NB-IoT成为蜂窝IoT连接的首选技术，未来又哪些挑战？

来源：博观科技日期：2023-03-16 16:32:39

当今世界大大小小的角落，需要联网的远程设备不断增加。虽然各大公司一直在强调以高速为卖点的4G/5G技术的普及度，但是这类技术的实施成本通常非常高昂，更加适用于高能耗的终端产品。对于那些不需要高吞吐量、高数据速率，但仍需要一定程度的连接性和可靠性，同时还要能够满足低成本、低功耗和低复杂性要求的应用，部署此类技术是不切实际的。

为了满足此类应用的需求，并且仍能够受益于传统标准，3GPP 定义了窄带物联网 (NB-IoT) 无线电接口，在传统蜂窝技术无法轻易覆盖的位置采用广域蜂窝网络提供IoT服务。

NB-IoT成为蜂窝IoT连接的首选技术

NB-IoT是新一代窄带物联网传输技术，由中国制定标准并在推广实施，较传统2G网络，NB-IOT具有广覆盖、低功耗、低成本、信号强等突出特点，特别适合用在“水、电、气”等能源管理领域持续自动传输数据、低功耗、长周期监测的场景中应用。

2021年7月，湖南电力在长沙、湘潭的5个低压台区首批试点安装543只智能物联电能表。该表配置非介入式负荷识别模块，可获取电压、电流高频采样波形，通过采用电气特征组合算法，可以识别用户电器用电量和用电时段。

智能物联电能表在传统智能电表基础上，增加谐波计量、端纽测温、计量误差自检测等功能，使用寿命从10年提升到16年 。由此，该表可预知电能表发热、烧表隐患；解决高铁用电、电信塔用电等可能存在计量盲区；可精准感知分布式电源、新能源汽车充电设施、高次谐波污染设备接入电网引起高压高频干扰，防范各类风险。

2020年我国已经进入"电网2.0"时代，智能电表应用需求持续攀升。未来随着智慧城市、物联网等产业发展，智能电表有望成为泛在电力物联网中重要的设备。

根据国家电网数据显示，目前国网系统接入的终端设备超过5亿只，国家电网规划预计到2025年接入终端设备将超过10亿只。到2030年，接入的终端设备数量将达到20亿只，整个“泛在电力物联网”将是接入设备最大的物联网生态圈。

智能电能表作为电网的终端计量及感知设备，是泛在电力物联网的关键一环。随着泛在电力物联网的加速建设，以及电表新标准的启用，电网公司对产品质量要求将会进一步提升，部分研发能力弱、资金规模小的企业将会逐步退出智能电表市场，行业进一步向头部企业集中。

NB-IoT 发展历程和现状

在过去这几年，NB-IoT 是当之无愧的行业网红，备受追捧。三大运营商拼命推动它的商用落地，政府出台了各项文件政策给它铺路，设备商们更是不遗余力地进行宣传造势。

来回顾一下 NB-IoT 的发展历程：2013 年，业内相关厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展，起名为 LTE-M；2014 年由沃达丰、中国移动、Orange、意大利电信、华为、诺基亚等公司支持的 LTE-M 在 3GPP GERAN 工作组立项，被重新命名为 Cellular IoT；2015 年，华为和高通共同宣布了 NB-CIoT 方案；同年 8 月，爱立信联合几家公司提出了 NB-LTE 概念；2015 年 9 月，NB-CIoT 和 NB-LTE 两个技术方案进行融合，NB-IoT 正式诞生。

NB-IoT 从 2015 年 9 月 3GPP 在 RAN 全会达成一致以后，得到全球大多数的运营商、通讯设备厂商、芯片厂商、终端厂商的支持和响应，这标志着世界范围的物联网通信标准已经产生，并将为整个产业链带来巨大商机。

政策方面，在 2017 年 6 月，工信部发布了《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》，通知要求：一是加强 NB-IoT 标准与技术研究，打造完整产业体系；二是推广 NB-IoT 在细分领域的应用，逐步形成规模应用体系；三是优化 NB-IoT 应用政策环境，创造良好可持续发展条件。

为了配合产业转型升级，引爆新的经济增长点，运营商以 NB-IoT 物联网为突破口，开启一次次大规模的 NB-IoT 模块招标来加速 NB-IoT 应用和产业发展。然而，此举催生了一场模块厂商在价格方面的激烈竞争，短短几年间，模块价格从 70 元人民币下降到 20 元，NB-IoT 芯片价格从 5 美金杀到 2 个美金以下，市场情形惨烈。

从市场数据来看，2017 年华为海思推出 Boudica120 国内第一颗 NB-IoT 芯片至今，累积出货 2000 万颗，而其他国内 NB-IoT 芯片厂家总出货量不超过 1000 万颗。

从发展现状来看，截至今年 5 月底，全球已有 84 张 NB-IoT 网络商用（GSMA），全球模组种类已超过 100 种，成为全球应用最广的物联网技术之一。国内 NB-IoT 用户数已经达到 3000 万。同时，国内的消费级物联网硬件销售额预计在 2022 年超过 3000 亿美元，年复合增长率超过 20%。

NB-IoT 市场仍然格局未定，产业链上下游厂商都想抓住这个市场机会，分得 NB-IoT 市场一杯羹。

机遇

NB-IoT设备有一个明显的短板就是使用电池供电，一方面电池的寿命始终有限，另一方面NB-IoT设备数量已经在十亿级，未来很可能发展到百亿级，如果仍然使用电池供电，意味着要消耗数百亿的电池，大规模更换电池成本极高，同时大量窄带设备工作环境恶劣，未来将广泛分布在山区、农田、河流、湖泊、森林等人迹罕至的地区，更换和回收难度大，且极易造成环境污染，这与我国当前的“双碳”时代精神相悖，业内已经有人提出了质疑的意见，并呼吁发展绿色、环保、低碳的物联技术。

在这种背景下，无源物联网逐渐成为市场的热点。无源物联网技术即实现物联网设备不需要电池，也能够进行数据采集、传输等工作。目前，无源NB-IoT，UHF RFID等无源物联技术逐渐走向成熟，基于5G/6G的无源物联技术也已进入了试验阶段，相关产业链正在快速发展，市场前景巨大，未来数年内，很可能形成千亿级的物联网市场，可能颠覆当前物联网市场的格局。

无源物联技术的核心，是不通过电池也能够对设备进行供电，这就决定了设备的供电持续性和稳定性难以得到保障，那么如何在无源的基础上进一步降低设备的功耗，同时保证在供电不稳定的情况下终端采集数据的完整性和有效性，也就成为无源物联网市场需要突破的关键方向，而这两点，恰恰是物联网平台可以发力的抓手。

物联网平台已经在帮助NB-IoT设备省电，无源NB-IoT又是未来最有前景的无源物联技术，那么如果能够将NB-IoT设备目前仍在承担的一些计算工作，迁移到物联网平台侧，就能够进一步帮助设备省电，同时平台还可以对无源物联终端由于供电不稳定造成的大量“脏数据”进行清洗，为物联网应用屏蔽这些“脏数据”，提供更健康的数据服务，提高物联网应用的开发效率。

因此，无源物联网市场的整体趋势很可能是设备侧越来“越瘦”，平台侧越来“越强”，物联网设备和应用与平台之间的黏性越来越高，平台可提供的服务越来越多，也就越来越具备规模化收费的条件，从而形成稳定的商业模式。

挑战

无源物联设备的数量级，未来可能达到千亿级，也就不可避免地对物联网平台的技术架构、安全体系、服务性能等方面提出了挑战。

首先是面对千亿级的物联网连接，平台侧的计算资源始终是受限的，也就驱动物联网平台架构从目前的“平台+设备”的中心集中式计算向“平台+边缘+设备”形成的分布式异构协同计算架构演变，从而实现随着接入的设备数量和边缘节点越来越多，物联网平台体系整体的计算能力越来越强，才能够适应千亿级的物联网设备接入场景。并且，在这个过程中，AI技术将逐渐与平台架构深度融合，以进行智能化的计算资源调度，来匹配千亿级的异构海量终端接入和管理的计算需求。

其次就是在不稳定供电的状态下，会产生海量的“脏数据”，数据的完整性、时效性都较差，物联网应用侧很难直接使用这些数据，只能从物联网平台获取数据，这一趋势在提高了物联网平台价值的同时，也对于平台的海量数据清洗和转发能力提出了要求，平台必须能够将设备上传的断点数据或滞后数据进行智能化的处理，变成准确性、及时性、一致性和完整性较高，可以直接使用的数据转发到物联网应用。

最后就是安全方面，承载千亿级物联网设备的平台，已经演变为社会化的信息基础设施，面临空前巨大的安全压力，如何保障平台多方面的安全，成为了相关领域的重点研究方向。

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