基于蜂窝的窄带物联网（NB-IoT）概述

    NB-IoT概述

　　基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internetof Things，NB-IoT）一种3GPP标准定义的LPWA（低功耗广域网）解决方案，是万物互联网络的一个重要分支，是一项新兴的物联网连接方式。

　　NB-IoT构建于蜂窝网络，是NB-IoT协议栈基于LTE设计，但是根据物联网的需求，去掉了一些不必要的功能，减少了协议栈处理流程的开销。因此，从协议栈的角度看，NB-IoT是新的空口协议。主要用于支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

　　NB-IOT的诞生并非偶然，寄托着电信行业对物联网市场的憧憬。其前身可以追溯至华为与沃达丰于2014年5月共同提出的NB-M2M；2015年5月融合NBOFDMA形成了NB-CIOT；7月份，NB-LTE跟NB-CIOT进一步融合形成NB-IOT；随后高通、爱立信等越来越多的行业巨头加入到这一方向的标准化研究中。

为了促进标准的统一有利于产业发展，最终3GPP在2015年9月RAN全会达成一致，确立NB-IoT为窄带蜂窝物联网的唯一标准，并立项为WorkItem开始协议撰写。2016年6月16日，NB-IoT技术协议获得了全球第三代合作伙伴计划（3GPP）无线接入网（RAN）技术规范组会议通过。从立项到协议冻结仅用时不到8个月，成为史上建立最快的3GPP标准之一。

　　物联网设备分类：

　　通常的物联网设备分为三类：一是无需移动性，大数据量（上行），需较宽频段，比如城市监控摄像头。二是移动性强，需执行频繁切换，小数据量，比如车队追踪管理。三是无需移动性，小数据量，对时延不敏感，比如智能抄表。

　　三类设备对应三种业务需求：一是高速率业务：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；二是中等速率业务：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；

　　三是低速率业务：业界将低速率业务市场归纳为LPWAN（LowPowerWideAreaNetwork）市场，即低功耗广域网到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。

　　NB-IoT正是为了应对第三种物联网设备而生，NB-IoT主要依赖于运营商的基础设施，进行协议对接。

    NB-IoT速率及省电特性

　　NB-IoT下行速率：大于160kbps，小于250kbps。上行速率：大于160kbps，小于250kbps(Multi-tone)/200kbps(Single-tone)。

　　NB-IoT可以让设备时时在线，但是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目的。在PSM模式下，终端仍旧注册在网，但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。eDRX省电技术进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动，相对于PSM，大幅度提升了下行可达性。

　　NB-IoT采用休眠唤醒的省电方案，电池在睡眠期间被唤醒时会收到瞬时的强电流，这将极大影响电池寿命。抄表类的应用通常采用锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池配合超级电容。消费类电子和其他应用通常采用聚合物锂电池来供电。

　　NB-IoT标准演变历史

　　2013年初，华为与相关业内厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展，并起名为LTE-M（LTEforMachinetoMachine）。在LTE-M的技术方案选择上，当时主要有两种思路：一种是基于现有GSM演进思路；另一种是华为提出的新空口思路，当时名称为NB-M2M。

　　2014年5月，由沃达丰，中国移动，Orange，TelecomItaly，华为，诺基亚等公司支持的SI“CellularSystemSupportforUltraLowComplexityandLowThroughputInternetofThings”在3GPPGERAN工作组立项，LTE-M的名字演变为CellularIoT，简称CIoT。

　　2015年4月，PCG（ProjectCoordinationGroup）会议上做了一件重要的决定：CIoT在GERAN做完SI之后，WI阶段要到RAN立项并完成相关协议。

　　2015年5月，华为和高通在共识的基础上，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，融合之后的方案名字叫做NB-CIoT（NarrowBandCellularIoT）。

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

　　2015年9月，RAN#69次会议上经过激烈讨论，各方最终达成了一致，NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoTWID。NB-CIoT演进到了NB-IoT（NarrowBandIoT）。

　　2016年6月16日，NB-IoTR核心协议在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四个工作组均已冻结。性能规范在3GPPRAN4工作组，计划在9月份结束。性能规范NB-IoT与eMTC同时进行，计划同时完成。