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物联网时代,NB-IoT正在强势崛起

2017/4/29    来源:e-works    作者:熊东旭      
关键字:NB-IoT  LPWAN  低功耗广域网  
发展低功耗广域网络是深化全球物联网应用的一个重要基础,而在选择哪一种技术标准上,中国乃至全球厂商已经做出了选择。无论低功耗广域网领域目前有多少对手,NB-IoT的强势崛起似乎已经变得不可避免。
    IDC调查显示,目前全球仍然有80%-90%的物联网设备由低功耗的室内系统连接,剩下10%左右的设备则由蜂窝网络承载。换句话说,物联网中有80%-90%的物联网设备数据并不通过电信运营商平台,造成这一现象的主要原因在于蜂窝通信并不能完全满足当前物联网发展及应用的需求。
 
    可以设想这样一个场景,企业需要对物流车队进行跟踪,在这一过程中数据采集和传输量都很小,可能几秒钟采集一个点位信息,而且这一过程对延时并不敏感,综合成本和需求考虑,可以认为这样的应用场景并不适合利用高带宽、高能耗、低延时的蜂窝通信技术。最为关键的是,高能耗的蜂窝无线通信模块无法实现设备的长时间待机,而且模块成本较高。面对这样一种需求,企业需要找到一种远距离、低功耗、低带宽、低成本的无线通信技术来填补这一市场的空白。
 
    低功耗广域网络,填补窄带接入空白
 
    物联网通信技术有很多种,从传输距离上可以分为两大类:
 
    第一类:短距离通信技术,代表技术有Wi-Fi、UWB、Bluetooth、Zigbee等,典型的应用场景如智能家居。
 
    第二类:远距离通信技术。其中包括GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的2G/3G蜂窝通信技术,以及最近几年发展起来的低功耗广域网络(LPWAN),主要包括SigFox、LoRa、NB-IOT。
 
物联网通信技术与业务需求
 
图 1 物联网通信技术与业务需求
 
    目前全球仍然有80%-90%的物联网设备由低功耗的室内系统连接,指的就是短距离这部分,而剩下10%左右的设备则由蜂窝网络承载,指的就是长距离这部分。在长距离这部分,根据业务特点的不同我们又将物联网的业务需求进行细化,分为三个业务需求层级:
 
    第一:低延时、高速率、高可靠性。这部分的业务特点是带宽要求要高,基本都在几M到几十M之间,而且不允许太大的时间延迟。比如远程视频交互、车联网、远程医疗、远程工业控制等,但较高的网络性能带来的是高功耗和高成本,使得待机时间较短。
 
    第二:中低速率,延时在允许的范围内即可。这部分业务的特点对带宽要求不高,基本在几百K到几M之间,到能支持移动联网,传输数据和语音通信。比如可穿戴设备等。这些应用网络性能适中,功耗和成本相对较低。
 
    第三:低成本、低速率、低功耗、穿透能力强,且终端接入数量巨大。这部分业务特点是对带宽要求很低,基本在几K到几百K之间,而且不需要持续的数据传输。比如对物流跟踪、智能抄表、环境监控等。这些应用的功耗和成本都极低,而且能长时间待机。
 
    IDC最新统计显示,2015年全球物联网连接设备数量约为100亿台,预计2020年将达300亿台,2016-2020年期间将增加一倍以上。2020年,全球物联网市场可达万亿美元级规模,中国将达百亿物联网连接(含各种连接),市场规模约1万亿人民币,未来新增连接中,至少约20~30%适合用蜂窝网承载。
 
    随着物联网接入设备数量的快速增长,根据设备的功能特性以及企业业务需求采用不同的接入方式,是进一步深化物联网应用的重要基础。特别是最近几年,随着智能制造战略的持续推进,工业领域有越来越多的智能化终端设备被接入到物联网,而在这一过程中企业思考的第一个问题就是如何选择一种更适合自身需求且成本低廉的接入方式。低功耗广域网技术的发展让企业有了多一种选择,避免出现大牛拉小车的情况。
 
    NB-IoT逐渐脱颖而出,正在强势崛起
 
    NB-IoT即窄带物联网 (Narrow Band - Internet of Things),是物联网通信技术的一种,具有低成本、低功耗、广覆盖等特点,定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场。除NB-IoT之外,主流的窄带物联网标准还有SigFox和LoRa。
 
 
LPWAN技术标准对比
 
图 2 LPWAN技术标准对比
 
    从技术指标对比看,相对LoRa、SigFox两大技术,NB-IoT技术首先就在覆盖、功耗、连接数、峰值速率等四个方面都占据明显的优势。
 
    其次,由于LoRa、SigFox处于非授权频段,或多或少会存在信号干扰问题,这会降低传输过程的可靠性和安全性,而且LoRa、Sigfox产业规模小,无法实现运营商级的广域网络部署运营,更适合企业为满足个性化需求而搭建自身局域网络。对比而言,NB-IoT处于授权频段的,传输可靠性更高,有良好的QoS(服务质量)保证,传输安全性更强
 
    第三,NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180 kHz的频段,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,实现平滑升级。由于帮助物联网业务提供商解决网络部署和维护问题,可实现终端即插即?,?幅降低业务部署门槛,对运营商更具优势。
 
    尽管NB-IoT拥有这么多的优势,但由于LoRa商用化时间比较早,是LPWAN技术中目前最为成熟的,已规模化商用,具有高灵敏、可靠性强等特点,在中国有一定量的用户群体。但就目前市场发展趋势而言,NB-IoT标准已经进入商业化运营阶段,必然会对LoRa市场造成挤压。此外,由于SigFox这几年并未在中国市场进行布局,已经错失与NB-IoT一决高下的良机。
 
    从当前网络运营商、芯片、模组以及电信设备几个领域的厂商动向看,围绕NB-IOT产业做战略布局已经成为重点。
 
    在网络运营市场,中国移动、中国联通和中国电信三大电信运营商均与华为就实现NB-IoT的商用化签署了相关的合作协议,计划2017年实现全面商用。在芯片领域,高通、华为、英特尔等巨头早已抢滩角逐。
 
    2016年9月华为就已经发布业内首款商用NB-IoT芯片Boudica,以及面向全球发布了端到端NB-IoT解决方案。
 
    高通在2015年10月推出支持NB-IoT/LTE-M(eMTC CatM1)的双模芯片MDM 9206,后期通过软件升级可以支持NB-IoT。模块OEM厂商预计将于2017年初发布了基于该芯片的支持Cat M1的模组,而对于NB-IoT的支持预计在此之后不久通过软件升级的方式实现。
 
    在2016年的巴塞罗那世界移动通信大会上,英特尔与爱立信和诺基亚分别展示了NB-IOT的基础概念演示;在2016年上海世界移动大会上,中国移动、爱立信和英特尔完成了全球首个基于蜂窝物联网技术的业务演示。中国移动与爱立信、英特尔合作的环境检测应用中采用了英特尔2016年发布的NB-IoT芯片(XMM7115)。
 
    此外,在2016年的物联网相关会议上,展锐都展出了基于Cat1支持中国电信800MHz的物联网芯片,并计划将于2017年第三季度量产NB-IoT芯片。联发科、中兴通讯的NB-IoT芯片也在研发当中,计划在2017年上半年会发布。
 
    笔者认为,发展低功耗广域网络是深化全球物联网应用的一个重要基础,而在选择哪一种技术标准上,中国乃至全球厂商已经做出了选择。在NB-IoT标准的制定过程中,高通、华为、爱立信、沃达丰、英特尔这些领域巨头都参与了进来,意味着NB-IoT已经成为低功耗广域网领域的实际标准。另一方面,NB-IoT能直接部署到LTE、GSM、UMTS等网络实现平滑升级,极大的降低了NB-IoT产业链的推广与实施难度。因此,无论低功耗广域网领域目前有多少对手,NB-IoT的强势崛起似乎已经变得不可避免。
 
责任编辑:熊东旭
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