物联网：为什么NB-IoT、LoRa都玩不转？

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。

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。

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