從蒸汽機到工廠生產線，工業革命的最初浪潮從根本上重塑了人類文明。如今，我們正站在下一個劃時代轉折點的風口浪尖——物聯網 (IoT) 的崛起。然而，物聯網革命的真正落地需要可靠的連接架構——能夠為預期的數十億感測器和終端提供廣泛、可靠的覆蓋範圍。窄頻物聯網 (NB-IoT) 應運而生。
那麼，NB-IoT 究竟是什麼呢？這項窄頻蜂窩標準提供了哪些獨特功能？它與現有的物聯網連接選項有何關聯？讓我們深入探討。
窄頻物聯網 (NB-IoT) 是一種 廣域網 由 3GPP 標準化的協議，可支援各種新型蜂窩連接物聯網設備和服務。
它提供專為物聯網優化的專用無線路徑。顧名思義，窄頻物聯網使用非常窄的頻寬，能夠實現卓越的擴展覆蓋範圍，同時最大限度地延長設備電池壽命——NB-IoT 設備的電池壽命可達 10 年以上。
NB-IoT 利用 4G LTE 等授權頻段，並針對物聯網連線進行專門最佳化。透過重新分配現有蜂窩頻段用於 NB-IoT，而無需重新分配頻譜，行動網路營運商可以快速部署這項技術。
NB-IoT 憑藉卓越的覆蓋範圍和極高的能效，賦能各類新型物聯網設備，以極低的維護成本傳輸豐富的數據，從而克服了物聯網大規模普及的兩大關鍵障礙。 NB-IoT 的全球部署已在快速進行，尤其是在亞洲、歐洲和北美。
NB-IoT 於 2016 年由 3GPP 第 13 版 用於在行動電信商擁有的授權頻段內運作。 NB-IoT 設備與網路之間的通訊在指定的 200kHz 窄帶內進行，而標準蜂窩連接使用的頻段則要寬得多。
NB-IoT 架構由終端設備（感測器）、基地台或存取點、核心網路以及應用伺服器/平台組成。當無法直接存取時，可以使用網關等可選組件來連接建築物內或地下的節點。
NB-IoT 有三種不同的部署模式，以最大限度地擴大各種基礎設施的覆蓋範圍：
NB-IoT 利用現有的蜂窩基礎設施和頻譜，提供高效的物聯網解決方案，並獲得全球主要硬體和晶片供應商的支援。其靈活的部署模式使其能夠與 2G、3G、4G、LTE-M 和 5G 等其他蜂窩技術共存。
窄頻物聯網 (NB-IoT) 帶來了強大的連接能力，但也存在一些技術限制。了解其優勢和當前的不足，有助於合理設定預期，並做出明智的決策，確定 NB-IoT 何時最適合特定應用。
窄頻物聯網的優勢
窄頻物聯網的局限性
NB-IoT 採用 3GPP 為 LTE 網路定義的成熟安全框架。該框架包括設備與網路之間的相互身份驗證、透過會話金鑰進行無線資料加密以及簽署韌體更新。此外，防篡改和異常檢測等其他設備級策略進一步增強了安全性。
符合 3GPP 標準的另一個好處是，NB-IoT 既支援蜂窩網路中使用的當前安全協議，也支援未來添加的任何新功能。
雖然沒有任何技術可以完全免受篡改或駭客攻擊，但 NB-IoT 提供了與當前行動網路相當的強大的標準化安全措施，可以防禦延伸到物聯網邊緣設備的一系列網路威脅。
NB-IoT 具有較長的電池壽命、廣泛的範圍、小型資料包傳輸和強大的安全性，是跨基礎設施系統連接感測器、監視器和執行器的理想技術，可實現：
智能計量
即時遠端讀取瓦斯、電力和水的使用情況，無需人工檢查。洞察有助於更好地節能和檢測洩漏。 NB-IoT 的低功耗和增強覆蓋範圍，即使在具有挑戰性的環境中也能勝任。
智能城市
用於空氣/水質、聲音監測、垃圾箱溢流、停車位追蹤、基礎設施監測以及根據環境條件和人流量進行調整的智慧照明的環境感測器。
環境監測
無需大量電力或通訊基礎設施，即可監控農田、河流、荒野和受保護的保護區的狀況、設備操作、入侵等。
智慧農業
透過 NB-IoT 連接的廉價濕度感測器、設備監測器、土壤養分測試儀可提供更好的可視性，以優化澆水、施肥和追蹤作物。
資產跟踪和管理
經濟實惠的電池供電 NB-IoT 標籤可監控車輛、重型機械、可返回運輸物品（托盤、貨櫃）和遠端資產基礎設施的位置和狀況。
智能家居
感測器監控房間佔用情況、溫度、濕度、噪音、光照水平，而控制器則根據條件和使用模式自動調節暖通空調、照明和電器，以提高舒適度、安全性和能源效率。
智慧醫療
NB-IoT 的低功耗和廣域連接特性非常適合在治療期間透過遠端監控來改善患者護理。基於 NB-IoT 的跌倒定位系統可以在高風險患者嘗試自行站立或移動時提前發出通知。護理人員可以收到提醒，以便及時協助病人。
NB-IoT 的應用範圍幾乎涵蓋所有行業，從運輸到能源、教育、零售等等。幾乎所有需要長期連線進行低頻寬資料傳輸的領域都可能適合 NB-IoT。
雖然有其他節能的物聯網網路選項，但 NB-IoT 集多種優勢於一身，使其成為各種部署的領先競爭者。本文將 NB-IoT 與其他三種廣泛使用的低功耗廣域網路技術（LTE-M、Sigfox 和 LoRaWAN）進行比較：
NB-IoT 和 LTE-M 都是 3GPP 為物聯網 (IoT) 制定的蜂巢式 LPWAN 技術標準。不過，LTE-M 支援 1.4MHz 的更高頻寬，峰值資料速率高達 1Mbps。與 NB-IoT 不同，LTE-M 還支援全面的行動性和語音功能。然而，儘管 LTE-M 進行了 PSM 和 eDRX 等優化，其功耗仍然更高。
整體而言，LTE-M 適用於需要更高頻寬且對延遲敏感的應用，而 NB-IoT 則非常適合靜態或慢速移動設備，這些設備需要發送少量非時間關鍵型資料。 LTE-M 需要向專利持有者支付專利費，而 NB-IoT 則利用現有蜂窩頻譜，從而避免了網關成本。這兩個標準針對不同的物聯網用例互為補充——LTE-M 適用於穩健的通信，而 NB-IoT 則適用於超低功耗。
主要區別在於，NB-IoT 在 4G LTE 等授權蜂窩頻譜中運行，而 LoRa 使用 ISM 頻段中的非授權頻譜。這意味著 NB-IoT 受益於蜂窩網路的安全性和可靠性，而 LoRa 則具有更大的靈活性，因為任何人都可以部署自己的 LoRa 網路。
NB-IoT 也比 LoRa 具有更低的延遲和更高的吞吐量。此外，LoRa 的覆蓋範圍更廣，功耗更低，模組成本也更低。 LoRaWAN 則優先考慮降低功耗，電池壽命可達 15 年以上。
Sigfox 是另一種競爭性的 LPWAN 技術，它使用 ISM 無線電頻段中的未授權頻譜。它採用超窄帶調製，以極低的功耗提供長距離通訊。
NB-IoT 與 Sigfox 之間的一個關鍵區別在於，NB-IoT 比 Sigfox 具有更大的頻寬、更高的資料速率和更低的延遲。 NB-IoT 可提供高達 250 kbps 的吞吐量，延遲小於 10 秒。 Sigfox 的最大吞吐量為 100bps，典型延遲為 1-30 秒。此外，資料傳輸沒有返回設備的返回通道。
然而，Sigfox 在簡單性和全球覆蓋範圍方面具有一些優勢。 Sigfox 網路更易於部署，並且已經在全球範圍內實現了廣泛的覆蓋。 NB-IoT 的覆蓋範圍依賴於蜂窩 LTE 的建設，因此可能更加有限。
| 窄帶物聯網 | LTE-M | 洛拉 | 西格福克斯 | |
| 標準化 | 3GPP | 3GPP | 勞拉聯盟 | ETSI |
| 頻寬 | 200千赫 | 1.4 MHz | 250千赫 | 100赫茲 |
| 頻率 | 持有牌照 | 持有牌照 | 未經許可 | 未經許可 |
| 數據吞吐量 | ＜ 250kbps | ＜ 1Mbps | ＜ 10kbps | ＜ 100bps |
| 潛伏 | 媒材 | 低 | 媒材 | 媒材 |
| 流動性管理 | ❌ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 擴展覆蓋 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 電源消耗功率 | 中低（高於 LoRa） | 中（高於 NB-IoT） | 非常低 | 低 |
| 私人網路成為可能 | 沒有 | 沒有 | 可以 | 沒有 |
| 模組成本 | $ 7-12 | $ 10-15 | $ 9-12 | $ 5-10 |
| 無線電費用 | $ | $ $ $ | $ | $ |
是的－數據套餐的購買方式與智慧型手機類似，都是從行動電信商購買。不過，由於流量包大小極小，每台設備的每月費用可能遠低於 1 美元。不同業者的費用會根據設備數量和數據使用等因素而有所不同。
當然可以——電池壽命可達 10 年以上，從而支援完全由電池供電的終端。結合增強的覆蓋範圍，這可實現以往無法實現的應用。
大多數資料傳輸在 1-10 秒內完成。對於 1 秒以內的延遲敏感需求，LTE-M 可能更適合。