1.3 为什么NB-IoT会出现

物联网实现的基础之一在于数据的传输，不同的物联网业务对数据传输能力和实时性都有着不同要求。

根据传输速率的不同，可将物联网业务区分为高速、中速和低速业务。

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。

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，对网络传输速率的要求远不及高速率业务。

低速率业务：业界将低速率业务市场归纳为LPWAN市场，即低功耗广域网。目前还没有对应的蜂窝技术，多数情况下通过GPRS技术实现，从而带来了成本高的问题，影响低速率业务普及度。

也就是说，目前急需开拓低速率业务市场，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率很低，但汇集起来的总数却很可观，收集这些数据用于各类用途，比如改善城市设备的配置等。

NB-IoT是一种新的窄带蜂窝通信技术，可以帮助我们解决这个问题。

2013年，沃达丰与华为携手开始了新型通信标准的研究，起初他们将该通信技术称为“NB-M2M（LTE for Machine to Machine）”。

2014年5月，3GPP的GERAN组成立了新的研究项目——“FS_IoT_LC”，该项目主要研究新型的无线电接入网系统，“NB-M2M”成为该项目的研究方向之一。稍后，高通公司提交了“NB-OFDM”（Narrow Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing，窄带正交频分复用）的技术方案。

2015年5月，“NB-M2M”方案和“NB-OFDM”方案融合成为“NB-CIoT”（Narrow Band Cellular IoT）。该方案的融合之处主要在于：通信上行采用FDMA多址方式，而下行采用OFDM多址方式。

2015年7月，爱立信联合中兴、诺基亚等公司，提出了“NB-LTE”（Narrow Band LTE）的技术方案。

在2015年9月的RAN#69次全会上，经过激烈的讨论和协商，各方案的主导者将两个技术方案（“NB-CIoT”和“NB-LTE”）进行了融合，3GPP对统一后的标准工作进行了立项。该标准作为统一的国际标准，称为“NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网”。自此，“NB M2M”“NB-OFDM”“NB-CIoT”“NB-LTE”都成为历史。

2016年6月，NB-IoT的核心标准作为物联网专有协议，在3GPP Rel-13被冻结。同年9月，完成NB-IoT性能部分的标准制定。2017年1月，完成NB-IoT一致性测试部分的标准制定。

促成这几种低功耗蜂窝技术“结盟”的关键，并不仅仅是日益增长的商业诉求，还有其他新生的（非授权频段）低功耗接入技术的威胁。LoRa、SIGFOX、RPMA等新兴接入技术的出现，促成了3PGG中相关成员企业和组织的抱团发展。

和其竞争对手一样，NB-IoT着眼于低功耗、广域覆盖的通信应用。终端的通信机制相对简单，无线通信的耗电量相对较低，适合小数据量、低频率（低吞吐率）的信息上传，信号覆盖的范围则与普通的移动网络技术基本一样，行业内将此类技术统称为“LPWAN技术”。

NB-IoT针对M2M通信场景对原有的4G网络进行了技术优化，适当地平衡网络特性和终端特性，以适应物联网应用的需求。

在“距离、品质、特性”和“能耗、成本”中，保证“距离”上的广域覆盖，一定程度地降低“品质”（例如采用半双工的通信模式，不支持高带宽的数据传送），减少“特性”（例如不支持切换，即连接态的移动性管理）。

网络特性“缩水”的好处就是：同时也降低了终端的通信“能耗”，并可以通过简化通信模块的复杂度来降低“成本”（例如简化通信链路层的处理算法）。

所以说，为了满足部分物联网终端的个性要求（低能耗、低成本），网络做出了“妥协”。NB-IoT是“牺牲”了一些网络特性，满足物联网中不同以往的应用需要。

最初，NB-IoT的规范是针对静态的应用场景（如智能抄表）设计的，所以在Rel-13版本（2016年6月）中，它并不支持连接状态下的移动性管理，即不支持“无线切换”。在随后的Rel-14版本中，NB-IoT会支持基站小区间的切换，保证业务在移动状态下的连续性。

从NB-IoT的特性中可以看出，NB-IoT通过“信号增强”“寻呼优化”加强了通信覆盖的深度。主要通过三个方面“照顾”终端对低耗电、低成本的要求：

① 引入了低功耗的“睡眠”模式（PSM、eDRX）；

② 降低了对通信品质的要求，简化了终端设计（半双工模式、协议栈简化等）；

③ 通过两种功能优化模式（CP模式、UP模式）简化流程，减少了终端和网络的交互量。

这些对广域移动通信技术的“优化”设计，使得NB-IoT更加适合于部分物联网的场景应用，也就是LPWAN类型的应用。并且由于引入了睡眠模式，降低了通信品质的要求（主要是实时性要求），NB-IoT的基站比传统基站能够接入更多的（承载LPWAN业务的）终端。

采用NB-IoT的终端可以在满足低功耗的需求下，用于较高密度部署、低频次数据采集的应用（包括固定位置的抄表、仓储和物流管理、城市公共设置的信息采集等），或者是较低密度部署、长距离通信连接的应用（包括农情监控、地质水文监测等）。

当然，作为一种LPWAN技术，NB-IoT有其固有的局限性，它显然并不适用于要求低时延、高可靠性的业务（车联网、远程医疗），而且中等需求的业务（智能穿戴设备、智能家居）对于它来说也稍显“吃力”。

在物联网技术生态中，没有一种通信接入技术能够适用所有的应用场景，各种接入技术之间存在一定的互补效应，NB-IoT能够依靠其技术特性在物联网领域中占据着一席之地。