在城市地下管网中部署传感器监测水质、流量等参数，是智慧水务管理的重要环节。然而，传统通信技术如4G或Wi-Fi在深埋地下、供电受限的污水井中面临严峻挑战：高功耗导致电池续航不足，信号穿透能力差造成通信中断，设备成本高昂制约大规模应用。如何选择兼顾低功耗、广覆盖与低成本的物联网通信方案，成为市政部门亟待解决的技术痛点。
为此，西班牙瓦伦西亚理工大学的研究团队在《IEEE Sensors Journal》发表论文，系统比较了窄带物联网（NB-IoT）和Sigfox两种主流低功耗广域网络（LPWAN）技术在城市污水监测数据记录器中的应用性能。研究通过理论分析与实地部署29套设备，揭示出NB-IoT在批量数据传输中的能效优势（日均功耗仅1.11 mAh）以及Sigfox在低频率告警场景的互补价值，并提出“NB-IoT为主、Sigfox为辅”的混合通信策略，显著提升系统可靠性与经济性。
关键技术方法包括：
- 1.
双模通信硬件设计：集成NB-IoT（Quectel BC95-G模组）与Sigfox模组，支持引脚兼容的3G/4G备用方案；
- 2.
分层功耗管理架构：采用超低功耗微控制器（uC1-XULP）常驻值守，高性能处理器（uC2-ICEM）按需唤醒；
- 3.
功率节省模式（PSM）优化：对比NB-IoT的PSM模式与完全关断模式的能耗，验证PSM可降低54%通信能耗；
- 4.
多场景实地验证：在瓦伦西亚都会区部署设备，涵盖地下管网、喷泉、工业区等6类环境，测试信号穿透性与电池寿命。
通信协议性能对比
通过实测数据速率、接收灵敏度与覆盖范围（见表III），表明NB-IoT在复杂环境中具备+20 dB的链路预算优势，而Sigfox在无源负载场景下功耗更低。研究指出，当每日传输消息超过5条时，NB-IoT的能耗经济性显著优于Sigfox（见表IX）。
功耗分布与优化
分析显示通信模组与处理器占系统总能耗70%以上（图10）。通过batched transmission（批量传输）策略，NB-IoT单次传输1.6 kbit数据的日均能耗仅1.11 mAh，理论电池寿命达19.5年（7.9 Ah电池），而Sigfox在140条/日消息负载下寿命骤降至0.55年（表VII）。
覆盖可靠性分析
NB-IoT在80%的城区地下测试点表现稳定，但部分偏远区域需依赖Sigfox补充覆盖（图4-5）。研究强调运营商对eDRX（扩展不连续接收）等功能的支持程度直接影响实际能耗。
结论与意义
本研究证实NB-IoT是智慧水务数据记录器的优选方案，其双向通信、大载荷支持特性适用于日常批量数据传输与远程配置；Sigfox则适用于低频率实时告警或NB-IoT盲区备份。混合通信策略虽增加硬件成本（约1.75欧元/月/设备），但可提升系统鲁棒性。该成果为城市关键基础设施的物联网化提供了经实地验证的技术路径，推动LPWAN技术在水务管理领域的标准化应用。
