2021年移动物联网有哪些发展趋势?

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物联网是一个超级产业,涉及领域非常多,其中又有很多细分技术,而且应用碎片化。2020年,工信部发出了《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》,意在推动移动物联网的规模化发展,将物联网碎片化的应用“串”起来。2020年,我国窄带物联网NB-IoT基站数和5G基站数均超过了70万个,移动物联网连接数超过了108亿。2021年,物联网发展将有哪些主要趋势?

NB-IoT仍在爬坡

目前我国NB-IoT的连接数已经超过了12亿,应用创新不断深化,水表、气表等领域应用已经达到了千万级,智慧停车、智慧路灯、智慧物流等百万级的应用领域正在不断涌现。

数据显示,目前中国电信的NB-IoT用户近8000万,NB-IoT连接数全球第一,NB市场占有率行业第一。同时,中国电信还部署了全球物联网领域首个异地多活NB-IoT设备服务平台,可提供亿级以上物联网设备服务,确保端到端业务流程安全。

凭借广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点,NB-IoT已经成为蜂窝物联网领域的主流技术。市场研究机构CounterpointIoT的最新研究数据显示,全球移动物联网连接数将在2025年突破50亿大关,其中NB-IoT的贡献比将接近一半。

2021年,由于NB-IoT的规模应用,芯片的生产成本会进一步下降,即使考虑到近期芯片、元器件缺货,NB-IoT模组整体价格下降的趋势不会改变。随着城市管理智能化的深入,NB-IoT的商业部署只会进一步加快,这将带动提高NB-IoT基站的使用率和新基站的部署。但期望NB-IoT能够在越过1亿连接数后,产生“滚雪球”的产业效应,只是一种乐观估计,主要原因是NB-IoT的应用场景、接入平台还比较分散,从梅特卡夫定律看,NB-IoT目前处于连接数的积累阶段,发展拐点还没有到来。

同时,NB-IoT也面临一些挑战,业内人士认为这些挑战体现在NB-IoT功耗、网络覆盖、商业模式三个方面。

NB-IoT的主要优势之一是低功耗。当前在移动物联网上,普遍采用的还是2G模块,NB-IoT的功耗比2G略好,但在中等频率和高频率实时使用时并没有非常明显的优势,而NB-IoT深度待机模式的功耗和2G掉电模式相差不多。所以以目前NB-IoT模块的实际功耗看,十年的超长待机时间是无法实现的,因此在低功耗一项上,NB-IoT优势并没有预计的大,所以采用NB-IoT的动力不够强。在网络覆盖上,NB-IoT相对于2G/3G/4G网络,其覆盖范围和网络质量还需提高,这也会影响用户的使用信心。在商业模式上,即使运营商开启高频服务功能,每年NB-IoT资费可以提升到35~40元,虽然提升了物联网业务的ARPU值(每用户平均收入),但对于运营商的直接收入贡献还非常有限。

LoRa发力室内场景

目前,在全球范围内已超过1亿个LoRa终端接入节点,中国作为最大的物联网应用市场,占了近半的LoRa节点部署数量,在一些能源、公共安全、智慧楼宇、电力、军事工业等行业得到应用。目前,LoRa技术也正在发力于室内场景应用,这将会成为LoRa最值得期待的市场。

LoRa最早于国外起步,在欧、美等国获得应用,但是应用相对分散。相比国外,国内起步较晚,LoRaWAN 协议的标准化落地情况比较差,但是发展速度快、应用丰富、规模大。作为和NB-IoT相似的技术,LoRa的问题与挑战主要是缺少政策及运营商的大力支持,但因为LoRa有其适用的场景,连接数一直在增长。

LoRa的问题是严重碎片化,这不仅制约LoRa产业的发展,也制约着LoRa企业的发展,且目前的产品丰富度无法满足碎片化应用需求,而且国内已有应用领域的市场增量有限,需要寻找新的应用领域拓展市场。目前电力和家居行业转向通过LoRa技术来解决问题。

从LoRa产业链看,相比于其他多数的无线通信技术,LoRa技术除了技术层面上的优势以外,丰富 健康 的产业链生态也是其优势之一,目前已形成了一个从LoRa芯片、模组、网关、终端、平台、系统集成商到解决方案提供商以及互联网企业、电信运营商等共同参与的格局。

哪些领域机会更多

疫情暴发以来,非接触式的远距离测温仪、巡逻无人机、防疫机器人等物联网产品在疫情防控和复工复产中,得到了广泛运用,2021年,这些应用会进一步升级,并将向在医疗保健中发挥作用发展。Forrester的研究预测,物联网会通过可穿戴设备和传感器实现主动的医疗保健参与,这将是2021年物联网应用的一大趋势。

Forrester认为,消费者将在2021年获得更多种类的无线连接。不仅有5G和移动物联网设备,蓝牙、Zigbee和近场通信(NFC)都在解决类似的物联网使用案例。Forrester的报告指出。诸如可穿戴设备和传感器之类的互动和主动参与将激增,它们可以检测患者在家中的 健康 状况。COVID-19之后的医疗保健将以数字医疗经验为主导,并将提高虚拟医疗的有效性。在家中监视的便利性将激发消费者对数字 健康 设备的赞赏和兴趣,因为他们可以对自己的 健康 有更深入的了解。数字医疗设备的价格将变得对消费者更加友好。

由于新冠肺炎疫情,迫使许多患者留在家里或延误了必要的护理,这使慢性病得不到控制,可预防的病得不到重视。医疗机构可以利用接入物联网的医疗设备增进对患者 健康 的了解,跟踪个性化医疗的结果。

另一方面,智能办公的利用率也会大大增长,Forrester期望至少80%的公司为未来的办公室制定全面的战略,其中包括IoT应用程序以增强员工安全性并提高资源效率,例如智能照明、电源、能源、环境监控和基于传感器的空间利用率等。高流量区域的活动监视对于优先进行站点清洁,管理拥挤区域以及修改办公室布局以实现 社会 疏远非常必要。

人口红利消逝和流量营收“剪刀差”下,物联网成为运营商新的收入增长源泉。以沃达丰为例,其2015财年移动用户数增幅仅3%,物联网连接数增幅则达到335%,相关业务收入增长亦达247%。但传统2G、3G、4G技术并不能充分满足物联网设备低功耗、低成本的连接需求。NB-IOT的诞生并非偶然,寄托着电信行业对物联网市场的憧憬。其前身可以追溯至华为与沃达丰于2014年5月共同提出的NB-M2M。由这两家公司首倡的窄带蜂窝物联网概念一经提出即得到了业界的广泛认可,随后高通、爱立信等越来越多的行业巨头加入到这一方向的标准化研究中。为了促进标准的统一有利于产业发展,最终3GPP在2015年9月RAN全会达成一致,确立NB-IoT为窄带蜂窝物联网的唯一标准,并立项为Work Item开始协议撰写,预计将于2016年6月的3GPP R13冻结。NB-IoT在物联网应用中的优势显著,为传统蜂窝网技术及蓝牙、Wi-Fi等短距离传输技术所无法比拟。首先其覆盖更广,在同样的频段下,NB-IOT比现有网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍。其次是对海量连接的支撑能力,NB-IOT一个扇区能够支持10万个连接。目前全球有约500万个物理站点,假设全部部署NB-IOT、每个站点三个扇区,那么可以接入的物联网终端数将高达4500亿个。同时NB-IOT的功耗更低,仅为2G的1/10,终端模块的待机时间可长达10年。在成本上也将更低,模块成本有望降至5美元之内。未来随着市场发展带来的规模效应和技术演进,功耗和成本还有望进一步降低。此外,在支持大数据方面,NB-IoT连接所收集的数据可以直接上传云端,而蓝牙、Wi-Fi等技术则没有这样的便利。NB-IOT实践与成果尽管标准制定尚未完成,NB-IOT应用已经逐渐铺开,并在实践中得到了各方肯定。2015年世界移动通信大会(MWC 2015)期间,沃达丰与华为就联合展示了智能抄表业务。广东联通积极响应国家“互联网+”战略,与华为针对NB-IOT合作,成立物联网联合创新项目组。结合联通在平台、网络和运营的强项与华为在标准、芯片和模组成本的优势,共同探索并实施可落地的物联网业务,通过真实的业务需求和场景将NB-IOT技术与之相融合,推进物联网产业发展。双方选择了社会价值较大、产业链相对成熟的智能停车等为切入点。随着国内生活水平的提高,汽车已经进入寻常百姓家,但也带来“停车难”等问题——据调查,平均每位司机有20%的时间用在寻找停车位上,而广东作为国内发达省份之一,这一现象更为突出。在深圳,智能停车业务已经开始推行,用户只要安装看APP即可通过收据查找附件停车位,并可支持导航等功能。与传统的停车方案相比,这一基于NB-IOT的试点改变了需要通过中继网关收集信息再反馈给基站所存在的复杂网络部署、多网络组网、高成本等诸多问题,真正实现整个城市一张网,便于维护和管理。与智能停车类似,NB-IoT在智慧农业、智能制造等低功耗广域网领域也具有着广泛的应用前景。由于应用场景特殊带来的高技术要求,这些应用一直缺乏专有的无线技术,NB-IOT可以很好地填补这一市场空白,从而支撑物联网向更广大的领域发展。共建生态拥抱万物互联一项技术由纸面到商用离不开一个强大生态系统的支撑。长期以来,物联网连接技术各自为战,从芯片到系统各方采用的规范不一,造成大规模部署的瓶颈。如今,围绕NB-IOT的生态已初步成型,并在持续扩大中,拥抱万物互联的条件开始成熟。在网络设备供应商层面,华为、爱立信等领导者均已推出了基于NB-IOT的端到端解决方案。运营商层面,中国移动、中国联通以及沃达丰、德国电信、阿联酋电信、意大利电信、AT&T等全球顶尖运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划,并试点。垂直行业中,越来越多厂商开始采用NB-IOT技术来提升竞争力。比如具备智能追踪、超距告警、电子锁控制、电池监控等功能的智能拉杆箱,还有厂商推出了具备位置定位防盗功能及信息上传、跟踪功能的智能自行车。此外,在市政的路灯和垃圾管理、环境监测和畜牧养殖灌溉等领域,NB-IOT的部署亦日益增多。

NB-IoT具有以下四大特点:
一、广覆盖。相比现有的GSM、宽带LTE等网络覆盖增强了20dB,信号的传输覆盖范围更大(GSM基站目前理想状况下能覆盖35km),能覆盖到深层地下GSM网络无法覆盖到的地方。其原理主要依靠:1、缩小带宽,提升功率谱密度;2、重复发送,获得时间分集增益。
二、大连接。相比现有无线技术,同一基站下增多了50-100倍的接入数,每小区可以达到50K连接,真是实现万物互联所必须的海量连接。其原理在于:1、基于时延不敏感的特点,采用话务模型,保存更多接入设备的上下文,在休眠态和激活态之间切换;2、窄带物联网的上行调度颗粒小,资源利用率更高;3、减少空口信令交互,提升频谱密度。
三、低功耗。终端在99%的时间内均处在休眠态,并集成多种节电技术,待机时间可达10年。1、PSM低功耗模式,即在idle空闲态下增加PSM态 ,相当于关机,由定时器控制呼醒,耗能更低;2、eDRX扩展的非连续接收省电模式,采用更长的寻呼周期,eDRX是DRX耗电量的1/16。 四、低成本。硬件可剪裁,软件按需简化,确保了NB-IoT的成本低廉,NB-IoT通信单模块成本不足5美元。

NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,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是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、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。
移动通信正在从人和人的连接,向人与物以及物与物的连接迈进,万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上,相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术,移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性,能够带来更加丰富的应用场景,理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术,45G除了具有高达1Gbps的峰值速率,还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数,支持海量M2M连接以及更低时延,将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。
对于电信运营商而言,车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生海量连接,远远超过人与人之间的通信需求。
NB-IoT具备四大特点:一是广覆盖,将提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,相当于提升了100倍覆盖区域的能力;二是具备支撑海量连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构;三是更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年;四是更低的模块成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元。[1]
NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IOT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段,可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式,与现有网络共存。[4]
因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势,使其可以广泛应用于多种垂直行业,如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP标准的首个版本预计在今年6月发布,到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。
目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状,余泉详细阐述了三个精彩观点:一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年,标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。
转向窄带物联网
对于LPWA网络所用到的窄带物联网(NB-IoT),运营商业已达成共识,应使用授权频谱,采用带内、防护频带独立部署。这一新兴技术可以提供广域网络覆盖,旨在为吞吐量、成本、能耗都很低的海量物联网设备提供支撑。
2015年11月,数家全球主流运营商联合设备商、芯片厂商和相关国际组织,在香港举办NB-IoT论坛筹备会,旨在加速窄带物联网生态系统的发展,成员包括中国移动、中国联通、Etisalat、LG Uplus、意大利电信、Telefonica、沃达丰、GSMA、GTI、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔。六家运营商成员还宣布,将在全球成立六个窄带物联网开放实验室,聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互 *** 作性测试和产品兼容验证。
目前,运营商已经在客户中展开预标准NB-IoT技术试点工作。例如,德国电信和沃达丰已经采取行动,利用现有基站进行预部署试点,预计试商用部署在2016年下半年进行,正式商用将从2017年初开始。
沃达丰的Ibbetson表示,对3GPP标准的整合充满信心,但他也指出这一过程缓慢而艰难。“希望窄带物联网能在2016年3月份前成为独立标准,同时我们需要尽快决定使用哪个频段。”
华为也希望相关标准能尽快得到确认,这样行业才能启动大规模的物联网部署。胡厚昆指出:“华为在技术方面已经准备就绪,希望能尽快抓住窄带物联网的机遇。”
窄带物联网具有四大优势:电池寿命长(超过十年)、成本低(每个模块不足5美元)、容量大(单个小区能支持10万连接)、覆盖广(能覆盖到地下)。
Ibbetson认为:“如果产业链不能将单模块成本降到两三美元以下,实现大规模应用,NB-IoT市场就做不起来。我们需要从全局角度出发,以极低的成本将物联网模块嵌入设备中。”
胡厚昆也认为,要想刺激NB-IoT大规模发展,通信模块成本必须低于5美元。如果成本降到1美元以内,则会带来爆发式增长。
即将步入爆发期
随着网络连接、云服务、大数据分析和低成本传感器等所有核心技术的就绪,物联网已经从萌芽期步入迅速发展的阶段,大多数分析师对此都表示认可。
埃森哲亚太区高科技和电子产业主管David Sovie指出,每个CIO都应尽快制定物联网发展策略,否则将会在竞争中落败。IBM研究院物联网全球战略计划主管Wei Sun表示,IBM各行各业的大客户都在探索物联网产品和服务。
越来越多的行业已经在使用物联网技术提高效率,提升客户满意度并降低运营成本。例如,汽车零部件、家用电器及安全系统制造商博世已经将很多产品线连接起来,并从移动互联技术,尤其是车联网领域的崛起中直接获益。
在医疗领域,飞利浦已经开发了多款电子医疗应用,包括一款供慢性病患者使用的贴片。该贴片使用传感器实时收集患者健康数据,并传输到云平台,医护人员可以对数据进行监控,并适时采取医疗干预措施。
飞利浦数字加速项目主管Alberto Prado指出,设备和系统的互 *** 作性是数字医疗行业崛起的关键。随着协作护理模式日益盛行,未来的医疗必然将整合所有资源,并以主动预防为主。
为了迎接物联网领域的巨大机遇,整个产业不仅需要推动技术创新,还需要推动商业模式创新和跨行业协作。由于用例、应用和商业模式纷繁多样,物联网市场将比移动市场更加碎片化。
胡厚昆表示:“这将有赖于产业链上不同的利益相关者精诚合作。在物联网时代,运营商需要将关注的重点由管理技术扩展至管理整个生态系统。整个行业正处在紧要关头,运营商需要立即行动起来,抓住这一新的蓝海机遇。”[4]
NB-IoT亟需开放的平台
“NB-IoT产业生态系统正在快速成长,它更需要运营商与IoT相关产业参与者精诚合作,携手共进。”谈及NB-IoT落地的挑战,余泉介绍。
就在MWC2016举办前一天,GSMA联合企业各方举办全球首届NB-IoT峰会,并在会上成立NB-IoT forum。该联盟成员包括全球主流运营商、网络设备厂家以及主要芯片模组厂家等诸多产业链企业。
余泉强调,有超过20家垂直行业企业参加了此次峰会,这是非常可喜的开端。“当然垂直行业供应商可能不是几十家,而是几千家,业界还有很多的工作要做。”余泉以智能抄表行业为例表示,目前家庭拥有水表、电表、煤气表以及暖气表等很多表,这些背后的企业很多。
如此多的参与方,会出现大量协同方面的问题,业界需要一个开放的平台加速产业的前进步伐。而且,新标准制定需要开放平台去推动。
对此,诸多运营商联合包括华为在内的电信设备商一起搭建了Open Lab。据悉,借助Open Lab,垂直行业厂家就能很轻松地在实际现网上验证自身的物联网应用、网络以及商业模式。

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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