編輯導語：隨著科技的發展，除了我們平常用到的網絡之外，還有一個連接設備與設備之間的物聯網；它把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與網際網路連接起來，實現智能化識別和管理；本文作者分享了關於物聯網LPWA通信技術，我們一起來看一下。
01 什麼是NB-IoT？
要明白什麼是NB-IOT，我們首先要了解什麼是低功耗廣域網，它的英文全稱為Low Power Wide Area Network（簡寫：LPWAN) ，即低功耗廣域網絡，是區別於我們日常所熟知的3-4-5G遠距離通訊網絡；它是一種遠距離低功耗的無線通信網絡技術，主要包含NB-IOT、LoRa、Sigfox、eMTC四種，其中NB-IOT、LoRa近年來備受市場的關注和追捧尤其是NB-IOT。
我們都知道物聯網是萬物互聯，隨著我們第6版網際網路協議（IPv6）的誕生，支持2^128個網絡地址，就意味著地球上每平方英寸可分配4.3×10^20網絡地址，而這為每一個物聯設備尤其是傳感器都能分配一個網絡地址掃除了障礙。
未來每一個設備都能夠基於自己的網絡地址實現「上網」、與其他設備「交流」，我們日常接觸的3-4-5G，主要是用於人與人之間的網絡通訊；而LPWAN存在的意義我們可以理解為，為設備之間的通訊打好通信網絡基礎，而且這種通訊技術具有網絡覆蓋範圍廣、終端功耗低等特點比較適合大規模的物聯網應用部署。
說完LPWAN，開始來介紹其中的主角，NB-IOT。
NB-IOT全稱之為Narrow Band-Internet of Things，窄帶物聯網；基於蜂窩網絡，可直接部署於GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，部署成本低；它的傳輸距離可達十幾公裡，每個網絡單元可以支持接入50，000個設備終端。
速度方面，NB-IoT的頻射網絡帶寬為200kHz。傳輸速率一般在160kbps-250kbps之間；又由於NB-IOT通訊結構及設備本身的數據接收及上報模式的設置等因素，NB-IOT通訊常會具有10s內的傳輸延時。
02 NB-IoT組網通訊及工作方式？
NB-IoT通訊通常具有以下幾個部分：
NB-IoT通訊模塊：具有NB-IoT通訊模塊的相關設備就可具備NB-IoT通訊能力；供電模塊：設備運行需要用電。對時延有高要求的業務需要採取持續有線供電，如智慧路燈；若是對時延要求不高的業務場景，則會採用紐扣電池或家裡常見的5號電池，如埋在地下的用電池的NB-IoT水錶，一用就是3-5年。物聯網卡：給設備上網用的流量卡，用於設備通訊，可對應理解為人們上網需要開通流量包；NB-IoT通訊基站：NB-IoT設備獲取到的信息需要發送給專門的NB-IoT基站，不支持自組網模式；目前國內的3大運營商甚至華為等廠商都已經在積極布局NB-IoT基站，國外如沃達豐、德國電信、日本軟銀等十幾家運營商也都紛紛入局參與NB-IoT基站網絡的建設。用戶伺服器：基站收到設備的數據發送到對應的用戶伺服器，並基於伺服器的數據在對應的PC、手機APP端進行相關的數據管理及頁面展示。
NB-IoT三種工作模式
設備除了本身上報數據之外可能還需要進行相應的業務動作，如關煤氣閥門等，這時候操作指令需要下發至設備，被設備接收並執行；但是發送指令首先要搜索到相關設備，於是就存在了以下幾種工作模式。
模式一：隨時待命模式
DRX，隨時接收數據，和隨時監視一樣，所以耗電量最高，（DRX待機功率約為1mA），但隨時可以搜到設備。
模式二：間歇性休眠偷懶模式
eDRx：是指打開網絡一段時間，然後關閉網絡一段時間；數據on時可以接收，但停止時不能接收；停止時間可以設定為數十秒到數小時（每隔5分鐘eDRX的待機功率約為0.2mA）——睡眠不工作、省電，找到設備需要幾分鐘甚至1-2h。
模式三：間歇性休眠偷懶模式PLUS+
PSM：eDRX省電升級版，降低eDRX交換網絡的頻率，低到每隔幾天開放一次網絡的程度，找到設備可能需要一兩天時間；同樣，網絡打開時可以接收數據，但網絡沒有打開時不能接收數據（在PSM模式下，待機功耗是微安全級別，在這種情況下，「一個電池一般可用5年」）。
總結：
各種模式的存在的核心還是在於滿足各場景應用需求、最大限度的降低設備運行能耗，延長設備工作時間和壽命。
各模式可轉換，通過相關傳感器實現工作狀態的切換，如加速度傳感器、動作切換觸發器；如智能井蓋，加速度傳感器檢測到反轉，可以由「偷懶休息模式」切換到DRX（隨時待命）模式，隨時準備上報最新的井蓋狀態，做好安全防範。
03 NB-IoT適用於什麼條件？哪些場景、？
NB-IoT網絡通訊比較適合於終端較為分散、環境網絡信號不好、沒有穩定電源、傳輸速率要求相對較高、中&高頻上行數據傳輸等情況。
主要場景應用有，共享單車、智慧門鎖、智慧路燈、智慧監控、水電抄表、智慧煙感等。
04 NB-IoT典型應用介紹——水電抄表
NB-IoT通訊技術，目前在能源電力行業應用的最為成熟，只要裝一個具有NB-IoT通訊模塊的水電錶就能實現遠程抄表，而且NB水電錶通常都是通過電池來進行供電。
一般來說，NB水、電錶設備15分鐘（可DIY）採集一次實時數據，既每天96個數據，數據可以通過既定的協議採取實時發送（比較耗電），也可以一天上報一次，幾天上報一次都可以，只需要將採集好的數據打包好就行。
如圖，水電錶將收集上的數據定時定點通過NB-IoT通訊模塊上傳到NB-IoT通訊基站，由基站將收到的數據發送到對應的伺服器上；並且PC管理後臺、手機應用端都是基於伺服器來進行相應的數據展示及管理。
05 NB-IoT優、缺點？
NB-IoT優點：
連接多：每個單元可以支持50，000個設備終端連接管理。信號好：NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當於發射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，即使將水錶埋在人孔的復蓋下，NB-IoT也不會影響信號的收發。不需要網關組網：成本低、組網運行更靈活、簡單。低功耗：待機可用10年。NB-IoT缺點：
高密度網絡不適合使用中央管理模式，一個單元可以支持100，000個NB-IoT終端訪問，輪訓增加系統負擔。模塊成本高：相較而言，NB-IoT模塊比ZigBee、lora等晶片NB-IoT更貴。相關人力及實施成本如：如硬體成本、安裝成本、服務成本較高。本文由 @知識農夫 原創發布於人人都是產品經理，未經許可，禁止轉載。
題圖來自Unsplash，基於CC0協議。