初識NB-IoT
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時間：2018.11.27
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一.背景
物聯網的無線通信技術種類繁多，大緻可以歸為兩大類：
一類是短距離通信技術：包括Zigbee、WiFi、藍牙等；另一類則被稱為廣域網通信技術，即LPWAN（low－power Wide－Area Network，低功耗廣域網）。
LPWA又可細分為兩類：一類工作于未授權頻譜下，如LoRa；另一類是工作于授權頻譜下，3GPP支援的2／3／4G蜂窩通信技術，比如EC－GSM、LTE Cat－m、NB－IoT等。
其中，NB-IoT憑借低功耗、廣覆寫、速率低、成本低等特點，成為時下最受追捧的一種無線連接配接技術。
物聯網裝置大緻歸為三類：
①無需移動性，大資料量（上行），需較寬頻段，比如城市監控攝像頭。
②移動性強，需執行頻繁切換，小資料量，比如車隊追蹤管理。
③無需移動性，或者弱移動性，小資料量，對時延不敏感，比如智能抄表。
NB-IoT正是為了應對第③種物聯網裝置而生。
二.什麼是NB-IoT
窄帶物聯網：（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）。NB-IoT建構于蜂窩網絡，隻消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網絡（2G）、UMTS（3G）網絡或LTE（4G）網絡，以降低部署成本、實作平滑更新。 NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支援低功耗裝置在廣域網的蜂窩資料連接配接，也被叫作低功耗廣域網(LPWAN)。NB-IoT支援待機時間長、對網絡連接配接要求較高裝置的高效連接配接。NB-IoT裝置電池壽命可以提高至少10年，同時還能提供非常全面的室内蜂窩資料連接配接覆寫。(百度百科)
三.NB-IoT标準化過程
①2013年初，華為與相關業内廠商、營運商展開窄帶蜂窩物聯網發展，并起名為LTE-M（LTE for Machine to Machine）。
當時，在LTE-M的技術方案選擇上，主要有兩種思路：一種是基于現有GSM演進思路（eMTC
）；另一種是華為提出的新空口思路，當時名稱為NB-M2M。
②2014年5月，由沃達豐，中國移動，法國電信營運商Orange，意大利電信，華為，諾基亞等公司支援的SI “Cellular System Support for UltraLow Complexity and Low Throughput Internet of Things”在3GPP GERAN工作組立項，LTE-M的名字由此演變為Cellular IoT，簡稱CIoT。
③2015年4月，PCG（Project Coordination Group）會議上做了一件重要的決定：CIoT在GERAN做完SI之後，WI階段要到RAN立項并完成相關協定。2015年5月，華為和高通共同宣布了一種融合的解決方案，即上行采用FDMA多址方式，下行采用OFDM多址方式，命名為NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）
④2015年8月10日，在GERAN SI階段最後一次會議，愛立信聯合幾家公司提出了NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。
⑤2015年9月，3GPP在RAN全會達成一緻，NB-CIoT和NB-LTE兩個技術方案進行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演進到了NB-IoT（Narrow Band IoT），确立NB-IoT為窄帶蜂窩物聯網的唯一标準。
⑥2016年2月，MWC NB-IoT峰會上，全球各大通信、裝置巨頭達成共識，NB-IoT是最佳的蜂窩物聯網技術，并共同推動3GPP标準盡快當機。
2016年4月，倫敦 M2M 大會上華為宣布與沃達豐成立NB-IoT開放實驗室。
2016年4月，NB-IoT實體層标準在3GPP R13當機。
2016年6月，NB-IoT核心标準正式在3GPP R13當機。
截止3月底，全球已經有4個商用NB-IoT網絡，在29個國家有超過40個試驗網絡，NB-IoT将在2018年走向規模商用。
從NB-IoT 3GPP标準正式推出，到發起NB-IoT Open Lab計劃，再到第一顆NB-IoT專用晶片的問世，2016被稱為物聯網發展史上最閃亮的一年，同時也被認為是NB-IoT的商用元年。
四．NB-IoT技術優勢
① 廣覆寫:NB-IoT在同樣的頻段下，覆寫能力将比現有網絡增益20dB，使信号能夠穿透
牆壁或地闆，覆寫更深的室内場景。
②電池壽命長:PSM (節能模式) 和eDRX(擴充不連續接收) 是NB-IoT延長電池壽命的兩大核心技術，在業内目标是在每日傳輸少量資料的情況下，使電池運作時間達到至少10年
③低成本： 網絡部署成本低NB-IoT可直接采用LTE網絡，利用現有技術和基站。此外，NB-IoT與LTE互相相容，可重複使用已有硬體裝置、共享頻譜，同時避免系統共存的問題。
裝置成本低 半雙工模式，單接收天線，低峰值速率，上下行帶寬低至180kHz，記憶體需求低 (500kByte)
④大連接配接：理想情況下，每個扇區可連接配接約5萬台裝置；假設居住密度是每平方公裡
1500戶，每戶家庭有40個裝置，這種環境下的裝置連接配接是可以實作的。
五．NB-IoT物聯網架構，資料流向
1.物聯網架構
2.資料流向
UDP協定：
MCU → NB子產品 →NB-IoT基站 →IoT平台 →（UDP伺服器） → 手機終端
COAP協定：
MCU → NB子產品 →NB-IoT基站 → IoT平台 →（COAP使用者伺服器） → 手機終端
六．NB-IoT相關技術
1.PSM & (e-)DRX
eDRX和PSM是NB-IoT的兩大省電技術，DRX(Discontinuous Reception)，即不連續接收。
手機（終端）和網絡不斷傳送資料是很費電的。如果沒有DRX，即使我們沒有用手機上網，手機也需要不斷的監聽網絡（PDCCH子幀），以保持和網絡的聯系，但是，這導緻手機耗電太快。是以，在LTE系統中設計了DRX，讓手機周期性的進入睡眠狀态（sleep state），不用時刻監聽網絡，隻在需要的時候，手機從睡眠狀态中喚醒進入wake up state後才監聽網絡，以達到省電的目的。eDRX意味着擴充DRX周期，意味着終端可睡更長時間，更省電。
PSM（Power Saving Mode），即省電模式。一些物聯網終端本來就很懶，長期睡覺，而在PSM模式下，相當于關機狀态，是以更加省電。其原理是，當終端進入空閑狀态，釋放RRC連接配接後，開始啟動定時器T3324，當T3324終止後，進入PSM模式，并啟動T3412（周期性TAU更新）。在此期間，終端停止檢測尋呼和執行任何小區/PLMN選擇或MM流程。此時，網絡無法發送資料給終端或尋呼終端，網絡與終端幾乎失聯（終端仍注冊在網絡中）。
隻有當周期性TAU更新定時器逾時後，才退出PSM模式。這個定時器可設定最大12.1天.
2.部署方式：
NB-IoT占用180KHz帶寬，這與在LTE幀結構中一個資源塊的帶寬是一樣的。是以，以下三種部署方式成為可能：
1）獨立部署（Stand alone operation）
适合用于重耕GSM頻段，GSM的信道帶寬為200KHz，這剛好為NB-IoT 180KHz帶寬辟出空間，且兩邊還有10KHz的保護間隔。
2）保護帶部署（Guard band operation）
利用LTE邊緣保護頻帶中未使用的180KHz帶寬的資源塊。
3）帶内部署（In-band operation）
利用LTE載波中間的任何資源塊。
3.雙工模式：
Release 13 NB-IoT僅支援FDD 半雙工type-B模式。
FDD意味着上行和下行在頻率上分開，UE不會同時處理接收和發送。
半雙工設計意味着隻需多一個切換器去改變發送和接收模式，比起全雙工所需的元件，成本更低廉，且可降低電池能耗。
七．NB-IoT與幾種無線技術對比
1.bluetooth 藍牙：其傳輸頻段為全球公衆通用的2.4GHz ISM頻段，提供1Mbps 的傳輸速率和10m的傳輸距離。缺點：晶片大小和價格難以下調、抗幹擾能力不強、傳輸距離太短、資訊安全問題等等。
2.Wi-Fi ：Wi-Fi也是是一種短距離無線傳輸技術，傳輸距離在20-200M，可以随時接入無線信号，移動性強，比較适合在辦公室及家庭的環境下應用。當然Wi-Fi也存在一個緻命缺點。由于Wi-Fi采用的是射頻技術，通過空氣發送和接收資料，使用無線電波傳輸資料信号，比較容易受到外界的幹擾。資料包在傳送的過程中都可以被外界檢測或接收，資訊安全是個隐患，雖然資料可以經過加密後傳輸，但在資料包足夠多的情況下，仍有被黑客破解的可能。功耗也較大。
3.Lora,zigbee:
4.eMTC增強型機器類型通信：NB-IoT、eMTC增強型機器類型通信（即LTE-M）同屬3GPP标準内的LWPAN技術，兩者的标準化程序、産業發展、現網應用等也幾乎是齊頭并進，兩者有很多相似之處，真可謂是3GPP組織下的一對雙胞胎。下表展示了兩者之間的相近之處和主要差異：
八．NB-IoT晶片/模組廠商，生态圈
九．NB-IoT營運商
，Release 13為NB-IoT指定了14個頻段。國内主要是：
中國電信的2G 3G 4G網絡分别是CDMA CDMA2000 TD-LTE和FDD-LTE
中國移動的2G 3G 4G網絡分别是GSM TD-SCDMA TD-LTE
中國聯通的2G 3G 4G網絡分别是GSM WCDMA TD-LTE和FDD-LTE