为什么NB-IoT一块电池可用10年？

NB-IoT有四大优势特征：

 

对于其中的低功耗优势，行内人都知道，可以工作10年。

这其中主要用到两大省电技术：

NB中的两大节电技术：eDRX、PSM

1.eDRX

在现网任何一个移动通信系统中，终端都不太可能无时无刻都在工作的。这就像人不能时时刻刻上班，需要间隔的休息一样，系统设计了一套叫做DRX的机制使得终端可以休息，在休息的过程中，因为关闭了收发信机（Tx/Rx），从而达到了节电的目的。

DRX(Discontinuous Reception)，又称不连续接收，它的主要思想有两个：

◢通过设计一套定时器，使得终端和网络具有严格的时间同步，以防出现终端在睡觉，但网络不断的在call你；或者你在工作日睡觉不定闹钟，睡到自然醒，结果上班迟到，简直是作死的节奏。

◢网络侧与终端侧设计一套沟通机制，方便终端与网络商量终端是不是可以去睡觉了、什么时候去睡觉。

2. PSM(Power Saving Mode)

SM的技术原理非常简单，即在IDLE态下再新增加一个新的状态PSM（idle的子状态），在该状态下，终端射频关闭，相当于关机状态（但是核心网侧还保留用户上下文，用户进入空闲态/连接态时无需再附着/PDN建立）。此功能在3GPP的Release 12被引入，相关协议规范在24.301-5.3.11 Power saving mode and 23.682-4.5.4 UE Power Saving Mode.

在PSM状态时，下行不可达，DDN到达MME后，MME通知SGW缓存用户下行数据并延迟触发寻呼；上行有数据/信令需要发送时，触发终端进入连接状态。

进入省电模式后设备不再接收寻呼消息，看起来设备和网络失联，但设备仍然注册在网络中。UE进入PSM模式后，只有在UE需要发送MO数据，或者周期TAU/RAU定时器超时后需要执行周期TAU/RAU时，才会退出PSM模式，TAU最大周期为310小时。

可是NB-IoT电池现实中真的可以工作10年吗？什么条件下才可以工作10年呢？

其实在3GPP标准在制定低功耗广域网技术的低功耗性能指标时，已经定义了工作10年的条件。那么3GPP标准具体是怎么定义的？

3GPP TR45.820中完整介绍了可用10年的条件，具体来说主要有以下条件：

条件1：电池容量

标准中明确要求，电池容量为5Wh的情况下，使用时长要求可达10年。

对于手机、智能穿戴等普遍使用的锂聚合物电池，5Wh对应约1350mA。对于干电池，大约相当于3节7号电池或1节5号电池，这就是平时常说的一节AA电池可以使用10年的由来。

条件2：电池利用率

假设电池利用率为100%，即不考虑任何老化、能量转换损失等。

条件3：T3314和T3324时长(终端何时进入PSM状态)

从评估模型中可以看出，假设终端在收发完数据之后立即进入IDLE状态(T3314=0)，再过20s(T3324)后进入PSM模式。对于NB-IoT，T3314和T3324是网络侧指定的，核心网可以配置。

条件4：数据量

数据量的多少直接影响收发时间，进而影响到工作时长。标准中规定，10年寿命按照只有终端主动上报数据、网络侧不下发数据的场景来衡量。

每天上报的频次：分2小时一次和24小时一次两种场景。

每次上报的数据量：

UL：分50B和200B两种场景。

DL：29B或65B。即只是ACK包，无数据传输。

条件5：终端架构

显然，虽然没有明说，3GPP标准定义的功耗模型中是一个只有NB-IoT数据收发基本功能的终端，没有GPS定位、sensor数据采集等功能(或者说没有包含这部分器件的功耗)。这是一个隐性条件。

条件6：带宽及部署方式

基于200KHz带宽，独立部署方式。

评估结果：基于上述条件，3GPP也给出了评估结果，如下表。可以看出，要确保在增强覆盖模式2下5Wh电池也满足10年寿命要求，数据收发频率要求是每天上报1次、数据量<=200B。

说明：

3GPP在定义10年寿命要求时，并没有限定必须是NB-IoT技术，实际上EC-GSM、NB-CIoT均属于3GPP定义的可工作10年(或者说是要求可工作10年)的技术。

但是，现实中受诸多因素的影响，一节AA电池其实并不可能工作10年，这些因素包括：

电池能量利用率不可能是100%，一般是50%~90%；

数据收发频率和数据量往往>200B/天；

终端设备带有传感器等耗电器件(往往比NB-IoT本身的电量消耗还要多)；

基站和核心网参数往往不是以终端功耗最低这一个指标来配置的。