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[4、NB-IoT &Cat.1&Cat-M1 (eMTC)](#4、NB-IoT &Cat.1&Cat-M1 (eMTC))
1、概述
物联网设备需要实现与互联网的无缝连接，这就要求具备高效、可靠，低功耗的无线通信技术。目前物联网领域已经形成了多种无线通信技术标准，如WIFI、Zigbee、LoRa、2G、NB-IoT，Cat.1等，它们各具特点适用于不同的应用场景。
2、六大技术全景对比
| 特性 | WiFi | Zigbee | LoRa | **2G (GPRS)** | NB-IoT | Cat.1 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 网络类型 | 无线局域网 | 无线个域网 | 区域网/私域广域网 | 蜂窝广域网 | 蜂窝广域网 | 蜂窝广域网 |
| 核心优势 | 高速、普及、直接上网 | 自组网、低功耗、稳定 | 超远距离、超低功耗 | 覆盖好、成本低、成熟 | 深度覆盖、海量连接、低功耗 | 移动性、速率平衡、低延迟 |
| 核心劣势 | 高功耗、穿墙差、连接数少 | 低速、依赖网关、协议碎片化 | 速率极低、需自建网络 | 正在退网、低速、安全性差 | 移动性差、延迟高 | 功耗高于NB-IoT |
| 通信距离 | 室内 < 50米 | 室内 10-100米 | 视距 10-20公里 | 1-10公里 | 1-10公里 (优于2G) | 1-5公里 |
| 数据速率 | 高 (Mbps-Gbps) | 低 (250kbps) | 极低 (0.3-50kbps) | 低 (<100kbps) | 低 (~100kbps) | 中 (10Mbps/5Mbps) |
| 功耗 | 高 | 极低 | 极低 | 低 | 极低 | 低 |
| 连接容量 | 数十台 | 数百台 | 单网关数万节点 | 单小区数百 | 单小区5-10万 | 同4G基站 |
| 移动性 | 差 | 差 | 差 | 好 | 差 | 优秀 |
| 联网方式 | 依赖WiFi网关 | 依赖Zigbee网关 | 依赖LoRa网关 | 直连互联网 | 直连互联网 | 直连互联网 |
| 成本 | 设备成本低 | 设备成本低 | 需自建网络成本 | 模组成本极低，有关闭风险 | 模组成本低，有服务费 | 模组成本低，有服务费 |
| 典型场景 | 手机、电脑、智能家电 | 智能家居传感器、照明 | 智慧农业、城市传感 | 即将淘汰，不推荐新项目 | 智能表计、烟感 | 共享单车、车联网、可穿戴 |
如上所示WIFI，Zigbee、LoRa都是需要网关才可以上互联网；2G、NB-IoT，Cat.1可以插卡上互联网的。
3、低功耗互联网方案迭代
| 维度 | **2G (GPRS)** | **4G 时代方案 (Cat.1 与 NB-IoT)** | **5G 时代方案 (RedCap 与 mMTC)** | 核心区别与演进逻辑 |
|---|---|---|---|---|
| 采用技术 | GPRS/EDGE | Cat.1 (主力) 与 NB-IoT (补充) | 5G RedCap (未来趋势) 与 5G NR-Light (未来) | 从"一刀切"到"精细化分工"。2G只有一种低速网；4G为不同低速场景定制了两种技术；5G设计了更专业的子集。 |
| 网络性质 | 公众移动通信网。低速数据只是其语音核心业务的附属品。 | 专用物联网技术。是在4G网络上为物联网专门定制和优化的标准。 | 原生物联网。是5G三大场景(eMBB, mMTC, uRLLC)的有机组成部分，从标准诞生就为物联设计。 | 从"借用"到"专属"再到"原生"。地位越来越核心，设计越来越贴合。 |
| 速率与延迟 | 速率极低(<100kbps)，延迟高(秒级)，稳定性差。 | Cat.1： 中速(10Mbps)，延迟较低(<100ms)。 NB-IoT： 超低速(~100kbps)，延迟高(秒级)。 | RedCap： 中高速(100Mbps级)，低延迟。 NR-Light： 低速，延迟优化。 | 性能天花板大幅提升。4G/5G的低速方案，其"低速"是相对于自身高速业务而言的，实际性能远超2G。 |
| 功耗 | 功耗较低，但已无优化空间。 | 极致优化。Cat.1通过简化实现低功耗；NB-IoT通过PSM/eDRX等机制实现理论10年续航。 | 持续优化。RedCap继承并增强节能技术；NR-Light追求比NB-IoT更优的能效。 | 从"能用"到"省着用"再到"极致省"。专为物联网的长续航需求设计。 |
| 成本 | 模组成本极低，产业链极其成熟。 | Cat.1： 成本已与2G持平，是性价比之王。 NB-IoT： 成本低于Cat.1，极具竞争力。 | 初期高，长期看低。RedCap模组当前成本较高，但规模化后有望向Cat.1看齐。 | 成本竞争是迁移关键。4G方案已跨过成本门槛，这是其能替代2G的市场基础。 |
| 移动性支持 | 支持低速移动，切换效率一般。 | Cat.1： 完美支持高速移动与无缝切换。 NB-IoT： 基本不支持移动切换，适合静止场景。 | RedCap： 完美支持高速移动。 NR-Light： 支持低速移动。 | 场景分化。4G/5G时代，移动性成为技术选型的关键决策点，而不只是"有"或"无"。 |
| 网络质量 | 旧网络，干扰多，逐步退服，质量下降。 | 承载于优质4G/5G网络，质量稳定可靠，是运营商未来重点维护的网络。 | 面向未来，网络质量、容量、安全性有长远保障。 | 从"夕阳网络"到"主流网络"。服务质量与未来生命周期有根本区别。 |
4、NB-IoT &Cat.1&Cat-M1 (eMTC)
NB-IoT 与Cat.1是国内当前应用最为广泛的无线物联网解决方案。Cat-M1 在全球（尤其是北美）应用更广。
| 对比维度 | NB-IoT (窄带物联网) | **Cat-M1 (eMTC)** | Cat.1 (4G LTE 类别1) | 分析与结论 |
|---|---|---|---|---|
| 核心定位 | 深度覆盖、超低功耗、海量连接 | 兼顾功能与功耗、支持移动性与语音 | 中速率、低成本、移动性、全能型 | 三者形成清晰梯度：极致低耗(NB) -> 均衡灵活(M1) -> 性能全能(Cat.1)，分别覆盖"静止"、"轻移动"、"全移动"场景。 |
| 成本 | 极低。芯片/模组复杂度最低，是成本最低的蜂窝方案之一。 | 较低。比NB-IoT略高，但显著低于传统4G模组。 | 很低。已与2G模组价格相当，性价比极高。 | NB-IoT成本最优。Cat-M1因功能更多，成本稍高。Cat.1因生态成熟，成本极具竞争力。 |
| 速率 | 极低 (~100kbps)。 | 低速 (约 1 Mbps)。 | 中低速 (下行10Mbps，上行5Mbps)。 | 速率是根本区别。Cat.1 > Cat-M1 > NB-IoT，相差数十至数百倍。 |
| 延迟 | 高 (秒级甚至更高)。 | 中等 (约 10-15ms)。 | 较低 (几十到一百毫秒)。 | Cat-M1延迟显著优于NB-IoT，可满足部分对实时性有要求的低速率场景，如远程控。 |
| 移动性 | 极弱。主要用于静止场景，不支持基站间切换。 | 较好。支持小区切换和漫游。 | 强。完美支持高速移动与无缝切换。 | 移动性支持是Cat-M1的关键优势，使其成为需要移动或漫游的低功耗场景首选。 |
| 功耗 | 极低。理论待机可达10年+，续航冠军。 | 很低。通过eDRX/PSM等技术，电池可续航数年。 | 低。可支持数月至数年的待机。 | 三者均属低功耗，但NB-IoT最优。Cat-M1在增加移动性等功能后，功耗仍控制得非常好。 |
| 通信距离/覆盖 | 极强。比LTE强~20dB，是"深度覆盖专家"。 | 强。比LTE强~15dB，覆盖增强明显。 | 标准4G覆盖。依赖于现有4G网络。 | Cat-M1的覆盖能力介于NB-IoT和Cat.1之间，能很好地解决大部分中深度覆盖场景。 |
| 网络部署 | 可在LTE带内或GSM频段"重耕"部署。 | 与LTE网络融合部署，可共享射频与天线。 | 完全在现有4G LTE网络上运行，共享基站。 | Cat-M1与LTE网络共生度最高，部署灵活。国内以NB-IoT + Cat.1组合为主，Cat-M1应用较少；在北美等地，Cat-M1是主流LPWAN技术。 |
| 关键特性 | 不支持语音。 | 支持VoLTE语音。 | 支持VoLTE语音。 | 语音支持是Cat-M1区别于NB-IoT的突出特点，使其适用于紧急呼叫、智能穿戴等场景。 |
4.1、LPWAN
LPWAN ------ 低功耗广域网络（Low-Power Wide-Area Network），是一个行业概念和技术类型的统称。它描述了为满足物联网需求而出现的一类技术的共同特征：低功耗、广覆盖、大连接、低成本。LPWAN中包含多种无线通信技术和标准。
在需要授权许可频谱中运行的LPWAN技术有：
eMTC (Cat-M1 / LTE-M) ------ Cat-M1、eMTC、LTE-M是同一技术的三个名称。标准组织 写规范时，叫它 eMTC；厂商 生产芯片和模组时，叫它 Cat-M1；市场和媒体 谈论时，叫它 LTE-M。
NB-IoT
无授权许可的LPWAN技术则是：
LoRa
Sigfox
注：Cat.1不属于LPWAN。
5、蜂窝与非蜂窝
| 对比维度 | 蜂窝技术 | 非蜂窝技术 |
|---|---|---|
| 本质 | 基于公共移动通信网络（授权频谱） | 基于私有/行业专用网络（非授权频谱） |
| 网络建设方 | 电信运营商（如移动、联通、电信） | 企业、机构或个人用户 自行建设 |
| 频谱资源 | 需授权，向国家购买，无干扰 | 免授权（如470MHz, 2.4GHz），需容忍干扰 |
| 网络所有权 | 运营商 拥有并运营 | 用户自己 拥有并运营 |
| 核心商业模式 | 提供"连接即服务"，收取流量费/服务费 | 一次性的设备与网络建设投资，无后续流量费 |
| 核心优势 | 即插即用、广域覆盖、高可靠性、有SLA保障、运维省心 | 数据自主可控、无持续成本、部署灵活、高度定制 |
| 核心劣势 | 有持续费用、数据经过公网、自主性弱 | 需自建和维护网络、覆盖范围有限、专业技术门槛高 |
| 典型技术 | 2G/3G/4G Cat.1/5G、NB-IoT、LTE-M | LoRa、Sigfox、Zigbee、Wi-Fi、蓝牙 |
| 物联网代表 | NB-IoT（授权频谱LPWAN） | LoRa（非授权频谱LPWAN） |
数字集群对讲也是典型的非蜂窝技术，需要自建网络。
6、组网方式（拓扑）
| 拓扑名称 | 结构图示（逻辑） | 核心哲学 | 关键优点 | 关键缺点 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 星型 | 所有节点连接到一个中心点 | 中心化控制 | 1. 管理简单，故障易定位 2. 单个节点故障不影响全网 3. 延迟低（单跳） | 1. 中心节点是单点故障源 2. 覆盖范围受中心节点限制 3. 布线/连接成本可能高 | 家庭Wi-Fi（设备->路由器）、传统以太网（PC->交换机）、Zigbee/Wi-Fi设备直连网关 |
| 总线型 | 所有节点挂接到一条主干线上 | 共享信道，串联通信 | 1. 结构简单，布线成本最低 2. 易于扩展 | 1. 单点故障（总线断裂）导致全网瘫痪 2. 故障诊断困难 3. 信道争用导致效率随设备增加而下降 | 早期的同轴电缆以太网、一些工业现场总线（如CAN总线）、汽车内部电子网络 |
| 环型 | 节点首尾相连形成闭环 | 有序传输，令牌传递 | 1. 无信道冲突，确定性时延 2. 传输路径固定 | 1. 任一节点或链路故障可导致全网瘫痪（有双环改进型） 2. 网络重新配置复杂 | 光纤分布数据接口、某些城域网、令牌环网络 |
| 树型 | 星型的级联，形成树状层次 | 分层管理，易于扩展 | 1. 易于扩展和隔离故障 2. 网络层次清晰，便于管理 | 1. 对根节点（核心）依赖大 2. 层级多时，底层节点延迟高 | 大型企业网络、电信接入网（光纤到户）、复杂的Zigbee网络 |
| **网状(MESH)** | 节点间任意互联，形成网 | 去中心化，多径冗余 | 1. 超高可靠性（自我修复） 2. 扩展覆盖范围（多跳） 3. 无单点故障 | 1. 网络结构复杂，管理难度高 2. 延迟可能随跳数增加 3. 成本和功耗可能更高 | 军事自组织网络、全屋Wi-Fi覆盖系统、Zigbee智能家居、工业无线传感网 |