关于NB-IoT的12条困惑
NB-IoT，“窄带物联网Narrow Band Internet of Things”的英文缩写，更是近几年来“物联网”中之最火，最火中之最火。其原始的技术发心是：研究“物联网”的各种需求，特别针对没有持续能源补充供给（靠本地存贮的能源维持工作，即：电池）的应用场景，打造出一个专用的“物联网”通信承载网络，使得仅依靠本地存贮能源工作的应用场景的终端设备达到社会运转预期的有效使用寿命（比如：希望智能水表、智能燃气表依靠电池能实现持续工作十年等等）、以及大规模应用必须达到的相应低成本。
NB-IoT宣传的优势主要是：“因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等”。
此描述的优势，是对不同层面概念的混淆表达，厘清如下：
- “广覆盖、大容量”，是NB-IoT通信网络，希望能够达到的预期；
- “低功耗、低成本”，是使用NB-IoT通信网络的终端设备，希望能够达到的预期；
- “使其可以广泛应用于多种垂直行业”，是对应用场景的广泛性，希望能够达到的预期。
NB-IoT通信网络，在技术隶属关系上，是蜂窝无线移动通信网络的一种类型，其网络构架的基本模型，与GSM、3G、4G、5G等本质相同——基站呈现蜂窝状部署，使得适宜的、极为稀缺的无线频谱资源得到反复复用。与选择频分复用、还是码分复用等无关，仅仅技术适应性的针对选择。
与模拟蜂窝（1G）、GSM（2G）、3G、4G、5G相比，NB-IoT设计立意的关键技术差异于：侧重于与“物”的单节点单次小数据量的大容量连接，而根据此立意做出了相应的适应性修改，包括但不限于：信令、接入、休眠、多址等等等等。
据称，国际移动通信标准化组织3GPP决定制订一个新的蜂窝物联网(CIOT：Cellular Internet of Thing)的标准。这个新标准要实现四个目标：
- 超强覆盖，相对于原来GPRS系统，增加20dB的信号增益
- 超低功耗，终端节点要能达到10年的电池寿命
- 超低成本，终端芯片的目标定价为1美元，模块定价为2美元
- 超大连接，200kHz小区容量可达100k用户设备
看到这么牛的目标，无疑是让人非常容易热血沸腾的，并且充满了对其成功的期待。（网上消息，“目前，根据仿真测试数据，单个基站小区200KHz频率可支持5万个NB-IoT终端接入”。这里，特别需要注意的是：根据仿真测试数据，换句话说：是实验室里的计算模拟，并不是经历过现场验证的实证；用“频率”不准确，应该是200KHz带宽，200KHz不是频点、频率，而是特定频谱的一段带宽。另外，新的介绍是180KHz带宽）
接收灵敏度从GSM的-108dBm，提升为NB-IoT的-130dBm，对覆盖范围、发射功率、电池功耗等，获得了巨大的增益。太诱人了！！！毕竟也还学过点通信，知道一点通信的毛皮，自然也是满眼小星星、爱意浓浓！！！
近乎所有信息都在宣示：NB-IoT即将获得巨大的技术成功，并由此获得巨大的商业成功。
但是……
但是技术的进步就是成功吗？先假定其技术确实是进步的，不讨论具体技术。
通信技术的究竟是各种投入资源的“得与失”的平衡、通信技术的选择是针对特定场景需求的“舍与得”。
技术是能获得商业成功的唯一的因素吗？假定其进步了。
难道在技术之前没有一个东东叫做：社会运转体系吗？
困惑：
NB-IoT与人类社会的现行运转模型相融吗？
NB-IoT与人类社会的现行运转模型能相融吗？
NB-IoT与人类社会的现行运转模型能长期持续地相融吗？
NB-IoT能改变人类社会的现行运转模型而长期存在吗？
1.社会运转的维护模型
人类社会运转模型中有诸多组成部分，其中之一就是维护模型。
人类社会大规模工业生产后，工业化产品能够长期持续地融入社会运转体系的保障前提是：使用过程中的维护模型——1. 是否需要维护； 2. 如果需要维护，如何能够低成本地大规模经济实施。
1.1 无需维护与必须维护
有的产品是无需维护的，有的产品是必须维护的。
低值易耗的产品是无需维护的，比如：纸张、墨水、食物等等（本质上也是一次性动作的产品，不过分次使用而已）；一次性动作的产品也是无需维护的，比如：一次性的火箭，不回收的，即使运力再大，即使是大型的运载火箭，都是一锤子操作——或者成功、或者失败，无需售后；比如：鞭炮、疫苗等等……
无需维护的产品，达到使用预期的关键在于：使用者使用前产品质量符合预期，其中影响使用者使用达到预期效果的因素包括但不限于：出厂质量合格，运输、存储动作合乎规范，不超过存储期等等。
对于长期使用的机电一体化的产品，都是必须在解决好维护模型后，才能够长期持续地融入社会运转体系。不论是TC的产品，比如：白家电、家用汽车等等；还是TB的产品，比如：数控机床、客机等等。
对于蜂窝移动通信系统这样的超级体量，更是涉及到多维度、多层次、全寿命过程的诸多维护。
1.2 维护的构成
维护的构成：
首要的是：由谁最先发现故障现象？
其次是：发现故障现象后，如何冻结、抑制故障的扩散？
然后：如何通知？
再后：如何解决？
最后：由谁为维护行为埋单。
比如：
白家电，以冰箱为例：
日常使用者发现冰箱运行有“异响”或者“不制冷”，常规操作是：断电、停止使用（冻结、抑制故障的扩散）；
日常使用者电话通知生产厂家的售后部门上门维修；售后维修者上门后，根据冰箱是否在保修期内以及使用者是否存在厂家免责的行为导致故障、界定责任界线，协商好是否需要使用者埋单以及价格后，售后维修者对冰箱实施维修。
这里有一个极其重要的、不可或缺的环节，就是故障的最初发现者，而且排除故障、使设备恢复正常使用符合其根本利益。
比如：汽车
在路上开车，司机看到汽车的水箱温度报警，判断不是误报警后，要么就近停车、自行进行排查；要么会低速开到就近的维修点维修；要么叫拖车拖到4S店维修。
这里有一个极其重要的、不可或缺的环节，就是故障的最初发现者，而且排除故障、使设备恢复正常使用符合其根本利益。
等等、等等、等等……，举例难以穷尽！
能够融入社会运转体系的大规模工业化重复使用的系统产品，背后都有一个庞大的社会化维护运转体系做支撑。
1.3 维护的重中之重
维护的重中之重，是维护动作的原始发起人——有动力排除故障的发现者，而且排除故障、使设备恢复正常使用符合其根本利益，而不是违背其利益。
1.4 维护体系能够长期存在的必要条件
所有参与维护的各种资源投入者，参与维护后，均是有利可图。差异于：一次利益，还是长期利益；以及利益表达方式、实现阶段的差异。
2.NB-IoT通信网络的建设与运营
困惑一：NB-IoT的“广覆盖”是否能够真实满足其设计预期的各种“物联网”应用场景的需求？是否无需考量覆盖率与运营经济性的平衡？
用于人语音或者数据通信的2G、3G、4G通信网络，肯定是没有做到100%覆盖的、也无需做到100%覆盖；事实上也做不到100%覆盖：即使不惜成本，通信盲点只能减少，不可能根本消除。
网络覆盖的原则是根据人实际通信活动的长期稳定需要，确定覆盖密度、配置频谱资源、调整扇区功率以及天线俯仰角等等，即所谓“网优”；对于人活动密度小的区域，则采用大距离的扇区覆盖，配置少的频谱资源；对于人烟罕至，偶发性的通信需求，干脆不覆盖，不提供商业满足。
当人的通信活动出现临时性热点时，比如：体育场馆活动时，可以通过增加车载的移动通信基站，临时扩容。
人会动、人能动，反过来又增强了2G、3G、4G通信网络覆盖不足时、出现覆盖盲点时的系统包容能力。当信号不好时、不稳定时，人会有意无意地往窗边走几步。当出现“多径干扰”时，虽然绝大多数的人不知道“多径干扰”这个词，但是会随意走几步避开干扰。
物联网的各类应用场景，显然是不具备“人”能随意移动自行寻找良好网络覆盖、主动避开“覆盖盲点”的这种特质，并由此赋予移动通信网络覆盖不足时的更强包容能力；“人”相对于“物”有极强的自适应性，而“物”只能傻呆呆地、没有判断力地呆在那里，即使赋予判断力，还得赋予移动的能力，并且需要斩断限制其移动的制约因素——完全没有实现的可能，而且假定实现了，也就不是当初移动前的那个“物”了。
换句话说：“物”对于移动通信网络的覆盖率与稳定性的要求，比“人”要高得多得多，因为“物”只能傻呆呆地呆在原地。
以NB-IoT目前主攻的市场“智能水表”为例：
水表的安装位置，受限于诸多因素，比如：管道布局的制约、楼宇结构的限制、气候环境的影响、种种国家行业强制标准的必须、历史的沿革演绎等等。而且这些因素并没有因为水表的智能化而改变，短期内也没有改变的可能。相当大比例的水表安装都是在无线信号传输非常不利的位置，比如：井里、偏僻角落、甚至水下、甚至地下四层等等。NB-IoT真的能覆盖到吗？物理上有可能吗？
如果用室内覆盖的方式进行补足，经济上合算吗？每月几元钱的数据流量费，为了满足通信需要，做一个地下三层的室内覆盖，不计设备费用人工，仅仅穿墙打洞的费用需要多少年收回？反过来说，如果不做室内覆盖、不满足通信需要，水司能认可吗？
这还没有考虑“多径效应”由于天气等因素变化，造成的“覆盖盲点”漂移的影响——这点，对于人的通信，通信运营商是忽略的、无需关注的；也还没有考虑调整覆盖时，周边扇区的相互牵动性的影响；也还没有考虑等等诸多现场因素。
困惑二：NB-IoT建网时，是否有可能有足够的人力物力，能够充分发现覆盖的盲点并且予以消除？
2G、3G、4G通信网络建网以及“网优”过程中，已经套路化的“路测”工作模式，能有效适用于NB-IoT的建网以及“网优”后测试覆盖效果吗？
对于“物联网”的应用场景，要满足覆盖需要，不仅需要设备在车上的“路测”，更需要人拿着设备四处走动进行“偏僻测”、“角落测”、“地下测”，真的有实施的可能吗？是否有测试穷尽的可能？
而基站小区的覆盖在现场是一个相互牵扯的形态，调整覆盖后，消除了这个覆盖盲点，很可能（甚至肯定会）在其他的地方又形成新的覆盖盲点，如何能够穷尽呢？这还没有考虑临近基站小区的相互干扰。也没有考虑现场其他应用类型导致的邻频干扰、谐波干扰、杂散干扰等等。
如果用直放站对盲点进行直接覆盖，一个基站小区内当常规的空中耦合的射频直放站（相对最低成本）过多时，是否会对抑制“乒乓效应”提出更高的技术要求与工程实施难度？
困惑三：NB-IoT网络的通信基站运营中，出现覆盖不足的情况，由谁发现、由谁投诉？
用于人语音或者数据通信的2G、3G、4G通信网络，后台的网管软件对各基站的运行状态进行监测、以及相应配置参数的调整，外包的用维公司派人定期对基站进行巡检，其中一项工作内容是：对各项硬件以及接口进行检查——防范于未然；而运营过程中，出现的覆盖不足，主要依赖于手机用户的日常投诉。然后通信运营商（即移动、联通、电信等）派人进行现场检测，问题确认后，依据必要性，实施后续工程补救措施。这样，持续地、反复地进行“网优”，持续地提升网络覆盖率。
换句话说：用于人语音或者数据通信的2G、3G、4G通信网络，运营过程中，发现覆盖不足的问题的主要发起人是：所隶属网络的手机日常用户。
再换句话说：手机日常用户，就是通信运营商通信网络运行过程中覆盖状态的主要维护者，最初发起人。通信网络覆盖良好与手机用户的利益方向趋同。
维护模型中的重中之重是：“故障的最初发现者，而且排除故障、使设备恢复正常使用符合其根本利益。”
而，对于“物”，是否有这个发现能力？是否有投诉路径？
利益相关方是利益驱同者，还是利益博弈的对立面？
系统运营商，人在后台，唯一得到的信息是：现场的数据不能传递到后台管理软件；至于是什么原因引起的：是网络的原因、还是设备损坏、还是临时性故障、还是设备被偷盗等等，是没有任何其他判断依据的，只能派人到现场进行排查。
特别是对于非持续性的、偶发性的故障现象，通常的技术维护人员，去现场三、五趟，无从判断故障归宿，只能反复更换设备，而无果，属于正常。
困惑四：通信网络投入后的营收如何平衡？
用于人语音或者数据通信的2G、3G、4G通信网络，事实上长期以来也是在用于“物”的数据传输。CSD时，就在尝试；特别是有GPRS后，虽然通信网络表面上并没有对“物”做针对性的技术设计或者技术提升。但是用于“物”的业务，对于通信运营商而言，却是赤裸裸的“净利润”。
当人的语音业务、数据业务已经覆盖了建网成本、日常运营成本、频率使用费、号段使用费等等、通信运营商盈利后；用于“物”的业务，只要不涉及网络扩容，对于通信运营商而言，全部都是“净利润”的完全增长——即使是每月五元的包月流量，都是完全的净利润增长。
因为“物”使用的基本都是通信网络的闲置资源或者闲置时间。
虽然，“物”借用“人”用的通信网络，对于“物”的使用，有诸多不便，而且许多“物”的应用场景，不便于直接使用。但是对于通信运营商而言，是完全的净利润增长。
对于NB-IoT的网络，没有了“人”的包月套餐，则：
一个“人”的138元包月套餐，需要138/5=27.6个“物”的五元套餐来弥补。（不计NB-IoT模块的补贴等等成本，而且假定这个五元的套餐对于用户经济合算、有收取的社会价值转换依据）
假设“人”的108元套餐是通信运营商的利润平衡点，则对于“物”，通信运营商需要108/5=21.6个“物”的五元套餐来弥补。
问题是：在相当长的时间内，一个“人”周围，能够放出22张“物”的卡吗？（其中还没有考虑大量增加号段的成本）
另外，二十多年来累积的，大量已经在现场应用的各种“物”的存量市场，是没有可能简单切换到NB-IoT的，由于通信制式不兼容的原因，要切换必须更换设备或者改装设备。
换句话说：NB-IoT通信网络基本必须靠新增市场“放号”，存量市场难以参与、参与成本高。除非，强制性地关闭GPRS网络，但是这个社会牵扯面好像有点太大了，社会性投入的更换成本最少得是通信运营商通信包月费用的N百倍！而且，对于通信运营商而言，也就是原来“左口袋”收的钱，改为了在“右口袋”收。
3.NB-IoT的系统集成
困惑五：物联网应用的真实需求真的理解了吗？
物联网现场的应用，远程方面有四类核心需要：
- 某些远程监测数据的采集，具备一定的延时冗余的允许；（比如：日用水量的上传）
- 某些远程监测数据的采集，必须具备强实时性；（比如：流量、压力信息的上传，大延时的上传数据基本是没有监测价值）
- 远程调控现场的能力，可以接受社会耐受可接受的延时；（比如：用水之远程开阀，根据不同的场景，延时的需要完全不同）
- 现场异常事件报警，这类，通信必须具备良好的实时性，即使在大规模异常上报时（对通信能力瞬态会造成“浪涌”压力）
以上，未涉及大量现场的动作机制必须且仅能在本地快速进行。
NB-IoT对上述四类核心需求满足了多少？
困惑六：技术真的成熟了吗？
NB-IoT 在市场宣传中，特别强调其“eDRX”、“PSM”等，凸显其应用终端的省电能力。
以PSM为例进行分析（Power Saving Mode），即省电模式。
NB-IoT为了从通信侧解决省电的问题，在通信过程中增加了此过程。
问题1：是通信模块在PSM状态下省电，还是由终端的主控MCU把NB模块彻底掉电关断后省电？哪一个稍微做过设计的工程师会不选择后者？
问题2：在使用2G/3G/4G模块时，终端的设计工程师无需关注蜂窝通信的机制、信令、时隙、功耗控制等等，使用NB模块则需要明白后进行调配，是否超过了非通信专业工程师的技术理解力？
技术进度有一个判断的维度是：对于非专业的人士使用起来更加简单、更容易接受、甚至无需理解其工作原理与机制。
NB-IoT目前是否违背了此原则？
困惑七：“智能水表”中的一个硬需求——“阀控” 用NB-IoT能实现吗？
NB-IoT目前最主推的市场：智能水表。
智能水表，有一个硬需求：“阀控”，用NB-IoT能实现吗？
如果，智能水表每天远程一次数据（不论采样机制、计量原理），设计上，在其他时间MCU必须彻底对NB模块进行掉电达到最佳省电目的。这种工作方式下的“阀控”，开关阀的指令由后台软件下发后，即使通信良好最多也需要一天才进行现场动作，社会能接受吗？用水户交了钱，一天后再开阀，用水户能同意吗？
如果要达到社会能够接受的时延，则智能水表必须小跨度地周期性唤醒通信，检测是否有后台指令下发，智能水表内置的电池，能支撑多久？
如果没有“阀控”，仅仅替代人工抄表，这样的智能水表有多少社会价值与经济价值？何况设备成本、运营成本还大幅度增加。
4.基于NB-IoT的终端设计
困惑八：有技术的可能实现产品寿命的一致性吗？
尘世间，机电一体化的大批量工业产品，普适地都得承诺用户：产品的使用寿命。
其中有两个角度：1. 对于用户，产品必须满足承诺的使用寿命，否则生产厂家承担违约责任； 2. 对于生产厂家，根据产品可预期的使用寿命承诺用户，并且产品的使用寿命具有一定的一致性，实现设计生产的经济性。
蜂窝通信在几十年前的技术攻关阶段，有八大核心技术突破，其中之一就是60dB的大动态，即：发射信号弱到1能正常工作、发射信号强到一百万也能正常工作（二十多年前的记忆，数据的精准性需要翻阅早期文献才能肯定）。60dB的大动态，是由无线电电波在地面传播过程中的复杂性决定的，不相信NB能更改此要点，只能技术继承。
换句话说：NB的大动态，与GSM应是相同的，不论具体值是多少。NB模块只是降低了最大发射功率。
发射信号的大跨度的自适应，势必会造成电池耗电的差异性；
电池耗电的持续差异性，势必会造成产品使用寿命的差异性。
目前业内保证产品寿命的手段有二：
- 加大电池的容量（根据感觉，似乎是计算），牺牲设计生产经济性、安全性（过大容量电池，有序可控放电是电池，无序瞬态能量释放是炸弹）；
- 降低NB通信的频次，减少通信耗电在总耗电中的比重（大幅度牺牲产品的社会使用价值）。
即使如此，能实现产品寿命的一致性吗？当信号不够好或者信号临界时……
这还没有考虑：NB-IoT发射过程中重复传输，以提高功率谱密度，在信号好与不好时所造成的差异。
困惑九：对于故障的偶发性、离散性是否有足够的预期吗？后期维护成本准备了多少比例？
尘世，机电一体化的产品投入使用有：生产制造成本、现场维护成本、运营成本。
各种物联网应用的现场，欲大规模使用，则必须综合成本低。
现场故障的偶发性、离散性、难以确定性、多种因素的相互关联性；以及客户议价能力强，对故障处理的时效性要求高。
对于现场的维护提出了更高的需求。
5.对基于NB-IoT的系统应用运营（比如：水司）
困惑十：是否有能力判断现场故障引起的原因、归属？是否有能力排查、解决现场故障？
无需展开叙述：
没有是肯定的，欲具备能力非一日之功，且投入巨大、长期。
困惑十一：是否考虑过投入使用后维修、维护的厂家依赖？
目前绝大多数的应用都没有实现标准化，协议不标准化、接口不标准化；即使实现了标准化的，也都有私有协议。
直白地说就是：相当大比例的同类同质产品，不同厂家相互可替换性缺失，不是可替换性不足，而是没有可替换性。
一旦规模运行，要么全拆、要么厂家依赖，对于维修、维护，系统运营商没有选择。
所有物联网的应用系统均有一个特质：失效屈服点。
什么意思呢？
就是：无需全部节点失效，只要失效的节点数到达一定比例，特别是离散性失效，整个系统失去了其使用价值。不同应用场景，比例有波动、有差异，但是某个比例是失效屈服点肯定存在。
比如说：沿海某特大城市在2000年后新建住宅大规模在燃气表上用有线抄表，基本没有投入运营，即完全放弃（仅仅一个因素就致命了：住宅装修时一定比例的破坏。）
维修、维护的厂家依赖，又同时是一把双刃剑——对于厂家而言，一旦规模投放现场的产品，在产品的使用寿命期限内，始终不能、不敢停产，基于客户强的话事权。即使是原材料停产，也要重新开发出外在表现完全相同的产品。这将会是相当大比例的长期消耗。
6.对使用NB-IoT系统的利益相关者（比如：用水户）
困惑十二：利益相关方是配合者，还是博弈的对立面？
TC的产品，比如：白家电之冰箱，用户使用冰箱的利益与厂家对冰箱质量的利益是驱同的，用户普适性状态下没有破坏的欲望、只有保护的愿望；
TB的产品，比如：数控机床，用户欲用机床生产其产品，数控机床的状态良好，与其利益是完全驱同的。
而大量的物联网应用，则正好相反，日常使用者的利益与设备完好的利益正好是反向的，是相互利益的博弈方，没有维护的欲望，难免有破坏的想法，只要不被抓住。这无关人性的善，也无关人性的恶，只是利益博弈的相互攻防能力。
比如说：如果，用水户不破坏水表的铅封，用“锡纸”把NB-IoT的智能水表包起来（特别是天线部分），并且锡纸连上金属水管（即：大地）。有效通信的概率还剩多少？
用水户触犯了哪一条不允许？
即使事后发现了，凭什么判定实施者——是谁包的？
能咋滴？锡纸真的好便宜，烟盒里面的锡箔纸就可以的。
这还是最没有技术含量的一种博弈。
至于，还可以不破坏铅封，扎个小眼，把水汽放进去，电池很快没电，不计量了，如果计量非机械式（比如智能超声波水表等等），这倒是需要到淘宝上花几十块钱买点小工具，略有小成本。
至于什么有磁、无磁等等。
利益博弈的双方，智慧皆无穷。
增加后台通信后，如果要用水户普适相信水司不在水表上收费搞鬼，用武汉话说：“信了你的邪？！”如何普适性解释说明得了？
7.对NB-IoT前景的预判
随着社会的不断发展，IoT设备的速率需求会由以低速率为主转向低速率、中速率、高速率共存。低速率的NB-IoT技术将主要应用于对通信时延低敏感的智能水表等市政应用，而诸如大型停车场的智能停车网络等大规模应用则需要相对较高的数据速率及较低的容错率以避免事故的发生，与此同时，更多的IoT应用在不同的时间和地点都有着不同的速率要求。因此对于多速率IoT设备的研究将是下一阶段NB-IoT发展的重点方向之一。
来源：微信公众号“环球表计”
作者：物联网-傻杨十条
