Narrowband-IoT (NB-IoT) ist eine Erweiterung zum LTE-Mobilfunkstandard und wird von Telekommunikationsanbietern bereitgestellt. Die Anwender können NB-IoT durch die Zahlung einer Gebühr nutzen, um Datenpakete zu übertragen.

Die bestehende LTE-Infrastruktur unterstützt hardwareseitig Narrowband-IoT. Daher genügt es in den meisten Fällen, wenn der Mobilfunkanbieter eine Softwareaktualisierung für die bestehende Mobilfunkinfrastruktur durchführt, um NB-IoT bereitzustellen. Dadurch kann (theoretisch) vom Mobilfunkanbieter zeitnah eine flächendeckende Versorgung mit NB-IoT umgesetzt werden, während bei Funktechnologien wie Sigfox, die Infrastruktur erst aufgebaut werden muss. 

Mit der LPWAN-Funktechnologie NB-IoT können Daten mit einem deutlich geringeren Energieverbrauch gesendet werden, als mit LTE. Außerdem sind die NB- IoT-Funkmodule deutlich preiswerter als LTE-Funkmodule. NB-IoT sendet im lizensierten LTE-Frequenzspektrum von 450 bis 2200 MHz mit einer Kanalbreite von 200 kHz. Regional werden unterschiedliche Frequenzbänder genutzt. In Europa werden die NB-IoT-Bänder B3 (1800 MHz), B8 (900 MHz) und B20 (800 MHz) genutzt. Mit den niedrigen Frequenzbändern B8 und B20 wird eine gute Gebäudedurchdringung und hohe Reichweite durch die langwelligen Funksignale erreicht, während mit dem Band B3 eine hohe Datenrate (bis zu 200 kBit/s) erreicht wird. Im Gegensatz zu LoRaWAN und Sigfox im ISM-Band, gibt es im lizensierten Frequenzband keinen Duty-Cycle, der die Sendezeit beschränkt. Dadurch können beliebig oft Datenpakete übertragen werden und bei Funkstörungen können Datenpakete wiederholt gesendet werden. Außerdem sind die lizensierten Frequenzbänder für eine hohe Anzahl an Endgeräte ausgelegt und können einen stabilen und störungsfreien Betrieb gewährleisten, der im lizenzfreien Frequenzband durch Interferenzen nicht immer gegeben ist.

Bei NB-IoT können drei Bereitstellungsarten umgesetzt werden: 

  • In-Band: Das NB-IoT Band wird aus dem LTE-Frequenzband gewählt. 
  • Guard Band: Das NB-IoT Band wird aus dem LTE-Schutzband gewählt. Ein Schutzband ist eine Lücke zwischen den Frequenzbändern, um Störungen zu verhindern. Dadurch wird die Kapazität von LTE nicht beeinträchtigt. 
  • Stand-Alone: Das NB-IoT Band wird aus dem GSM-Frequenzband gewählt. Dadurch kann NB-IoT an Standorten bereitgestellt werden, wo LTE vom Mobilfunkanbieter nicht ausgebaut ist. Stattdessen muss an dem Standort GSM ausgebaut sein. 
NB-IoT unterschiedliche Bereitstellungsarten
Abbildung 1: NB-IoT Bereitstellungsarten

Ein Endgerät ist mit einer SIM-Karte von einem Telekommunikationsanbieter ausgestattet, z.B. Telekom oder Vodafone. Das Endgerät sendet Datenpakete an einen eNodeB (Uplink) oder empfängt Datenpakete von einem eNodeB (Downlink). Ein Evolved Node B (eNodeB) ist Bestandteil der herkömmlichen Mobilfunkinfrastruktur und leitet die empfangenen Datenpakete an das Kernnetz Evolved Packet Core weiter. Hier wird der Betrieb und Koordination im Funknetzwerk ermöglicht und gewährleistet Mobilität, Handover und Roaming zwischen den Teilnehmern des Funknetzwerks. Anschließend werden die Datenpaket an die IoT-Plattform des jeweiligen Anbieter weitergeleitet. In Deutschland sind das die Firmen Telekom mit „Cloud der Dinge“ und Vodafone mit „Vodafone IoT Platform“. Auf der IoT-Plattform werden die Daten der Endgeräte gespeichert und Schnittstellen bereitgestellt, um die Daten weiterzuleiten. Zusätzlich können bei den IoT-Plattformen die Daten visualisiert und analysiert werden.

NB-IoT Architektur mit Komponenten
Abbildung 2: NB-IoT Architektur

NB-IoT verfügt über umfangreiche Sicherheitsmechanismen. Auf der SIM-Karte sind vertrauliche Anmeldeinformationen gespeichert, mit denen das Endgerät sich im Mobilfunknetzwerk anmelden und seine Identität bestätigen kann (Authentizität). Außerdem werden die gesendeten Datenpakete verschlüsselt, um ein nicht-autorisiertes Auslesen und Manipulieren der Daten zu verhindern (Integrität). Allerdings ist der Energieverbrauch des Endgeräts durch das Verschlüsseln der Daten höher und die Batterielaufzeit dadurch geringer. Die Firmware eines Endgeräts kann per NB-IoT aktualisiert werden, um veraltete Firmware zu aktualisieren und Sicherheitslücken zu schließen.