確保NB-IoT裝置和系統針對工業物聯網應用進行最佳化，需鎖定三大關鍵，其中包含電池壽命、網路覆蓋和部署成本等三項要素。
越來越多物聯網(IoT)裝置採用無人看管的物聯網感測器，不僅用於家庭照明和安全控制等消費型應用，也延伸到能源和公用事業管理、資產追蹤和機器對機器通訊等工業上的應用。這為工業物聯網(IIoT)帶來大量的新機會，但是有一個重大問題。針對目前快速成長的IIoT，現有的無線技術大多只能滿足部分的要求，例如長距離傳輸、超低功耗，超低資料速率，而並沒有折衷的方案。
雖然新的低功率無線區域網絡(LPWAN)技術可以滿足這些要求，然而當前的部署存在著安全性和可靠性問題。在IIoT中，特別是關鍵型應用，這兩者均無法被接受。IIoT的部署也與現有基礎設施不相容，且會產生相當高的營運成本。窄頻物聯網(NB-IoT)是一種新型LPWAN技術，其特殊設計將能克服這些缺點，並可針對智慧計量和智慧電網等IIoT應用進行最佳化，增強訊號覆蓋率，且支援大量裝置擴充。
NB-IoT技術規格在3GPP Release 13標準中正式問世，可在使用者裝置功耗、系統容量和頻譜效率等各方面，特別是鄉村偏遠地區和建築物內部深處空間，提供顯著的效能提升。該技術還能實現超過10年的裝置電池壽命，可對大多數使用案例提供支援。不同於其他LPWAN技術，NB-IoT使用授權頻段，並可與現有的蜂巢式寬頻技術(如LTE、UMTS和GSM)共存，因此它具備行動網路所具有的安全和隱私功能，例如支援使用者身份保密、實體認證、安保、資料完整性和行動裝置識別功能。欲確保NB-IoT裝置和系統具備最佳化效能可成功用來實現IIoT，需特別注意三個重大挑戰。
提升電池使用壽命
NB-IoT的設計目標在於運用寬頻蜂巢式技術極致降低裝置功耗。由於它重複利用蜂巢式基礎設施，所以裝置可直接連線至電信商的網路，電信商便能藉此建立涵蓋全國的網路，並提供豐富的加值服務，如行動、漫遊、安全性和身份驗證等服務。它採用具有若干種不同模式的非連續接收(DRX)作為主要省電技術。這項技術背後的基本概念在於將調變解調器在閒置期間切換至關閉狀態。
在只需偶爾傳輸少量資料(每個封包包含數十個位元組)的應用中，NB-IoT裝置的電池預計須可連續使用10年以上。對於許多低成本、無人看管的物聯網感測器應用來說，電池續航力長是非常重要的因素。理想上，為了避免昂貴的維護費用，電池應能支援裝置完整生命週期的使用。
NB-IoT裝置的重大挑戰之一是覆蓋範圍會嚴重影響電池的續航力。在低覆蓋時，NB-IoT須提高重複傳送次數來達到成功的資料傳輸。重複傳送次數越多，IoT調變解調器的訊號週期越長，功率消耗越高。由於網路配置錯誤或網路部署而導致的重傳次數過高，也會造成類似的現象。在建築物內部深處的位置，不同電信商之間的覆蓋範圍，可能存在數十dB的差距。對於在該位置部署的IoT裝置，這等同於電池壽命最大年限的差異。由於許多無線IoT裝置安裝在偏遠的位置，維護不易且費用極高，因此過多的電池電量消耗可能是影響一項應用成敗的關鍵。
實際客戶案例：智慧計量儀表
智慧計量儀表將儀表讀值透過數位資料傳送給能源或自來水供應商。家用顯示器使消費者能夠更清楚地了解他們的用電或用水量。智慧計量儀表可為實現電網自動化鋪路。
有些國家要求智慧計量儀表的電池壽命要維持10到15年，有些則要求15至20年。如果是智慧電子儀表(E-meter)，電池壽命須能維持20年以上。NB-IoT具有10年以上的電池壽命，很適合應用於智慧計量儀表。
為了延長電池續航力，製造商需分析IoT裝置在運作、閒置、待機和休眠模式下的電流消耗情況。裝置製造商還需重新建立各種運作條件，例如遠端軟體更新、極限覆蓋條件下的重複傳輸，以及裝置無法連接到伺服器等條件，以充分掌握每一種情境中，分別需要消耗多大電流。
雖然這些方法很有效，但是還不足以滿足IoT應用的要求。所幸3GPP標準已制定可實現提升電池續航力的省電模式(PSM)。PSM可讓裝置進入深度休眠模式並關閉大部分的電路運作。PSM與關機模式的差別在於，裝置仍保持網路註冊，喚醒後不需重新附著或連線。此技術對於常處於休眠狀態、偶有資料傳輸需求的IoT裝置效果很好，例如需定期回報量測資料的濕度感測器。
擴大覆蓋範圍
為了滿足IIoT應用的要求，NB-IoT必須提供極高的覆蓋範圍。這代表它必須部署在地處偏遠或難以到達的區域，甚至是部署在室內或地下等不利的環境。最好的例子，就是地下智慧停車場中的無線感測器，它會在停車場有空位時發送通知。NB-IoT的目標是能夠為經常設置於地下室和建築物內部深處的智慧計量儀表和其他IoT裝置提供足夠的訊號覆蓋。業界預期NB-IoT具有高出一般LTE 23dB的最大覆蓋增益。但是，實際增益可能會再低一些，取決於具體採用的部署方法和配置。覆蓋範圍增加，電信商便可將其部署在現有的LTE基地台網路中，提供深入的室內覆蓋率，並選擇是否要減少額外的室內基地台建置和分散式天線系統(DAS)部署。
NB-IoT覆蓋範圍的挑戰在於它受到許多因素的影響，取決於商用網路設備和IoT裝置的場域效能，裝置之間的互操作性以及網路設計和配置。NB-IoT覆蓋範圍的提高，也會造成服務品質(QoS)的下降。
為確保最大覆蓋範圍，製造商需要模擬不同的射頻環境，包括遙遠位置、地下室、隱蔽場所、混凝土建築物及工業環境等，因此，這些環境中的射頻條件差異很大。一旦物聯網網路服務上線，服務供應商就必須進行場域量測，以確保模擬測試符合實際使用情況。這些量測為服務供應商提供了將網路最佳化和提供最佳服務品質所需的參數。
裝置製造商需執行發射器和接收器特性分析，以了解IoT裝置在這些不同射頻條件下的效能。尤其是低成本收發器設計，其效能須經過精密分析，因為低成本元件的使用可能導致效能下降。而且，由於裝置可能不只在同一個環境中運作，還會在不同的環境之間移動，因此裝置製造商有必要在所有不同運作環境對裝置進行測試。
有效測試降低成本
成本是IoT裝置的一大關鍵因素。對於採用NB-IoT等LWPAN技術的IIoT裝置也不例外。事實上，為了滿足IIoT的要求，NB-IoT模組成本必須要低，單價應低於5美元。
NB-IoT模組的成本起初預計與GSM/GPRS的成本相當。然而，NB-IoT底層技術比GSM/GPRS要簡單得多，因此隨著需求量增加，成本可能會大幅降低。但成本不僅包含模組本身的價格。例如，可靠度不足的NB-IoT裝置，將產生更大的相關服務和/或回收成本。具備可靠性的NB-IoT裝置，可提供10年或更長的運作時間，無需人力介入，可在物聯網服務中斷後自行恢復運作。裝置在開發和生產過程中的測試成本也會明顯影響模組價格。
為了有效降低NB-IoT裝置成本，很多製造商使用低成本元件並簡化硬體設計。這些低成本裝置的效能必須經過嚴密的特性分析，以確保其可靠性不受影響。想要將服務和回收成本降到最低，裝置製造商就必須確保裝置的可靠性。裝置廠商必須在實驗室或生產線上重建不同的實際運作情境，並以高度的可重複性進行測試。他們還需測試一些不利的情境，例如物聯網伺服器停機並出現連接故障，確保裝置能夠自行恢復運作，並且不會消耗過多電量。
審慎挑選正確的測試設備，能有助於降低裝置成本。一套完整的解決方案可涵蓋從設計、製造到相符性測試的整個產品開發週期，以協助客戶大幅降低測試設備的資本支出。同樣地，如果該解決方案可根據客戶需求的變化，輕鬆對硬體和/或軟體進行升級，將可有效保障您的資本投資。如果解決方案訴求快速便捷，將能大幅增加量測速率，並且進一步降低測試成本。
NB-IoT有望加速IIoT的全面部署。然而在IIoT應用中，NB-IoT裝置和系統的成功與否，將強烈取決於設計工程師、裝置製造商和服務供應商是否能夠克服目前對於電池壽命、網路覆蓋和成本方面的挑戰。此外，執行場域量測以驗證網路實際效能，是確保IoT網路能有效運作的重大關鍵。成功克服這些挑戰，便能享受IIoT和所帶來的大規模全新商機。