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NB-IoT 是什么?

NB-IoT 即窄带物联网,是 IoT 领域的一种新型技术,主要聚焦于低功耗广覆盖 (LPWA) 的物联网市场,具有覆盖范围广、连接速度快、成本低等特点,可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络,有效降低成本。

NB-IoT 模块

NB-IoT 模块是一种专为低功耗广域物联网(LPWAN)设计的无线通信技术,可支持广域网中低功耗设备的蜂窝数据连接。与传统的蓝牙等短距离通信技术相比,NB-IoT 模块具有以下优势:

移动蜂窝网络的覆盖范围远大于短距离通信技术,可实现广域连接。

NB-IoT 模块可提供更可靠、更高效的数据传输,满足物联网应用对连接质量的高要求。

NB-IoT 模块可支持物联网中的大规模机器对机器(M2M)连接,是当前物联网领域主要使用的连接技术。

NB-IoT 网络延迟低,可满足诸如车联网、智慧医疗、智能家居等物联网场景中海量连接的低延迟需求。

总的来说,NB-IoT 模块为物联网设备提供了一种低功耗、广域覆盖、高可靠性的连接方式,大大拓展了物联网应用的范围和场景。凭借其独特的优势,NB-IoT 模块正在成为物联网领域不可或缺的关键技术。

NB-IoT 技术

NB-IoT (Narrowband Internet of Things) 是一种新兴的低功耗广域网(LPWAN)技术,专门为物联网(IoT)设备设计。它主要具有以下特点:

覆盖区域广

  • NB-IoT 可以提升室内的网络覆盖能力,在同样的频段下,NB-IoT 比现有网络增益 20dB,相当于将区域覆盖能力提升了 100 倍。
  • 这意味着 NB-IoT 设备可以在较远距离或信号较弱的环境中保持连接,从而实现广泛的覆盖范围。
  • 连接能力强

  • NB-IoT 一个扇区可支持高达10万个连接,这大大降低了设备连接成本和网络延迟。
  • 强大的连接能力使 NB-IoT 能够支持大规模物联网设备的部署,并持续优化网络架构以满足不断增长的连接需求。
  • 低功耗

  • 由于 NB-IoT 的功耗较低,因此设备的待机时长也相对持久。
  • NB-IoT 终端模块设备的待机时间可长达10年,这大大延长了电池寿命,降低了维护成本。
  • 低成本

    • 一般单个 NB-IoT 连接模块的成本不超过5美元,价格低廉。

    • 企业采用 NB-IoT 部署方式可以显著降低业务部署所需的资金成本。

    NB-IoT 技术的这些优势使其成为物联网应用的理想选择,尤其适用于需要广泛覆盖、大规模连接、低功耗和低成本的场景,如智能城市、智能农业、资产跟踪等。

    NB-IoT 网络

    NB-IoT 网络是一种专门为物联网(IoT)设备设计的低功耗广域网(LPWAN)技术。NB-IoT 网络的整体架构主要包括以下几个部分:

  • 行业终端:包含芯片、模组、传感器接口等,用于连接各种物联网设备和传感器。
  • NB-IoT 模块:包括无线传输接口和软 SIM 装置,用于与 NB-IoT 网络进行无线通信。
  • Single RAN(单一无线接入网):将 NB-IoT 集成到现有的 LTE 网络中,共享无线通讯资源。
  • 独立 NB-IoT 网络:新建 NB-IoT 专用的无线接入网,通过 S1-lite 接口连接到 IoT 核心网。
  • 整体式演进分组核心网(EPC):NB-IoT 设备通过现有的 EPC 接入网络。
  • 物联网核心网(IoT EPC):专门为 NB-IoT 设备设计的核心网络。
  • HLR(归属位置寄存器):用于存储 NB-IoT 设备的位置信息。
  • PCRF(策略控制和计费规则功能单元):用于控制 NB-IoT 设备的策略和计费规则。
  • M2M(物联网)平台:用于管理和控制 NB-IoT 设备。
    • 汇总和整合来自 NB-IoT 设备的数据。

    • 根据客户需求对数据进行进一步处理和分析。

    NB-IoT 网络旨在为物联网设备提供低功耗、广覆盖、低成本的连接,支持大规模物联网设备的部署和应用。NB-IoT 技术可以广泛应用于智能城市、智能家居、智能农业、智能抄表等多个领域。

    NB-IoT 应用

    NB-IoT (Narrowband Internet of Things) 是一种新兴的低功耗广域物联网技术,专为低数据率、低功耗和低成本的物联网应用而设计。以下是一些基于 NB-IoT 技术的应用场景:

    共享单车智能锁

    由于 NB-IoT 网络具有广泛的覆盖范围,用户可以在任何地方无障碍地开锁共享单车。此外,NB-IoT 的低成本特性有助于降低运营成本,促进共享单车业务的可持续发展。

    冷链运输

    NB-IoT 设备能够耐受极低温度(最低可达-40°C),因此即使在冷藏运输冰柜中也能正常工作,实时监测冷柜温度、设备健康状况等数据。这有助于确保冷链运输的安全性和可靠性。

    烟感器

    与传统烟感器相比,NB-IoT 技术可以大幅提高信号的穿透能力,覆盖建筑物内更多区域。一旦检测到烟雾浓度达到预设阈值,NB-IoT 烟感器会自动向后台发送警报通知。此外,NB-IoT 设备具有长待机时间和低功耗特性,可以有效降低烟感器的维护成本。

    NB-IoT 技术的低功耗、广覆盖、低成本等特点使其在物联网领域拥有广阔的应用前景,尤其适用于对时延要求不高、数据量较小的场景,如智能抄表、资产追踪、环境监测等。

    亚马逊云科技 IoT 服务的优势

    借助 Amazon IoT Device Management,可以将 NB-IoT 设备的名称、类型、制造年份、证书以及访问策略等设备属性安全地批量添加到 IoT 注册表中,并将这些属性分配给 NB-IoT 设备,以提升大量连接 NB-IoT 设备队列投入使用的效率。通过 NB-IoT 技术,这些低功耗广域物联网设备可以实现广泛的覆盖范围和长距离通信,从而在各种场景下实现高效的物联网连接。

    借助 Amazon IoT Device Management,可以将 NB-IoT 设备分组并管理这些组的访问策略,客户可根据业务要求和安全要求轻松追踪、运行和管理 NB-IoT 设备组。通过对 NB-IoT 设备进行分组管理,可以更好地控制和监控这些低功耗广域物联网设备的运行状态和数据传输,提高物联网应用的效率和安全性。

    Amazon IoT Device Management 可按照 NB-IoT 设备 ID、设备状态、类型、地理位置等不同属性的组合轻松查找 NB-IoT 设备,也可以快速查找特定 NB-IoT 设备以便执行操作或进行故障排除。通过高效的设备查找功能,可以及时发现和处理 NB-IoT 设备的异常情况,确保物联网应用的稳定运行。

    通过 Amazon IoT Device Management,可以远程更新现场部署的 NB-IoT 设备上运行的软件,从而确保 NB-IoT 设备始终运行最新软件。借助远程管理功能,可以减少现场维护的成本和工作量,提高 NB-IoT 设备的运维效率。

    NB-IoT 的发展历程

    NB-IoT 标准的确立

    NB-IoT 是一种专为蜂窝网络设备和服务而开发的低功耗广域网(LPWAN)无线电技术标准,由 3GPP 在 2016 年 6 月的 Release 13(LTE Advanced Pro)版本中冻结规范。NB-IoT 专注于室内覆盖、低成本、长电池寿命和高连接密度等特性。

    全球运营商部署情况

    截至 2019 年 3 月,全球移动供应商协会(GSA)宣布已有 100 多家运营商部署了 NB-IoT 或 LTE-M 网络。到 2019 年 9 月,这一数字已上升至 142 个已部署 / 已启动的网络。

    物联网开发板集成 NB-IoT

    为将 NB-IoT 集成到物联网开发板中,SODAQ 和 Ai-Thinker 等公司已推出 NB-IoT 扩展板和一体化解决方案。2023 年,比利时公司 DPTechnics 发布了一款将 ESP32-S3 与 Sequans Monarch 2 NB-IoT/LTE-M 平台相结合的物联网板。

    NB-IoT 与传统蜂窝网络的区别

    低功耗广域网络技术

    NB-IoT 是一种专门为蜂窝网络设备和服务设计的低功耗广域网络(LPWAN)无线电技术标准,由 3GPP 组织制定。与传统的蜂窝网络相比,NB-IoT 专注于室内覆盖、低成本、长电池寿命和高连接密度等特点,同时使用 LTE 标准的一个子集,带宽仅限于 200kHz 的窄带。

    调制和频谱使用

    NB-IoT 使用 OFDM 调制进行下行通信,使用 SC-FDMA 进行上行通信。相比之下,对于需要更频繁通信的 IoT 应用,LTE-M 可能更合适,因为它在授权频谱上运行,没有工作周期限制。截至 2019 年 9 月,已有 142 家运营商部署了 NB-IoT 或 LTE-M 网络。

    应用场景差异

    与传统蜂窝网络相比,NB-IoT 更适合于低功耗、低数据率、低成本的物联网应用场景。而对于需要更高带宽、更高数据吞吐量的应用,传统蜂窝网络可能更加合适。NB-IoT 的设计目标是为物联网设备提供高效、经济的连接方式,而非取代传统蜂窝网络。

    NB-IoT 的优势

    低功耗广域网络

    NB-IoT 是一种专为蜂窝网络设备和服务而开发的低功耗广域网络(LPWAN)无线电技术标准。它专注于室内覆盖、低成本、长电池寿命和高连接密度。NB-IoT 使用 LTE 标准的一个子集,但将带宽限制在 200kHz 的单个窄带上,这有助于实现上述优势。

    广泛部署和采用

    截至 2019 年 9 月,全球已有 142 家运营商部署或推出了 NB-IoT 或 LTE-M 网络。这种广泛的采用表明,NB-IoT 在满足许多物联网使用案例的需求方面具有优势。

    与 LTE-M 的区别

    与 NB-IoT 不同,需要更频繁通信的物联网应用将更适合使用 LTE-M,因为它在授权频谱上运行时没有工作周期限制。

    适用于低带宽物联网应用

    NB-IoT 的窄带特性使其非常适合低带宽的物联网应用,如远程计量、资产跟踪和智能城市应用等。这些应用通常不需要频繁的数据传输,但需要广泛的覆盖范围和长电池寿命。

    NB-IoT 与其他 LPWAN 技术的对比

    NB-IoT 与其他 LPWAN 技术的区别

    NB-IoT 是一种由 3GPP 针对蜂窝网络设备和服务开发的低功耗广域网(LPWAN)无线技术标准。它专注于室内覆盖、低成本、长电池寿命和高连接密度。NB-IoT 使用 LTE 标准的一个子集,将带宽限制在单个 200kHz 的窄带上,并使用 OFDM 调制用于下行通信,SC-FDMA 用于上行通信。

    与其他 LPWAN 技术的比较

    与 NB-IoT 相比,其他 LPWAN 技术如 LoRa、DASH7、RPMA 和 Weightless 在覆盖范围和应用场景上存在一些差异。LoRa 在城市地区的覆盖范围可达 3 英里,农村地区可达 10 英里;DASH7 的覆盖范围可达 2 公里。RPMA 基于 CDMA 技术的变体,使用 2.4GHz 的非授权频谱,而 Weightless 是另一种 LPWAN 协议。

    与 LTE-M 的比较

    对于需要更频繁通信的 IoT 应用程序,LTE-M 可能是更好的选择,因为它在授权频谱上运行,没有工作周期限制,相比之下 NB-IoT 存在这一限制。截至 2019 年 9 月,全球已有 142 家运营商部署或推出了 NB-IoT 或 LTE-M 网络。

    应用场景

    NB-IoT 的低功耗、低成本和高连接密度特性使其非常适合于智能城市、智能家居、智能计量等物联网应用场景。与其他 LPWAN 技术相比,NB-IoT 在室内覆盖和连接密度方面具有优势,但在覆盖范围上可能略逊于某些技术。

    NB-IoT 的工作原理

    窄带技术

    NB-IoT 使用 200kHz 的窄带宽,这种可以提高信号覆盖范围和穿透能力,适合室内和地下环境。

    低功耗设计

    NB-IoT 设备采用,电池可使用数年,有利于大规模部署物联网设备。

    蜂窝网络兼容

    NB-IoT 基于 LTE 标准演进而来,可与现有蜂窝网络无缝集成,降低部署成本。

    大连接密度

    NB-IoT 支持每平方公里连接数十万个设备,满足大规模物联网连接需求。

    上下行通信

    NB-IoT 使用 OFDM 调制进行下行通信,SC-FDMA 调制进行上行通信。

    专注物联网场景

    NB-IoT 专注于物联网应用场景,如室内覆盖、低功耗、低成本和高连接密度等需求。

    NB-IoT 设备的功耗管理方法

    NB-IoT 是一种专为低功耗广域物联网设备设计的蜂窝无线通信技术。它采用了一些特殊的功耗管理方法来延长设备的电池寿命。首先,NB-IoT 使用了窄带 200kHz 的载波,相比传统的宽带载波,窄带载波可以大幅降低设备的发射功率。其次,NB-IoT 支持扩展的不连续接收(eDRX)模式,允许设备在较长时间内保持睡眠状态,只在特定时间窗口内短暂唤醒以接收数据,从而节省大量电量。此外,NB-IoT 还采用了省电模式(PSM),在设备长时间不活动时,可以将其置于类似于深度睡眠的超低功耗状态,仅保留最低限度的监听功能。通过这些功耗管理机制,NB-IoT 设备的电池寿命可以延长至数年,满足大多数物联网应用场景的需求。

    NB-IoT 的安全性保证

    NB-IoT(窄带物联网)设备由于其持续连接和潜在的软件漏洞,引入了额外的安全风险。为了解决这些风险,在网络基础设施上实施健全的安全策略至关重要,以评估和减轻不同物联网设备带来的潜在威胁。数据安全对于保护传输中和静态数据都至关重要,开发人员可以使用加密和隔离备份等保护措施来确保运营弹性,防御数据泄露。应用程序安全需要在设计、开发和测试阶段加强应用程序的保护,防止未经授权的操作,安全编码实践可以帮助防止增加安全风险的漏洞。端点安全解决了用户远程访问组织网络时产生的安全风险,端点安全保护会扫描单个设备的文件并在检测到威胁时进行缓解。总的来说,健全的云安全策略涉及云供应商和组织之间的共同责任模式,双方都需采取必要措施来保护数据和应用程序,确保 NB-IoT 的安全性。

    NB-IoT 的部署挑战

    NB-IoT 是一种利用窄带物联网技术在现有 LTE 网络上部署的低功耗广域物联网解决方案。它使用 200kHz 的窄带宽,在下行链路采用 OFDM 调制,上行链路采用 SC-FDMA 调制。与 LTE-M 相比,NB-IoT 的通信频率较低,适合低功耗、低数据率的物联网应用场景,但对于需要频繁通信的应用则不太适合。尽管 NB-IoT 网络部署已经在全球范围内展开,但具体的部署挑战尚未有详细披露。NB-IoT 作为窄带物联网技术,在网络覆盖、终端成本、功耗管理等方面可能会面临一些挑战,需要运营商和设备厂商共同努力来解决。

    NB-IoT 的未来发展趋势

    NB-IoT 技术自 2016 年在 3GPP Release 13 中标准化以来,发展势头良好,得到了广泛采用。以下是 NB-IoT 未来发展的几个趋势

    集成硬件解决方案不断涌现

    随着 NB-IoT 技术的成熟,各种集成的硬件解决方案开始出现。2018 年,首批 NB-IoT 数据记录器和其他认证设备进入市场。一些公司如 SODAQ 开发了 NB-IoT 制造板,并与 u-blox 等模块制造商合作,为 IoT 应用创建集成的 NB-IoT 和 LTE-M 解决方案。

    消费级 NB-IoT 产品日益普及

    2021 年,中国制造商 Ai-Thinker 推出了一款面向大众的廉价 NB-IoT 一体化解决方案。最近在 2023 年,比利时公司 DPTechnics 发布了一款集成 ESP32-S3 和 Sequans Monarch 2 NB-IoT/LTE-M 平台的 IoT 板,专注于长期可用性,并包括 GNSS 接收器。

    NB-IoT 技术持续融合创新

    这些数据表明,NB-IoT 技术正在不断发展,新的集成硬件解决方案和更实惠的选择正在进入商业和消费级 IoT 市场。这预示着 NB-IoT 在未来将获得更广泛的采用和整合。

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