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。

LoRa和NB-IoT都是新兴的低功耗广域网(LPWAN)技术。作为中国目前的两大主流技术,都备受关注。在国家政策的大力支持下,NB-IoT技术发展如日中天。相比之下,由于频段许可问题而沉寂了很长一段时间的LoRa技术则低调得多。那么LoRa和NB-IoT有什么不同呢?它们各自的优势是什么?

不同的商业模式

首先,我们需要明确的是,LoRa和NB-IoT最基本的运营模式截然不同。

NB-IoT是运营商代理建设的网络,业主无需考虑基站部署。NB-IoT可以在通信基站本身的基础上进行改造,不需要很多的工作量就可以进行组网。那么 *** 作员就可以掌握该数据通道进行计费。那么运营商只要掌握了该数据通道就可以轻而易举的进行收费。

但同时,网络拥有者无法控制网络质量。如果存在信号盲区,也不可能对网络进行优化,为盲区信号进行补充。而且,数据的保密性对所有者来说也是无法控制的。

与NB-IoT恰恰相反,LoRa是企业自建网络。业主可以独立控制网络质量,运营数据掌握在业主手中。他们还可以根据业务需要扩展网络。

用户无需依赖运营商即可完成LoRa网络部署,不仅布局更快,成本也更低。在社区、农场、工业园区等封闭区域,特别是NB-IoT信号较弱的室内和地下环境,LORA技术优势就突显出来了。由于LoRa技术的兴起,如果民企想要涉足远距离通信,非授权频段就是一个完美的选择。

不同的工作频段

NB-loT工作在授权频段,也就是专门分配的频段。业主不能在这个频段内发送信号。国内三大运营商:电信、移动和中国联通都参与了NB-IoT,现在华为也在大力推广这一技术。

LoRa在无证频段工作,只能在某些频段工作。NB-IOT必须由运营商提供,并且必须使用运营商的网络。这就是国内运营商支持NB-IOT技术的原因。

不同的运营成本

1 NB-loT由运营商进行网络建设,用户承担NB模块硬件费用和NB-loT运营商的网络租赁费。

2LoRa为自建网络,用户只需承担LoRa模块费用+LoRa基站费用。

模块功耗不同

1、目前NB功耗高于LORA,但具体比较与终端数据接收和发送频率有较大关系;高频应用对NB功耗影响较大,与休眠/唤醒机制关系较大,而LORA受此影响较小。

2、如果是低频采集,比如一个月一次,那么NB的功耗可以保证几年的使用寿命,完全可以支撑应用;如果是高频采集,比如每小时一次,甚至半小时,预计NB的功耗至少是LoRa的3倍以上。

NB-loT的应用场景

(1)共享单车

(2)智能抄表(业主对采集频率不高,对网络可用性没有高要求的)

(3)蓄水/管网监测

(4)智能穿戴系列

(5)智能停车

(6)道路停车检测器

(7)矿区、采掘业、郊区重工业等领域和郊区

(8)区域集中式:例如,大学、普教、园区等场所

LoRa的应用场景

(1)智能抄表(对网络可用性有高要求)

(2)道路泊车检测器

(3)野外郊区作业,如矿业、采掘业、郊区重工业等;

(4)区域集中型(用户希望建设私网)

LoRa与NB-IOT的发展前景

与NB-IOT相比LoRa仍具有一定的优势。一个是自由度,因为NB-IOT依赖于运营商的基础网络建设。在许多情况下,运营商的基础设施不在覆盖范围内,而LoRa是一个自主网络。一些公司不喜欢将数据传输给其他公司,甚至运营商,因此一些公司会选择部署自己的LoRa网络,在安全性方面LoRa更胜一筹。

虽然LoRa的口碑不如NB-IOT,但就资历而言,LoRa绝对比NB-IOT强势得多。

LoRa改变了传输功耗和传输距离的平衡,改变了嵌入式通信领域的局面。给人们一种全新的技术,可以实现远距离、长续航、大系统容量和低成本的硬件。

随着LoRa联盟的推进,LoRa的产业链已经非常成熟。从基础芯片、模块到设备制造,都有相关厂商。在中国,LoRa可能没有NB-IOT那么出名,但在世界上,LoRa是非常受欢迎的。世界上有52家运营商正在部署LoRa网络,100多个国家正在进行试点。

5月8日,工信部发布的关于推进物联网发展的通知中,明确提出要构建完整的NB-IoT产业链,并且提出了NB-IoT的覆盖目标,并且大力扶持NB-IoT的发展。NB-IoT是一个风口,NB-IoT产业链也大有可为,但还想需要网络、芯片模块、平台等共同努力促进物联网发展。

物联网(IoT)已经开始走入现实,到 2020 年,预计将有数十亿的服务和设备实现随时随地互联。智能家居、可穿戴设备、智慧城市、智慧医疗、智慧交通、智慧农业和智能仪表等等,各种新应用层出不穷,推动新业务模式飞速发展。

为了支持物联网的进一步发展,移动行业开发了新的无线接入技术,其中包括低功耗广域网(LPWAN)。这项技术能够更好地支持这些设备和其应用的特征和要求。

3GPP 在 2014 年开始推动一项标准化任务,窄带物联网(NB-IoT)是这项工作的成果。作为 3GPP 第 13 版标准的一个组成部分,窄带物联网技术规范的首个版本在 2016 年 6 月冻结并发布,旨在支持具有以下要求的类似应用:

– 优化在现有 LTE 空中接口之上的网络体系结构

– 更佳的部署灵活性

– 扩大的室内覆盖范围(与 GSM 相比 +20 dB)

– 支持数量庞大的双向通信设备(数据传输速率仅为几十 kbps)

– 低成本设备(单价低于 5 美元)

– 低功耗(电池使用寿命超过 10 年)

窄带物联网是一种新型无线接入技术,虽然与现有的 3GPP 设备不兼容,但是其继承了 LTE 的很多特征,例如频带、物理层基础、参数值定义和高层复用(NAS、RRC、RLC 和 MAC 过程)。但是,必须注意的是,因为其带宽减少到 180 kHz(加上防护频带为 200 kHz),所以需要创建与 LTE 不同的新物理信道和程序。

与其他物联网技术一样,此应用的终极目标就是更大的覆盖范围和更低的功耗。为了减少设备复杂性和成本,它不支持很多基础 LTE 功能,例如空间复用、载波聚合、演进的多媒体广播组播业务(eMBMS)和双连通性。也不支持高层服务,例如 IP 多媒体子系统(IMS)。

在现有 LTE 空中接口之上优化的网络体系结构

虽然窄带物联网与现有 3GPP 设备不兼容,但它仍然继承了很多 LTE 特征,例如物理层基础和高层体系结构。

唯一实现标准化的双工模式是频分双工(FDD);因此,上行链路和下行链路使用不同的频率。目前,窄带物联网没有时分双工(TDD)版本,而 3GPP 在短期内也没有计划定义该版本。

为了减少设备复杂性和成本,3GPP 制定了三个主要的设计决策。首先,窄带物联网遵照半双工设计,这样就无需使用昂贵的双工器滤波器来分离发射和接收链路;您可以使用开关代替。其次,不支持 MIMO,特别是空间多路复用技术,因此用户设备(UE)仅需要实施一个接收机链路。最后,非常重要的一点是,信道带宽仅为 180 kHz,这减少了整体平台成本。

总之,窄带物联网 NB IoT 是一项新兴的 3GPP 窄带无线技术,其优点是可以充分利用现有的蜂窝基础设施。这项新技术将促使物联网实现长足增长,在不同领域催生各类物联网应用。

窄带物联网设计挑战

窄带物联网设备和系统要求经过严格的测试,以确保高度的可靠性,避免意外故障。下列是窄带物联网面对的一些设计挑战:

NB-IOT是基于蜂窝的窄带无赖网成为万物互联网的一个重要分支。NB-IOT构建与蜂窝网络,消耗大约180KHZ的宽带,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或者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,也被叫做低功耗广域网,支持待机时间长、对网络连接要求较高的设备的高效连接。

NB-IOT的优势

强链接:

在同一基站的情况下,NB-IOT可以比现有无线技术提供50—100倍的接入数。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结构。

高覆盖:

NB-IOT室内覆盖能力强,比LTE提升20DB增益,相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求,对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

低功耗:

低功耗特性是物联网应用一项重要指标,特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合,如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感器监测设备,它们不可能像智能手机一天一充电,长达几年的电池寿命是最本质的需求。NB-IOT聚焦小数据量、小速率应用,因此NB-IOT设备 功耗可以做到非常小。

低成本:

NB-IOT无需重新建网,射频和天线基本上都是服用的。举个例子:就拿中国移动来说,900MHZ里面有一个比较宽的频带,只需要请出来一部分2G的频段,就可以直接进行LTE和NB-IOT的同时部署。低速率、低功耗、低宽带同样给NB-IOT芯片以及模块带来低成本的优势。

窄带物联网的出现,改变了物联网的应用。


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