窄带物联网(Narrowband Internet of Things，NB-IoT)是一种专为物联网设计的低功耗广域网络技术，旨在为海量连接的设备提供低功耗、低成本、高可靠性的无线通信服务。NB-IoT基于蜂窝网络，利用现有的移动通信基础设施，如GSM、UMTS和LTE网络，通过特定的频段进行数据传输，以支持大量智能设备的连接。
NB-IoT的主要特点包括低功耗、宽覆盖、低成本和高连接数。这些特性使得NB-IoT非常适合于需要长期运行且分布广泛的应用场景，如智能计量、智慧城市和工业自动化等。此外，NB-IoT还具有超强的覆盖能力，相对于传统网络，其信号增益可以增加20dB，从而极大地改善了室内覆盖的问题。
NB-IoT技术采用窄带调制方式，这意味着其信号带宽较窄，从而减少了功耗。它使用授权频段，并可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。这种部署方式降低了部署成本，并实现了平滑升级。
在应用方面，NB-IoT广泛应用于智能抄表、智能交通、工厂设备远程测控、智能农业、远程环境监测、智能家居等领域。例如，在智能城市中，NB-IoT可以用于智能交通、环境监测、安防监控和智能用电等应用;在工业领域，它能支持设备监测、远程控制和智能制造，提升生产效率并降低成本。
窄带物联网技术以其低功耗、广覆盖、低成本和高连接数的特点，在物联网领域扮演着至关重要的角色，并预示着其在未来将发挥更加重要的作用。
一、 窄带物联网(NB-IoT)与LoRaWAN和Sigfox等其他物联网技术相比有哪些优势和劣势?
窄带物联网(NB-IoT)与LoRaWAN和Sigfox等其他物联网技术相比，具有以下优势和劣势：
1. 优势：
- 覆盖能力：NB-IoT在覆盖能力方面表现优异，其最大耦合损耗(MCL)约为164db，这意味着它可以在更远的距离内提供稳定的信号覆盖。相比之下，LoRa的最大耦合损耗约为154db，虽然也具有长距离传输能力，但NB-IoT的覆盖范围更广。
- 连接量：NB-IoT在单扇区可以支持高达10万设备连接，而LoRa技术在单扇区只能支持6.5万设备连接。这使得NB-IoT更适合需要大规模设备连接的应用场景。
- 运行速率：NB-IoT的上行速率区间为160-250kbps，远高于LoRa的0.3-50kbps。这意味着NB-IoT能够支持更高的数据传输速率，适合需要较高数据传输速度的应用。
- 功耗和电池寿命：NB-IoT设备在低功耗方面表现突出，模组的连网峰值电流仅为2G技术的约三分之一，且电池寿命长，可以达到10年。
- 管理和稳定性：NB-IoT是授权频谱技术，由通信运营商统一运营管理，这使得其网络部署简单且管理稳定。此外，NB-IoT得到了运营商的支持，无需单独组建网络，降低了建设和运营成本。
2. 劣势：
- 建设成本：尽管NB-IoT的网络部署相对简单，但由于其依赖于现有的4G基站和设备，因此在某些情况下可能需要额外的基础设施投资。
- 数据保密性：由于NB-IoT使用的是授权频谱，因此在数据保密性方面可能存在一定的局限性。相比之下，LoRa和Sigfox使用非授权频谱，可能在数据保密性方面更具优势。
- 灵活性：NB-IoT需要依赖现有的通信基础设施，这在某些特定应用场景中可能不如LoRa和Sigfox灵活。例如，Sigfox采用协作接收方式，终端设备无需附着特定基站，设备发送的信息可由附近的任何基站进行接收，这种灵活性使得Sigfox在跨国运行和使用上更为便捷。
总体而言，NB-IoT在覆盖能力、连接量和运行速率方面具有显著优势，适合大规模设备连接和高数据传输速率的应用场景。
二、 NB-IoT技术在实际应用中的性能表现如何，有哪些成功案例?
NB-IoT(窄带物联网)技术在实际应用中表现出色，特别是在低功耗、低成本和大规模连接方面具有显著优势。以下是其性能表现和成功案例的详细分析：
1. 性能表现
NB-IoT技术通过优化基站和核心网络，实现了比GPRS基站提升20dB的增益，相当于提升了100倍的覆盖区域能力，能够多穿透1-2堵墙。此外，NB-IoT还支持地下覆盖，使得地下设备如埋在地下的水泵也能实现连接。
NB-IoT采用超低功耗模式(PSM)和扩展非连续接收(eDRX)模式，显著降低了模块的功耗，确保了电池供电的NB-IoT终端可拥有长达10年的服务寿命。
在传感器数据传输场景中，NB-IoT实现了长距离通信，尽管存在干扰导致的最小许可覆盖范围(MCL)降低，但实际测量显示MCL可达到163.5 dB。在软件更新和数据批量传输场景中，NB-IoT在下行方向提供了高达22.8 kbps的吞吐量，上行方向的吞吐量为22.4 kbps。
单个基站可接入约5-10万个终端设备，相比现有无线技术可支持更多设备同时接入。这使得NB-IoT非常适合需要大量设备连接的应用场景。
NB-IoT模块成本已降至15元以下，进一步降低了部署门槛。此外，NB-IoT芯片专为物联网设计，各组件要求更少，使得厂商采购成本更低。
2. 成功案例
NB-IoT技术在智能电网中的应用表现出色。通过“5G NB-IoT + Smart Grids”技术框架，实现了数据安全传输、数据传输信任服务管理和基于机器学习的智能分析。这种应用不仅提高了数据传输的安全性，还提升了电网的智能化水平。
在智能城市环境中，NB-IoT技术被用于大规模物联网应用的性能研究。通过模拟器，研究人员能够高效生成现实结果，展示物联网应用在城市环境中的表现，并预测潜在问题。这种应用展示了NB-IoT在大规模城市网络中的强大能力。
德国电信进行了迄今为止最大的NB-IoT测试，在建筑物内实现了100%的成功连接率(“Attaches”)和95%的成功连接率(地下室)，数据传输成功率接近100%。这一测试验证了NB-IoT在建筑物内的优异性能。
截至2020年，中国移动已在全国建成超过20万个NB-IoT基站，覆盖346个城市。这一大规模部署表明NB-IoT技术在中国市场的广泛应用和快速发展。
总体而言，NB-IoT技术在实际应用中展现了卓越的性能表现，特别是在覆盖范围、电池寿命、连接密度和成本方面具有显著优势。
三、 NB-IoT的安全性如何保障，存在哪些潜在的安全风险?
NB-IoT(窄带物联网)的安全性保障和潜在安全风险可以从多个层面进行分析。
1. 安全性保障措施
数据加密和身份认证：
数据加密是保护数据传输安全的重要手段，通过加密算法可以确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。
身份认证机制用于验证通信双方的身份，防止未经授权的设备接入网络。这包括端到端的身份认证和密钥协商机制。
完整性校验：
完整性校验用于检测数据在传输过程中是否被篡改，确保数据的完整性和可靠性。
入侵检测防护机制：
建立完善的入侵检测防护机制，可以及时发现并阻止恶意攻击，保护系统的安全性和稳定性。
异构数据处理和访问控制：
在处理层，需要关注海量异构数据的识别和处理、数据的完整性和认证性以及访问控制等问题。
开放网络环境下的安全防护：
针对开放的无线网络环境，需要构造高效可靠的身份认证机制和入侵检测防护机制，以防止恶意节点注入虚假信息或发起拒绝服务攻击。
2. 潜在的安全风险
被动攻击和主动攻击：
被动攻击包括窃取信息而不做修改，而主动攻击则包括节点复制、俘获和消息篡改等手段。
这些攻击可能导致用户隐私泄露和数据完整性受损。
大容量终端接入带来的风险：
NB-IoT网络的一个基站扇区可以支持约10万个终端节点的接入，如何对这些实时的大容量并发连接进行高效的身份认证，防范恶意节点连接后注入虚假信息或非法控制是一个重要问题。
开放的无线网络环境：
无线网络不如有线网络安全，干扰信号可能造成正常无线通信的中断。如果恶意攻击者利用控制的节点发起拒绝服务攻击，进而影响网络的性能。
外部攻击和窃听行为：
NB-IoT网络进行数据信息交互时，可能会面临外部用户的恶意攻击，从而降低网络信息传输的成功概率。
物理安全风险：
智能插座、门锁和摄像头等设备控制着如照明、访问控制和监控等物理安全方面。任何操作中断或失去控制都会影响物理安全。
3. 总结
NB-IoT的安全性保障主要依赖于数据加密、身份认证、完整性校验、入侵检测防护机制以及异构数据处理和访问控制等技术手段。然而，NB-IoT仍面临多种潜在的安全风险，包括被动攻击、主动攻击、大容量终端接入带来的风险、开放的无线网络环境带来的干扰以及外部攻击和窃听行为等。
四、 随着5G网络的推广，NB-IoT技术的未来发展趋势是什么?
随着5G网络的推广，NB-IoT技术的未来发展趋势主要体现在以下几个方面：
作为5G的一部分，长期支持低功耗广域连接：NB-IoT和LTE-M作为3GPP标准的一部分，将与其他5G技术共存，满足长期的低功耗广域(LPWA)需求。这意味着NB-IoT将在未来继续发挥其在智能计量、智能物流和智能环境监测等应用中的重要作用。
多网协同发展的格局：我国已经初步构建起NB-IoT、4G和5G多网协同发展的格局，这有助于在水务、智慧交通、智慧环境等领域广泛应用。这种多网协同发展的模式将使NB-IoT在更广泛的场景中得到应用，并进一步提升其市场渗透率。
技术演进与成本降低：NB-IoT技术已经趋于成熟，在芯片、模组和网络部署等方面都有显著进步。随着技术的发展，NB-IoT的成本将进一步降低，使其在远程抄表、智能停车等领域的应用更加广泛。
全球连接数的增长：根据华为的数据，NB-IoT在全球连接数方面表现出色，预计未来五年将实现10亿级连接。这一增长趋势表明，NB-IoT将在全球范围内得到更广泛的应用和发展。
与5G其他标准形成协同：NB-IoT纳入5G标准体系后，其生命周期将与5G同步，长期为5G mMTC场景提供海量物联网接入服务。这不仅降低了NB-IoT的产业化风险，还为其未来的发展提供了坚实的基础。
政策和产业驱动：NB-IoT的发展受到政策和技术的双重驱动。随着2G网络的退网，NB-IoT将得到更多的发展机会。此外，国内Cat.1产业链生态日渐完善，国产芯片成本优势明显，模组硬件价格已降至可承受区间，这也为NB-IoT的进一步推广提供了有利条件。
五、 NB-IoT技术在全球范围内的部署情况如何，主要市场有哪些?
NB-IoT(窄带物联网)技术在全球范围内的部署情况非常广泛，得到了主流通信设备厂商和运营商的大力支持。截至2019年上半年，全球已有84张NB-IoT网络商用，模组种类超过100种，成为全球应用最广的物联网技术之一。截至2020年1月，全球已有127张基于NB-IoT或LTE-M的商业网络，其中92张是NB-IoT网络。
从区域分布来看，NB-IoT的部署主要集中在亚洲、欧洲和北美洲。亚洲和欧洲的运营商大多倾向于先部署NB-IoT网络，而法国、西班牙、日韩等国则同时开展NB-IoT和eMTC网络的部署。北美则倾向于先应用eMTC技术，但美国和加拿大也已经开始部署NB-IoT网络。
中国市场在NB-IoT的部署上处于领先地位。中国电信宣布其NB-IoT连接数突破1亿，成为全球规模最大的NB-IoT运营商，并已部署超过40万个NB-IoT基站。中国移动和中国联通也在积极扩展其NB-IoT网络，分别拥有35万座和10多万座NB-IoT基站。中国已开通约100万个NB-IoT基站，建成了全球最大的NB-IoT网络，并拥有丰富的应用场景。
相比之下，海外市场对NB-IoT技术的采用积极性不如国内市场高。尽管有数十家运营商建设了NB-IoT网络，但其网络规模和应用规模相对有限。此外，海外市场更倾向于使用LoRaWAN等其他物联网技术。
