NB-IoT成为利器,物联网云服务平台如何卡位?

NB-IoT成为利器,物联网云服务平台如何卡位?,第1张

文/杨剑勇

物联网发展已是全球趋势,预计将创造数万亿美元经济价值。各国都已制订了相应的国家发展战略,为全球经济注入增长动力。因传输层作为实现万物互联的基础,支持海量设备的传输通信驱动着物联网产业发展,更是迎来全球布局,其中较为凸显的是NB-IoT技术,因其有广泛覆盖、支撑海量连接、更低的功耗等优势,以及随着NB-IoT生态的逐渐完善,将有利推动物联网在全球范围内快速发展 ,因此各链条关键企业均在积极推动。


什么是NB-IoT?

NB-IoT全称是蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT),万物互联网络的一个重要分支,也被叫做低功耗广域网(LPWA),面向低耗流物联网终端,适合广泛部署在智慧城市、智慧交通、智能生产和智能家居,2016年6月16日在韩国釜山召开的3GPP RAN全会第72次会议上NB-IoT标准确定,预示着物联网建设提速。

NB-IoT只消耗大约180kHz的频段,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

近日,Lux Research称,由于覆盖范围和可靠性的扩大,NB-IoT将主导LPWAN,预计到2022年,NB-IoT将会成为物联网时代下的赢家,为物联网中连接数以十亿台设备,到2022年,NB-IoT可能会捕获到全球90%以上的LPWAN连接。

NB-IoT商用也在提速,国内三大运营商在积极部署NB-IoT网络,中国电信在近日宣布全球首个覆盖最广的商用NB-IoT网络建成,将助推物联网产业发展,将在智能电网、智能水表、智慧安放和智慧农业等众多细分领域落地。

芯片是NB-IoT技术商用核心力量,作为芯片巨头的高通最早开始布局NB-IoT,并联合产业链优势资源来共同推动应用落地。在各运营商及原厂的积极热情部署背景下,势必带动整个生态体系发展,从基础设施、芯片、模块和设备等打造一个稳健、开放的 NB-IoT 生态系统,有助于推动 NB-IoT 技术创新和商用。

此外,与以往新的通信技术和芯片仅依靠运营商及原厂推动不同,本轮NB-IoT技术的发展适应物联网发展趋势,带入了物联网产业链非常重要的云服务环节,物联网云服务商机智云与中国电信及高通就NB-IoT的商业落地均展开深入合作,此外还将会在机智云自助开发平台部署NB-IoT的开发技术,让更多物联网开发人员可以第一时间实现NB-IoT的开发和应用落地。

由于物联网这一词汇蕴含的内容及其广阔,被视为第四次科技革命,促进世界经济增长,至此各国纷纷推出以物联网为基础的国家战略。发展物联网是全球趋势,在信息科技发展开始从移动互联网向物联网转变之际,在这一次信息革命中,能够快速创新成为企业竞争的核心,能充分利用物联网的企业也将会成为万物互联时代的赢家。作为引领新型信息化与传统领域走向深度融合的物联网,在未来几年之内,在全球范围内也将创造19万亿美元的整体价值。

推物联网普及提速

来自网优雇佣军文章介绍,目前可以确定,2017年全球至少将有327万NB-IoT基站,笔者再结合Lux Research给出NB-IoT报告显示,NB-IoT可能会占据全球90%以上的LPWAN连接。 由于全球运营商的积极部署NB-IoT网络,围绕NB-IoT的生态体系将逐渐完善,有助于推动 NB-IoT 技术创新和商用,势必加速物联网大规模普及。

在整个物联网产业链中,传输层是实现万物互联基础,未来几年内,物联网设备连接数量将会达数百亿,支持海量设备的传输通信驱动着物联网产业发展,而贯穿物联网设备所需要各平台和解决方案互通为基础,才能使物联网得以实现。

尤其在这个大连接时代,涉及到太多跨品牌、跨平台、跨设备之间的无线通讯,而今年谈论最多的NB-IoT是典型的窄带通信技术将成为关键所在。全球已经有21个运营商承诺部署NB-IoT网络,预测到今年底,在全球将会部署25张NB-IoT商用网络,这是来自今年早些时候GSA发布的报告所做出的预测。

德国电信M2M部门的高级产品经理Jens Olejak说,对于NB-IoT来说,因为模块成本对其业务客户来关键所在,模块价格需要更接近行业的最终目标,每单位5美元,使部署B-IoT项目更可行。机智云总经理黄锡雄在面对21世纪经济报道记者表示:“NB-IoT符合大连接的特点需求,很多WiFi、蓝牙做不到的场景都可以使用NB-IoT,但现在成本并不够低。距离运营商“5美元”的目标仍有距离。“

NB-IoT模块成本之间仍然是11至17美元之间,如果能控制到5美元左右,加上低功耗能维持10到15年的网络,那么NB-IoT的优势就显而易见,另外,中国电信计划投入1亿元用于NB-IoT模块补贴,希望将NB-IoT模块价格降低至5美元。价格的降低有助于推动NB-IoT商业进程。

由于NB-IoT网络的覆盖,将促使进入一个智慧的社会,包括智慧社区、智慧城管、智慧路灯、智慧停车、智慧物流等众多垂直应用,其中智慧生活成为智能家居最大发展方向,在机智云CEO黄灼看来,NB-IoT将加速物联网产业的服务升级,对拥有超过6000+企业注册用户,服务覆盖国内外知名厂商、市场份额第一的机智云来说,新的技术总是让人激动人心的。

机智云是目前国内首个与运营商和芯片原厂共同研发、推动NB-IoT技术的物联网第三方云平台,为NB-IoT解决方案提供成熟稳定的开发工具和云端支持,同时其云服务能力具备数据管理、计费、终端管理、连接服务和数据分析等功能,支持NB-IoT、LTE Cat-M1和EC-GSM-IoT等蜂窝物联网技术,并保证高度的数据主权和安全性,可以满足厂家和产品的业务需求。

在商业应用上,机智云将基于高通MDM9206 全球多模蜂窝物联网连接技术应用于国家电网智能充电桩管理服务平台,和实现非智能商用冰柜等冷链系统智能化管理的HIVE 冷链资产管理解决方案。据悉机智云还将与高通在全国范围内建立NB-IoT测试实验室,进行更进一步的技术研发,以及为商用客户提供NB-IoT产品测试服务。

高通的MDM9206 行业解决方案,旨在为日益增多的物联网终端和系统提供可靠、优化的蜂窝连接。MDM9206 是一款为 Cat-M1(eMTC)和 Cat-NB1(NB-IoT)定制的多模多频芯片,集成了 CPU 和定位技术,能够让物联网产品在全球一系列不同的运营商网络中运行,实现产品全球覆盖的最大化和规模化。

也正是凭借在硬件接入、数据挖掘和分析应用上的技术优势及多年的行业实战经验,机智云已发展为行业第一的综合物联网云服务平台,处于整个产业链的核心位置,是物联网技术发展不可缺少的重要环节。通过对数据流的集中、处理和疏散中心,凭借“大平台+小前端”的结构,支撑和推动物联网在细分行业的商业模式创新,提升行业效率。通过多年来对产业深耕和上下游资源整合,形成完整的物联网开发服务生态,有效撮合供应商和用户降低交易成本,通过第三方接口释放共享经济的巨大价值,参与应用分成,达成生态共赢。

大连接时代凸显物联网云平台价值

根据Gartner数据显示,2016年有64亿物联网设备,预计今年全球物联网设备数量将达84亿,到2020年物联网设备数量将突破两百亿,但诸如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等短距离通信技术应用范围和规模有限,而NB-IoT的高覆盖能力,适合广泛部署在智能家居、智慧城市等众多物联网垂直领域,众多企业积极参与NB-IoT生态建设,希望主导该领域。

物联网通常划分为感知、传输和应用三个层次,感知层以如传感器、RFID等为主,是信息采集的关键部分,传输层以通信设备厂商和运营商等为主导,包括昔日帝国的诺基亚,也寄望于物联网重塑辉煌,但在长期关注物联网产业的杨剑勇看来,物联网的核心价值在应用层。在万物互联所收集的数据后,最终汇集到应用层数据处理等才是物联网产业的核心价值点。

在物联网时代,平台不仅可实现各设备的互联互通,其核心是数据的集散中心,所形成的数据加以利用,将会诞生出很多创新商业模式及应用,其中“云”作为各种设备联网后所产生的数据提供存储、管理、分析等,是物联网产业发展基石。以物联网云服务平台的机智云为例,以万物互联为基础,也就是云、端、到设备云端整合,并分享至整个产业链,助力企业可以实现全球范围内的物联网运营。

作为国内物联网云服务的践行者,不管是企业客户还是开发者,机智云其生态已形成规模化,作为一家懂硬件的软件公司,目前估值数亿美元,被《福布斯》全球IoT创新企业TOP100唯一入选前50的大陆公司,《快公司》中国创新50强。并连续两年获得工信部CSIP年度物联网解决方案奖,连续两年获得中国家电协会艾普兰核芯奖,已成为物联网云服务第一品牌。

在机智云创始人兼CEO黄灼先生看来,物联网是一个有机互联的生态系统,基于大数据的人工智能未来将更广泛应用于物联网,但数据分析、云端安全等技术,全球专业人才也不多。作为最有影响力的物联网开发平台,机智云就要把这些复杂的算法模块化、工具化,持续为开发者提供更多有价值的开发工具和模块服务,帮助他们低成本快速进入物联网行业。

写到最后

数据产生、收集、处理、决策和应用,将随着各式各样的物联网设备的普及以及传感器的大规模部署,所采集的大数据,其潜在的价值也将被逐渐挖掘,可以说,物联网是一个以“数据”为驱动的产业。即万物互联所产生的海量数据,经智能化的处理、分析,最终透过数据形成产品或服务,而正是物联网最核心的商业价值所在,也将为社会创造出更多的商业机遇。

本文作者杨剑勇,长期关注物联网、智能家居、可穿戴设备、机器人和人工智能等前沿科技产业。

只要安装到电信版本的网络制式的手机中即可激活使用。

本质上就是一张普通的手机SIM卡,只是其业务(套餐)比较特殊,通常只提供基本的数据流量上网服务(可能是专用的数据通道),有些也提供短信服务,大多不能接打语音电话。这样的SIM卡通常用于物联网设备访问网络交换数据,因此叫做“物联网卡”。

电信物联网卡分两种,一种是常规的流量卡,另外一种是NB卡。流量卡是按照你每一个月开通的套餐来定价的,比如说,你订购的是5M的月度套餐,一个月的费用就是六毛钱。

NB卡是一种新型卡,这种卡是按照与基站的互通次数来作为计费的依据,目前两万次的连接费用,大概是20块钱。

说起物联网(Internet of Things, IoT),估计很多人都耳熟能详,因为我们早就在各种各样的媒体中看到过好多次这个名词了。

按照中国传统观点,万物实际上是有着天然的联系的,那么人类为何又要画蛇添足般地再把他们连接起来呢?原因很简单, 万物的天然联系是依靠的自然规律,而人类并不能控制他们,而物联网让万物以人类的意愿进行连接,从而让人类可以控制他们 。物联网,无非是又一个人类征服和控制自然的尝试而已。只要万物能够互联并且通过有效的手段在需要的时候知道他们的状态,从而采用有效的手段进行干预,那么人类就有了对万物的相当程度的控制权。

这给了人们很大的想象空间,因此,也吸引了大量的淘金者,试图分享这样一块看起来巨大无比的蛋糕。 但这么多年来,现实并不乐观。

根据我的了解——可能并不准确——我感觉物联网现在处于一个比较尴尬的阶段。 一方面,物联网的呼声很大,人们寄予很大的期望;但另一方面,市场的反响并不热烈,本来应该跟人们的生活息息相关的物联网,似乎在现实中并没有被人们所感知。我观察到的现实就不很乐观。 算得上物联网的智能家居曲高和寡,国内力推的NB-IoT雷声大雨点小,LoRa使用的主流频段在国内被事实上禁用, Zigbee等覆盖范围过小……

在这里,我想梳理一下物联网在国内发展的现状,以便于更好地定位和找出问题所在。

物联网可以看做是互联网的升级版本,传统的互联网连接的是人;物联网不光连接人,还要连接物,除了人类的互动外,还需要让人能够更好地把控物。 人是自带智能的,所以传统的互联网的重点在于连接,只要有连接,人们就会互动,产生内容等,对网络的智能要求就不高;但物联网连接的是物,物本身不具备智能, 需要通过人来控制或者智能系统来自动控制。

物联网也是近十年来出现频率很高的智慧某某(例如智慧城市,智慧楼宇,智慧园区,智慧安防等)的基础设施。 什么是智慧?我认为就是能够根据某个特定的需求和目标,自主动态调节现有状态的能力 。这需要至少有两个部分构成,一是要有数据分析和处理的“大脑”部分,二是要有数据收集和指令执行的“躯体”部分。 我们往往把狭义的躯体部分作为狭义的物联网, 也可以称为物联网10, 实现了物体的初步连接和数据收集和反馈能力,但这套系统要想实用,实际上离不开人,因为数据的分析和控制指令的下达还是需要人来做;而大脑+躯体才是真正智慧的物联网,在我看来这才是能够给人类带来很大便利的物联网,才具备大范围应用的技术基础, 可以把这称为物联网20。

现阶段的物联网还是停留在由人控制的阶段,也就是10时代,这个阶段对数据的处理存在瓶颈,因此,并不适合复杂的应用,也不适合大范围使用。因此我们可以看到,应用比较广泛的应用也就是那少数的简单应用,如抄表、环境监测、家电控制等。云计算、大数据、机器学习、人工智能等技术是近几年的IT领域的热点,进展也非常迅速,他们的发展为物联网向20阶段进化提供了坚实的基础。

我们日常生活,现有的已经足够很好地满足人们的需求了;物联网,只是人们对更高生活水平的追求的产物,并且不是必需的;对于非必需品来说,要想普及需要足够的性价比或者就索性走高端路线。但从目前的物联网市场看,由于缺少比较成熟的家用物联网方案,因此并不能大规模使用,这导致物联网应用起来成本比较高,在家居中只有高端住宅才可能会使用,占比很少,家居物联网在这种初级阶段必须得要走高端路线,当然这也符合很多新事物的初始状况特征。

物联网在工商业中也有一些应用,例如RFID领域,我们已经可以在一些商店中看到。其他还有很多物联网项目,多数隐藏在智慧某某的名头之下,现阶段,只要是冠以智慧的项目,其造价一般会令人咂舌。 因此,在性价比不高的情况下,人们使用他的积极性自然不高了。

中国运营商去年决定要大力推广NB-IoT,他们试图提升性价比,因此希望设备和解决方案提供商们能够以较低的价格提供相关产品,由于其体量,确实有部分供应商愿意以接近成本价的价格向其提供产品;但即使是这样,愿意使用的用户也不多,这让供应商的积极性大大降低,因为根本就无利可图。也因为此,NB-IoT的这一波推广活动实际上到目前看来是比较失败的。

从连接介质来看,物联网分为有线和无线两种,考虑到实际部署的难度,无线方式显然更有机会会成为主流的连接方式。

从终端和因特网连接关系来看,物联网也可以划分为两种方式:一种是直接和因特网连接,例如NB-IoT、2/3/4G蜂窝网络、eMTC等; 另一种是通过网关间接和因特网连接,例如LoRa、SigFox、ZigBee、BLE、WiFi等。不同的协议都是针对不同的应用场景设计的,因此在实际使用中都有其优缺点。例如我们常用的WiFi,要保证速率和可靠性,因此覆盖距离不够长,连接不可靠; NB-IoT主要用于低速率物联网应用,能够直接联网,但速率低, 用户连接数少; LoRa的覆盖比较广,但速率低,用户连接数也有限制……

因此,实际部署时需要根据不同的应用场景选择不同的技术、标准以及相应的设备,而在现场实施的时候又会有很多意想不到的困难。无线部署也需要做网优等工作,对实施人员的要求比较高。 这些都增大了物联网的部署难度。

由于物联网一般使用无线技术,那么频谱资源就是物联网的一个非常核心的资源。频谱资源时稀缺的,因为有太多的地方需要这类资源。例如我们的移动电话、微波通信、卫星通信、应急通信、无线WiFi等等。这些资源由于其稀缺性,需要统一的规划。而这在不同的国家也面临着不同的状况。

例如现在比较火热的LoRa,阿里巴巴、腾讯等互联网企业刚刚加入该标准联盟,结果国家的新的频谱规划就给予他们致命一击,LoRa所使用的sub-1G的频谱资源实际上是不开放的。

目前在全球,唯一明确的民用频段就是24GHz,也就是WiFi、蓝牙等使用的频段。但这个频段的问题是与低频段的无线电波相比,越障能力比较差,因此覆盖能力不强。而又由于太多的民用无线设备都是用这个频段,导致这个频段的信号比较“脏”,收到的干扰比较大。 现有的使用这个频段的蓝牙、WiFi协议本身也是为了IP宽带连接而设计的,专注于速率,所以也导致覆盖范围一般不超过100米,并且连接数量有着很大的限制。 因此,要想避免频谱资源的政策风险,就只能使用24GHz这个频段 ,那么如何在这样的情况下增加无线覆盖的范围,提升覆盖距离,就是物联网公司需要解决的一个大问题。

比较有实际应用意义的物联网的规模需要达到一定的程度,也就是终端要足够多,很多地方并不具备电源接入的条件,那么就需要终端的功耗要足够低或者索性无源。

无源当然是最佳的方式,目前的解决方案是要加储能电路,但这种电量非常微小,在现有的技术条件下,覆盖范围和传输能力都受到严重的制约,只能适应很少的一部分场景。因此,大多数情况还是需要有源的终端,这就需要功耗尽可能地低了。 功耗问题可能是目前物联网面临的主要问题之一。

例如在智慧停车之类的项目中,有部分方案是用NB-IoT实现的。这个标准由于使用了蜂窝技术,只有运营商具备掌控的能力,所以电信运营商和设备商都非常有热情去推广,也号称一块电池可以用十年,看起来功耗似乎很低,但那是有前提条件的,就是它平时处于睡眠状态,每天主动醒来一次上传一次数据,在这样的情况下才可能坚持十年。 但用于停车就得频频被唤醒,因此在这个场景中使用就非常耗电。根据实际使用的经验,差不多5个月左右就得去更换电池了。这带来极大的维护工作量,而且电池的成本本身也非常高。因此,至少在停车这种方案中,NB-IoT并不是一个好的选择。如果用LoRa呢?在停车中也有应用,表现好一点,能够达到一年多的使用时间而不用换电池。而一般里面模块和芯片的寿命在5年以上,也就是说,在终端设备的生命周期里,需要更换多次电池,每一次更换电池实际上跟新开工一个项目工作量差不多多少。因此,我们不能说这种状况是令人满意的。

所以,如果能够解决有源终端的功耗难题,不光可以大大减轻日后的维护工作量,还可以大大降低终端的成本,这是因为在实际应用中,电池是物联网终端的主要成本之一。

技术本身是没有国界的,但遗憾的是我们并不生存在一个理想的世界里,我们的现实世界依然存在着各种各样的利益群体,有的时候出于自身利益的考虑,作为体现现代竞争力的物联网技术就要受到一些因素的制约。国家就是一个典型的利益群体,而国家安全往往是这个群体的最高利益之一。信息安全是国家安全的一个重要方面,物联网搜集各种各样的信息,这些信息有的时候就是非常机密的情报,不方便被其他利益团体所获知,因此,在物联网标准方面,在一开始就要注意这个方面。

LoRa是美国公司Semtech所提出的一个物联网标准,也是目前比较主流的标准。这个标准对标的是SigFox——一个欧洲的私人公司封闭的物联网标准,但SigFox用自己的标准建了一个覆盖很广的网络,对外运营物联网业务,可以叫做物联网供应商;而LoRa是半开放的标准,允许用户使用这种技术进行模块和终端产品的开发,并用这些产品组建自己的LoRa物联网,虽然相比于市场上主流的其他方案,看起来价格并不贵,但标准、芯片等核心部分过分集中于美国的供应商Semtech上,在特定的时候这就是一个很大的风险。

因此,无论是物联网方案提供商、物联网产品开发商,还是用户,在选择物联网标准的时候要考虑到这个问题。当然,对于小规模的民用应用,采用什么标准问题不大,但对于军用、大规模应用来说,不考虑这个因素将可能让投资全部打水漂。 最近的无线电频谱的一个征求意见的文件就让某国外标准被判了死刑,即使我们最大的两个互联网公司刚刚加入了这个阵营也是无可奈何。

NB-IoT是中国特别是运营商和设备提供商力推的标准,但它的问题在于功耗较高、用户容量有限,所以,在很多场景里并不适合。因此,中国还需要更多的物联网标准,来补充NB-IoT的不足。

随着移动通信技术的发展,人与人的连接正向人与物以及物与物的连接迈进,万物互联背景下的连接需求空前。与此同时,2G/3G减频退网,为NB-IoT做了巨大的市场“让步”,NB-IoT作为具有低功耗、低成本、高集成度等优势的窄带物联网技术,又能够以更低成本带来更加丰富的应用场景。因此,潜在巨大的市场增量空间。
█ NB-IoT模组之基——功耗与稳定
超低功耗模组是电池供电的物联网终端能长时间工作的关键。当前,水电表、燃气表等表计采用的都是电池供电的方式,表计行业对于生产的水电表寿命要求通常为6-8年甚至更长,而NB-IoT模组作为表计内部最大的耗电源,其功耗水平的高低直接影响到表计的使用时长。随着NB-IoT终端运行时间的加长,对异常处理、环境适应、系统稳定性的要求越来越高,对模组的可靠性要求也越来越苛刻。因此,NB-IoT模组的可靠性是物联网设备终端的核心要求。
█ 千锤百炼,造就超高可靠性
作为NB-IoT的推进者之一,美格智能一直专注于NB-IoT模组的SoC定制,始终坚持双平台“两条腿走路”的战略规划。针对于以上问题,美格智能直面行业合作伙伴需求与挑战,就多款NB-IoT模组在严苛的温湿度环境下进行了可靠性测试,以有效破解广大NB-IoT合作伙伴对产品维稳性的疑虑。
“数据是产品性能的主要支撑力”。本次测试美格智能主要针对于公司现有的SLM130、SLM160、SLM130X三款NB-IoT模组进行,最终通过了三个“1000小时”的苛刻量产常规测试。
1000小时常温常湿正常运维:首先,美格智能对三款(SLM130、SLM160、SLM130X)NB-IoT模组产品分别进行了常温常湿环境下的工作运行测试,测试样品联网上电开机1000小时,仍然保持着持续正常的工作运维。
1000小时高温高湿不断网:在高温测试环节,美格智能将NB-IoT模组样品装上eSIM卡和天线并置入环境试验箱,在移动网络覆盖稳定情况下以串口连接方式将模组接入电脑,以1℃/min的速率提升试验箱温度至85℃,并上电开机,通过电脑串口AT命令工具,间隔1分钟循环发生AT命令“AT+ECPING=>

伴随着移动通信技术的不断发展,全球物联网即将迎来快速的发展。在国际运营商中,AT&T、Verizon、KDDI、KPN、Orange、NTT DoCoMo、Telefonica、Telstra、Telus都先后开展了eMTC的商用。

在我国,电信率先起跑,在确立了800MHz组网能力之后,一口气要建成30万NB-IOT基站。联通与Jasper签订双排他协议,早早确定了NB-IOT作为发展方向。

而最早提出的中移动,却在NB-IoT与eMTC之间徘徊不定,这之间的原因,主要是两种制式各有所长,而中移动的TDD网络决定了其决策上的纠结性。

本文就NB-IoT与eMTC的主要性能,在十个方面进行了系统地梳理及详细地分析,在十轮论战过后,让我们再重新审视中移动的最佳决策应该是什么样子的。

在物联网的建网中,有非常多的应用场景需要满足,那么NB-IoT 与eMTC是在哪个场景下进行PK的呢?主要有三个场景,我们依次来看一下。

物联网应用可根据速率、时延及可靠性等要求,主要可分为三大类:

在以上各类业务中,LPWA业务由于连接需求规模大,是全球各运营商争夺连接的主要市场。NB-IoT 与eMTC也主要是在这个战场上进行PK的。

NB-IoT 与EMTC一路走来,是战败了哪些网络制式,才走到最后的呢?

目前,存在多种可承载LPWA类业务的物联网通信技术,如GPRS、LTE、LoRa、Sigfox等,但存在如下问题:

上述几点已经成为阻碍LPWA业务发展的影响因素,与这些制式相比,NB-IoT 与EMTC优势较为明显。

NB-IoT与eMTC的十轮鏖战

总结来看,NB-IoT 覆盖半径约是GSM/LTE 的4 倍,eMTC覆盖半径约是GSM/LTE 的3 倍,NB-IoT 覆盖半径比eMTC 大30%。NB-IoT 及eMTC 覆盖增强可用于提高物联网终端的深度覆盖能力,也可用于提高网络的覆盖率,或者减少站址密度以降低网络成本等。

NB-IoT :在3GPP 标准中的终端电池寿命设计目标为10 年。在实际设计中,NB-IoT 引入eDRX 与PSM 等节电模式以降低功耗,该技术采用了降低峰均比以提升功率放大器(PA)效率、减少周期性测量及仅支持单进程等多种方案提升电池效率,以达到10 年寿命的设计预期。

eMTC :在较理想的场景下,电池寿命预期也可达10 年水平,其终端也引入了PSM 与eDRX 两种节电模式,但是实际性能,还需后在不同场景中做进一步评估、验证。

NB-IoT :其采用更简单的调制解调编码方式,以降低存储器及处理器的要求;采用半双工的方式,无需双工器、降低带外及阻塞指标等等一系列方法。在目前市场规模下,其模组成本可达5 美金以下,在今后市场规模扩大的情况下,规模效应有可能使其模组成本进一步下降。

eMTC :其也在LTE 的基础上,针对物联网应用需求对成本进行了一定程度的优化。在市场初期的规模下,其模组成本可低于10 美金。

4连接数

NB-IoT :其在设计之初所定目标为5 万连接数/ 小区,根据初期计算评估,目前版本可基本达到要求。但是否可达到该设计目标取决于小区内各NB-IoT 终端业务模型等因素,需后续进一步测试评估。

eMTC:其连接数并未针对物联网应用做专门优化,目前预期其连接数将小于NB-IoT技术,具体性能需后续进一步测试评估。

定位功能:在NB-IoT技术的R13 版本中,为降低终端的功耗,在系统设计时,并未设计PRS 及SRS。因此,目前NB-IoT 仅能通过基站侧E-CID 方式定位,精度较粗。当然,未来的升级中将进一步考虑增强定位精度的特性与设计。

多播(multi-cast)功能 :在物联网业务中,基站有可能需要对大量终端同时发出同样的数据包。在NB-IoT 的R13 版本中,无相应多播业务,在进行该类业务时需逐个向每个终端下发相应数据,浪费大量系统资源,延长整体信息传送时间。在R14 版本中,有可能对多播特性进行考虑,以改善相关性能。

移动性/ 业务连续性增强功能:R13 中NB-IoT 主要针对静止/ 低速用户设计、优化,不支持邻区测量上报,因此无法进行连接态小区切换,仅支持空闲态小区重选。R14 阶段会增强UE 测量上报功能,支持连接态小区切换。

对于标清与高清的VoIP 语音, 其语音速率分别为122kbps 与2385 kbps。即全网至少需提供106 kbps 与177 kbps 的应用层速率,方可支持标清与高清的VoIP语音。

NB-IoT :其峰值上下行吞吐率仅为67 kbps 与30 kbps,因此,在组网环境下,无法对语音功能进行支持。

eMTC:其 FDD 模式上下行速率基本可满足语音的需求,但从产业角度来看,目前支持情况有限,对于eMTC TDD 模式,由于上行资源数受到限制,其语音支持能力较eMTC FDD 模式弱。

NB-IoT :在R13 版本下,其连接态下无法进行小区切换或重定向,仅能在空闲态下进行小区重选。在后续版本中,产业界有可能针对某些垂直行业需求,提出连接态移动性管理的需求。

eMTC:由于该技术是在LTE 基础上进行优化设计,可支持连接态小区切换。

NB-IOT:对于未部署LTE FDD的运营商,NB-IOT 的部署更接近于全新网络的部署,将涉及到无线网及核心网的新建或改造及传输结构的调整,同时,若无现成空闲频谱,则需对现网频谱(通常为GSM)进行调整(Standalone 模式)。因此,实施代价相对较高。

而对于已部署LTE FDD 的运营商,NB-IoT 的部署可很大程度上利用现有设备与频谱,其部署相对简单。但无论是依托那种制式进行建设,都需要独立部署核心网或升级现网设备。

eMTC:若在现网已部署4G 网络,在该基础上再部署eMTC 网络,在无线网方面,可基于现有4G网络进行软件升级,在核心网方面,同样可通过软件升级实现。

NB-IoT :其在覆盖、功耗、成本、连接数等方面性能占优,但无法满足移动性及中等速率要求、语音等业务需求,比较适合低速率、移动性要求相对较低的LPWA 应用;

eMTC :其在覆盖及模组成本方面目前弱于NB-IoT,但其在峰值速率、移动性,语音能力方面存在优势,适合于中等吞吐率、移动性或语音能力要求较高的物联网应用场景。运营商可根据现网中实际应用选择相关物联网技术进行部署。

这都让中移动难以下决心选择,因为一旦选择错误,机会成本与网络成本都是十分巨大的。

1、频段、服务质量和成本。

LoRa工作在1Ghz以下的非授权频段,在应用时不需要额外付费,NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的频段是授权的,是需要收费的。

2、电池寿命。

关于电池寿命方面有两个重要的因素要考虑,节点的电流消耗以及协议内容。LoRa是一种异步的基于ALOHA的协议,也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠;而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网,这样就额外的消耗了电池的电量。

3、网络覆盖和部署时间表。

NB-IoT标准在2016年公布,除网络部署之外,相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索。LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了,产品也处于“蓄势待发”的状态,同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。

4、设备成本。

对终端节点来说,LoRa协议比NB-IoT更简单,更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了,并且升级版还会接踵而至。


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