电池供电 NB-IoT 标签可监控车辆、重型机械、可返回运输物品（托盘、集装箱）和远程资产基础设施的位置和状况。
智能家居
传感器监控房间占用情况、温度、湿度、噪音、光照水平，而控制器根据条件和使用模式自动调节暖通空调、照明和电器，以提高舒适度、安全性和能源效率。
智能医疗
NB-IoT 的低功耗和广域连接特性非常适合在治疗期间通过远程监控来改善患者护理。基于 NB-IoT 的跌倒定位系统可以在高危患者尝试自行站立或移动时提前发出通知。护理人员可以收到提醒，以便及时协助患者。
NB-IoT 的应用范围几乎覆盖所有行业，从交通运输到能源、教育、零售等等。几乎所有需要长期连接进行低带宽数据传输的领域都可能适合 NB-IoT。
虽然存在其他节能的物联网网络选项，但 NB-IoT 集多种优势于一身，使其成为各种部署的领先竞争者。本文将 NB-IoT 与其他三种广泛使用的低功耗广域网络技术（LTE-M、Sigfox 和 LoRaWAN）进行比较：
NB-IoT 和 LTE-M 都是 3GPP 为物联网 (IoT) 制定的蜂窝 LPWAN 技术标准。不过，LTE-M 支持 1.4MHz 的更高带宽，峰值数据速率高达 1Mbps。与 NB-IoT 不同，LTE-M 还支持全面的移动性和语音功能。然而，尽管 LTE-M 进行了 PSM 和 eDRX 等优化，其功耗仍然更高。
总体而言，LTE-M 适用于需要更高带宽且对延迟敏感的应用，而 NB-IoT 则非常适合静态或慢速移动设备，这些设备需要发送少量非时间关键型数据。LTE-M 需要向专利持有者支付专利费，而 NB-IoT 则利用现有蜂窝频谱，从而避免了网关成本。这两个标准针对不同的物联网用例互为补充——LTE-M 适用于稳健的通信，而 NB-IoT 则适用于超低功耗。
主要区别在于，NB-IoT 在 4G LTE 等授权蜂窝频谱中运行，而 LoRa 使用 ISM 频段中的非授权频谱。这意味着 NB-IoT 受益于蜂窝网络的安全性和可靠性，而 LoRa 则具有更大的灵活性，因为任何人都可以部署自己的 LoRa 网络。
NB-IoT 也比 LoRa 具有更低的延迟和更高的吞吐量。此外，LoRa 的覆盖范围更广，功耗更低，模块成本也更低。LoRaWAN 则优先考虑降低功耗，电池寿命可达 15 年以上。
Sigfox 是另一种竞争性的 LPWAN 技术，它使用 ISM 无线电频段中的未授权频谱。它采用超窄带调制，以极低的功耗提供长距离通信。
NB-IoT 与 Sigfox 之间的一个关键区别在于，NB-IoT 比 Sigfox 具有更大的带宽、更高的数据速率和更低的延迟。NB-IoT 可提供高达 250 kbps 的吞吐量，延迟小于 10 秒。Sigfox 的最大吞吐量为 100bps，典型延迟为 1-30 秒。此外，数据传输没有返回设备的返回通道。
然而，Sigfox 在简便性和全球覆盖方面具有一些优势。Sigfox 网络更易于部署，并且已经在全球范围内实现了广泛的覆盖。NB-IoT 的覆盖范围依赖于蜂窝 LTE 的建设，因此可能更加有限。
| NB-物联网 | LTE-M | 洛拉 | Sigfox | |
| 标准化 | 3GPP | 3GPP | LoRa联盟 | ETSI |
| 带宽 | 200千赫 | 1.4 MHz | 250千赫 | 100Hz |
| 频率 | 行货 | 行货 | 未经许可 | 未经许可 |
| 数据吞吐量 | ＜ 250kbps | ＜ 1Mbps | ＜ 10kbps | ＜ 100bps |
| 延迟 | 中 | 低 | 中 | 中 |
| 流动性管理 | ❌ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 扩大覆盖范围 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 能量消耗 | 中低（高于 LoRa） | 中等（高于 NB-IoT） | 非常低 | 低 |
| 私人网络成为可能 | 没有 | 没有 | 是 | 没有 |
| 模块成本 | $ 7-12 | $ 10-15 | $ 9-12 | $ 5-10 |
| 无线电费用 | $ | $ $ $ | $ | $ |
是的——数据套餐的购买方式与智能手机类似，都是从移动运营商处购买。不过，由于流量包大小极小，每台设备每月的费用可能远低于 1 美元。不同运营商的费用会根据设备数量和数据使用情况等因素而有所不同。
当然可以——电池寿命可达到 10 年以上，从而支持完全由电池供电的终端。结合增强的覆盖范围，这可实现以往无法实现的应用。
大多数数据传输在 1-10 秒内完成。对于 1 秒以内的延迟敏感需求，LTE-M 可能更适合。