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物联网将开启低功耗大连接的序幕
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日期:2017-02-03 15:18:13来源:物联中国 点击:3206
核心提示:2016年6月16日,3GPP RAN全会第72次会议在韩国釜山顺利结束。NB-IoT (Narrow Band Internet of Things,窄带蜂窝物联网)作为3GPPR13

       2016年6月16日,3GPP RAN全会第72次会议在韩国釜山顺利结束。NB-IoT (Narrow Band Internet of Things,窄带蜂窝物联网)作为3GPPR13一项重要课题, 其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准,正式宣告了NB-IoT标准的核心协议即将冻结。标准化工作的成功完成也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段。

       NB-IoT:抢滩低速率物联网市场

       近年来,物联网技术在行业应用中的比例逐年提高。以沃达丰为例,尽管业务比例在总收入中仍然很小,不足1%,但成长迅速,沃达丰的物联网业务收入从2011年的1.25亿英镑快速增长至2015年的3.72亿英镑,增速惊人。据市场研究机构Gartner预测,2016年全球将会使用64亿个物联网设备,届时每天将有550万个设备连网,在2016年与消费者物联网硬件及应用相关的市场规模应可达到5460亿美元, 而企业物联网领域的支出则会高达8680亿美元。

       “万物互联”实现的基础之一在于数据的传输,不同的物联网业务对数据传输能力和实时性都有着不同要求,根据传输速率的不同,可将物联网业务进行高、中、低速的区分:

       高速率业务:主要使用3G、4G技术,例如车载物联网设备和监控摄像头,对应的业务特点要求实时的数据传输;

       中等速率业务:主要使用GPRS技术,例如居民小区或超市的储物柜,使用频率高但并非实时使用,对网络传输速度的要求远不及高速率业务;

       低速率业务:业界将低速率业务市场归纳为LPWAN(Low Power Wide Area Network)市场,即低功耗广域网到目前还没有对应的蜂窝技术,多数情况下通过GPRS技术勉强支撑,从而带来了成本高、影响低速率业务普及度低的问题。

       物联网中的低速率业务(LPWAN)正是NB-IoT起源的土壤,NB-IoT的出现对LPWAN领域影响重大,使得该方案具备了通信层技术基础,有效节约了成本,促进了该领域物联网技术的加速渗透。

       在近几年中,为了应对物联网的需求,运营商向各行业提供M2M业务。此前,这些M2M业务大多采用GPRS的方式,但其中不少终端也具有低数据速率要求。当LPWAN技术开始商用时,GPRS在成本、功耗、覆盖等方面的不足暴露出来,不少应用场景更适合采用LPWAN方式。

       根据中国移动的数据,截止2015年底其M2M接入终端数量已超过6000万, 而到2016年底这一数字可能超过1亿,这是一个庞大的终端群体。随着2G 网络退网提上议事日程,未来这一存量群体中窄带终端向NB-IoT网络的迁移的策略也提上议事日程。

       NB-IoT优势显著,解决“长尾”智能终端的通信层问题

       NB-IoT在物联网应用中的有很多明显优势:

       覆盖更广:在相同频段,NB-IoT比现有网络增益20dB,覆盖面积扩大100 倍,明显优于传统蜂窝网技术及蓝牙、Wi-Fi等短距离传输技术;

       可支持海量连接:NB-IoT的一个扇区能够支持多达10万个连接。以目前全球现存的约500万个基站为基础,如果全部部署NB-IOT,每个基站3个扇区, 则可接入的终端将高达4500亿个;

       功耗低:NB-IoT功耗仅为2G的1/10,终端模块待机时间可长达10年;

       支持大数据:NB-IoT智能传感器终端所采集的数据可以直接上传云端,相比于蓝牙、Wi-Fi优势明显。

       物联网设备从终端角度来看,呈现出明显的多样化特征。物联网设备既包括高频的实施视频监控,以及中频的POS机,也包含大量的频次使用极低的物联网终端设备。但与巨量低速率业务需求不匹配的是到目前还没有对应的蜂窝技术,多数情况下通过GPRS技术勉强支撑,从而带来了成本高、影响低速率业务普及度低的问题,从而形成了巨大的“长尾”市场空间。

       而NB-IoT的出现和未来的逐渐商用,弥补了物联网通信层的短板,为大量“长尾”物联网设备创造了低成本的统一通信层。如同在移动互联网中,人们在智能手机和平板电脑上创造了丰富的应用,以响应各种形式的“长尾”需求,基于NB-IoT 的物联网,将催生比移动互联网更为丰富的“长尾”应用。

       由于应用背景的限制,NB-IoT技术一般不会应用在4K电视、智能手机、车载娱乐等高耗流的物联网终端;也一般不会用在ADAS、虚拟现实等高实时性终端。NB-IoT将在低耗能、低信息量、巨量化传感器网络中应用,领域包括:

       1.以水电气的智能抄表业务为代表的智能家居业务;

       2.以邮筒、垃圾箱、路灯、下水道、停车位管理为代表的智慧城市业务;

       3.以快递、宠物、畜牧业、儿童老人跟踪为代表的智能追踪业务;

       4.以可穿戴健康设备为代表的智能医疗业务;

       5.其他工业领域小规模、长时间数据收集案例或周期性控制应用。

       NB-IoT商用后,不仅能够解决抄表、数据传输等问题,更刺激了海量低频设备入网,如建筑中的灭火器、科学研究中使用的各种监测器,此类设备在生活中出现的频次很低,但汇集起来总数却很可观。所以,当NB-IoT部署后,能够实现网络接入的终端种类将极大丰富,类型多样、小量级的终端设备将会大量入网,促成物联网产业形成较之移动互联网有过之而无不及的更长的“尾部”形态特点。

       NB-IoT使用授权频谱,领先LoRa等竞争技术

       作为通信行业的重要标准化组织,3GPP 2016年对于长距离、低速率、低功耗、多终端传输技术和终端标准化也已布局。3GPP针对不同业务,将终端分成不同类别,其中物联网终端有Cat-1、Cat-0、Cat-M1和Cat-NB1等类别。Cat-1定位性能弱于3G传输的终端设备,实现10Mbps的下行速率。其性能相对于后来的NB-IoT协议终端仍然较高,占用资源也较多,未来预计会成为各种物联网协议的补充方案。在Rel-12中,3GPP又提出了针对Cat-0终端的新协议,将信息传递速率进一步降低,减少了芯片设计的复杂度。最近,3GPP基于LTE演进、GSM演进和Clean Slate方案,分别提出了LTE-M、EC-GSM和NB-IoT技术,并在LTE Rel-13版本进行支持。

       和NB-IoT一样,Ingenu、LoRa和Sigfox都是面向低速率、低功耗无线物联网应用的通信技术。然而Ingenu、LoRa和Sigfox在工作中使用未授权的频谱,这造成了利用这些技术通信的节点易受到干扰,存在不稳定情况。因此,竞争对手技术无法实现运营商级的广域网络部署运营,更适合企业自身局域网络的搭建。

       总体看,NB-IoT从覆盖能力、节能性、安全性、标准性、QoS、建网方便程度、生态系统和应用范围综合考虑全面超越其他技术,成为最适合长距离、低速率、低功耗、多终端物联网业务的通信技术。

       NB-IoT标准快速确立,我国企业贡献突出

       NB-IoT技术协议于6月16日获得了3GPP 无线接入网(RAN)技术规范组会议通过。从立项到协议冻结仅仅用时不到8个月,成为史上建立最快的3GPP标准之一。在9月完成性能标准制定和12月完成一致性测试后,NB-IoT即可进入商用阶段。高效率体现出该技术落地的迫切和各个公司在其中的努力。

       NB-IoT的发展是华为、沃达丰和高通等共同提出的NB Clot技术和爱立信提出的NB LTE技术的结合。我国华为和中兴公司在全过程中都有较多贡献,推动了技术的发展,引领了产业进步。

       NB-IoT的标准制定过程中,3GPP各家参与公司均贡献了大量的提案,从标准制定最初GERAN的SI阶段开始,各公司共计提交了3205项提案,最终通过了447项, 其中华为贡献提案1008项,184项获得通过,占通过提案总数的41%,位居各家参与公司之首,从而成为了NB-IoT标准的主要推动者。华为在NB-IoT的标准制定的各个阶段的突出贡献,一方面奠定了中国企业在NB-IoT领域的产业地位,另一方面极大刺激了中国物联网领域的产业发展。

       中兴通讯作为技术推进者之一,在NB-IoT技术中拥有核心竞争力。公司已着手和中国移动联合演示,采用基于NFV功能的虚拟核心网,无线网络利用成熟商用的4G基站设备,实现NB-IoT基本功能和业务流程及多个关键特性。演示在成熟的现网商用基站上和虚拟化核心网进行,意味着中兴通讯已拥有帮助运营商快速完成NB-IoT商用部署的能力。

       据新闻报道,目前中兴通讯正按工信部的要求准备850M、900M和1800MHz等多种频段基站,今年10月份前后,中兴通讯将会有基于标准NB-IoT的外场业务演示,到年底有规模外场实验。

       2015年11月,华为联合主流电信运营商、设备厂商、芯片厂商和相关国际组织, 在华为香港MBB论坛期间举办的NB-IoT论坛筹备会上,正式宣布成立了GSMA NB-IoT Forum产业联盟。该产业联盟聚集了21家运营商、3家主流设备厂商、7家芯片模组厂商,旨在加速窄带物联网生态系统的发展,其中7家运营商成员随即宣布将同华为展开深入合作,在全球范围内成立6个NB-IoT实验室。

       作为技术的推进者,以华为为代表的科技公司已与全球多家运营商在全球范围进行了基于NB-IoT技术的物联网方案的实践。全球移动运营商联盟近日预计,到2017年年末,全球将会有20个NB-IoT运营商网络上线;24家运营商已经决定支持NB-IoT网络运营。

IoT 开启低功耗大连接物联网序幕

       图表3:华为NB-IoT解决方案和各类实践应用

       伴随华为在NB-IoT领域的领导角色的凸显,国内电信运营商的技术升级也将迅速展开。三大运营商都已明确将NB-IoT的部署列入其网络规划和战略方向中,近期依靠窄带互联网实现设备的海量连接,中期通过光纤技术降低时延,远期通过5G技术解决未来高耗流应用问题,形成三层次的立体网络。而窄带互联网是物联网发展的最适合方式。

       2016年第三季度,中国三大电信运营商移动、电信和联通预计会大范围进行基站升级支持NB-IoT标准。根据公开资料,至2016底,中国移动会在4个城市、中国联通将会在6个城市分别试点NB-IoT的商用。

       芯片厂商卡位NB-IoT 新机遇,分享物联网市场盛宴

       芯片是物联网的核心设备,在物联网的各类型应用中居于核心地位。物联网芯片主要包括:MCU、FPGA、Memory、Sensor、连接芯片等。随着NB-IoT的商业化,物联网有望得到快速发展,相伴而来物联网芯片市场将会彻底打开。根据分析机构Markets and Markets预测,2016-2022年全球物联网芯片市场复合成长率将高达11.5%,2022全球物联网芯片市场规模或将超100亿美元。

       各大主流芯片厂商也都纷纷推出NB-IoT布局计划:华为已推出样机芯片并在外场验证,将于2016年下半年进入商用;高通已规划芯片MDM9206,预计将于2017 年上半年投入商用;英特尔宣布支持NB-IoT、MTK也表示将会跟随3GPP标准,并都规划了对应芯片产品。随着NB-IoT商业化进程不断临近,将有效推动物联网产业链发展。还将涌现如大唐电信、东软载波、北京君正等一批中国芯片厂商在物联网产业链发展中发光发热。

出处:物联中国
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