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信息通信

517世界电信日丨标准为先,物联网拒绝碎片

长期以来,物联网碎片化使得不同的物联网应用领域被分割开来。梅特卡夫定律提出,网络的价值在于网络节点数的平方。如何解决碎片化现状,建立大规模联结、标准统一的融合网络,是物联网产业建设亟待解决的问题。2017年6月工信部发布《全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》,提出加强NB-IoT标准与技术的研究,推进NB-IoT网络的部署和产业链建设。

NB-IoT国内大规模建设优势众多

有统计显示,大约60%~70%的物联网连接,是采用低功耗广域网(LPWAN)技术,LPWAN网络有着覆盖范围广、功耗低、连接数量多以及价格较低的优势,总体可分为工作于授权频谱与未授权频谱的两类网络,前者如NB-IoT、eMTC,后者如LoRa、Sigfox。LoRa、Sigfox在欧洲较早部署,国内主要推行的是NB-IoT网络。

NB-IoT是3GPP国际标准化组织定义的专门针对物联网的通信标准,其标准于2016年6月在釜山3GPP会议上冻结。NB-IoT定位于电信运营商网络,目前国内的三大运营商均在积极建设NB-IoT网络,截止到2019年3月,国内三大运营商已建成超过70万个NB-IoT基站。

NB-IoT网相比其他LPWAN技术,最明显的优势是功耗低和连接数多,且设备的复杂性较低,可以低成本大规模建设,支持更多的用户。

赛迪顾问信息通信产业研究中心资深分析师陈腾向《中国电子报》记者表示,NB-IoT技术有多个优点:在传输次数方面,NB-IoT没有每日的传输次数上限,而其他的LPWAN技术每日传输次数限制从几次到十几次不等。从接入网络上看,NB-IoT采用了LTE的相关技术,可以与LTE共存部署。在容量方面,NB-IoT单网接入节点容量比LoRa的容量更高。在频段方面,NB-IoT拥有运营商授权频段,受到干扰小,这是同类网络不具备的。NB-IoT在传输速度方面具有优势,上行速率可达150kbps,下行速率可达100kbps,LoRa的速度为0.3-50kbps,Sigfox仅有0.1kbps。

作为全球主流运营商支持的标准技术,NB-IoT有其独特技术。

首先,有标准化的资费和统一的商业模式,更容易形成市场规模。

“任何一个成功的通信标准,都意味着能支持大规模商用,并能给整个生态链带来效益。”上海移远通信技术股份有限公司产品总监孙延明表示,“由于NB-IoT采用了统一的标准,客户不用考虑自组网或者自建基站带来的复杂的技术问题,也无需担心后期网络的运营和维护等问题,只需要简单的安装就能上线使用,使终端客户能够专注于产品本身,可以快速将产品推向市场、获得收益。”

其次,在安全性方面,NB-IoT比Lora、Sigfox更加可靠。中国移动研究院无线所技术经理曹蕾对《中国电子报》记者表示,NB-IoT是基于授权的频谱,在标准制定时就考虑到了通信加密的算法,并且可以通过运营商管控,在数据传输与应用层为客户提供安全解决方案,可靠性上要优于Lora、Sigfox等非授权频谱网络,这点对一些重要的物联网应用场景非常关键。

最后,NB-IoT是一个国际化的、全球统一开放的标准。曹蕾说,这一标准在技术研发和产业上更容易获得合作伙伴的支持。更多的产业链伙伴加入有利于扩大市场规模,降低物联网部署成本,为客户提供更加丰富的产品选择。

国内物联网市场潜力巨大,且有政策与产业链的支持。陈腾认为NB-IoT技术在国内落地的有利条件有下几个方面:在服务方面,我国基础电信运营商的网络将全面支持NB-IoT,各垂直行业应用不断成熟,NB-IoT终端将从中受益;在技术方面,高通、华为海思、联发科技、紫光展锐、中兴微电子等均推出了NB-IoT芯片;在平台方面,阿里物联网平台、QQ物联网平台、中移OneNET平台、华为OceanConnect平台、小鲸鱼物联网平台等,为NB-IoT提供了应用空间。

多种LPWAN互补并行建设

NB-IoT网络大规模布局迅速,LoRa、Sigfox、eMTC等网络也存在一定的应用场景,可与之互补建设物联网用LPWAN网络。

首先,LoRa、Sigfox部署灵活,在一些比较离散的、孤点的工厂,或者是需要自己运营维护的网络的场景中,采用LoRa、Sigfox的技术做一些局域性的组网,部署较为自由方便。

曹蕾告诉记者,基于非授权频谱的LoRa、Sigfox未来可能是物联网在运营商布设的大网络之外的延伸,它们在蜂窝网外形成离散的小圈,起到辅助网络的作用。

除此之外,NB-IoT网络延时较大,数据传输的即时性不足,同一时刻传输的并发用户数有限,超出数目限制就需要排队入网。与NB-IoT相比,eMTC传输速率更高,且支持VoLTE与移动传输。NB-IoT和eMTC同属LPWAN标准,两种技术各有侧重。“在具体应用方向上,如果对语音、移动性、速率有较高要求,选择eMTC技术。如果对成本、功耗、覆盖等有更高要求,则可选择NB-IoT。中国根据自己的国情,优先发展了NB-IoT技术。”孙延明向记者说明。

未来在运营商大范围推广NB-IoT的同时,LoRa、Sigfox、eMTC等也会因其与NB-IoT网络的互补性而仍具有广泛的应用价值。

标准化助力NB-IoT产业链市场规模扩大

目前NB-IoT网络的大规模部署仍存在不足之处。首先,部分地区网络覆盖不理想。

曹蕾表示,NB-IoT相比2G具备低功耗及20dB覆盖增强能力的优势,但在发展初期,在网络覆盖和产业成熟度上相比2G还是稍有差距,因此,部分客户可能依然会选择2G网络,但面对全球2G退网的大趋势,行业客户仍然需要主动拥抱NB-IoT。

孙延明提到,由于NB-IoT 3GPP R13协议上下行速率较低,很多应用场景受限,也会导致部分需求无法落地。未来随着全球GSM网络的逐步退出,预计20%~30%的低速需求会转向NB-IoT,这可能会带来一个较大的增量市场,另外随着后续R14的开通,也会开拓一些应用场景,未来的发展令人期待。

另一方面,要想实现NB-IoT大规模推广,必须降低其部署成本。陈腾说,NB-IoT的部署成本包含硬件成本、网络成本、安装成本、服务成本等。其中,服务成本是变动成本,影响变动成本的器件就是电池,通常NB-IoT采用休眠唤醒的省电方案,电池在睡眠期间被唤醒时会收到瞬时的强电流,这会极大缩短电池寿命。终端产品电池的使用年限很大程度上影响NB-IoT的使用成本。

其中硬件成本方面,NB-IoT模组目前已经接近2G模组的价格水平。NB-IoT相关模组、芯片的成本与市场规模紧密相关。到2021年预计5G能够大规模商用,这为物联网的大规模部署提供了通信保障,物联网的规模化部署带动传感器的需求上升,从而传递到芯片的需求量上涨;众所周知,生产芯片的变动成本远远小于研发的成本,大量的订单将间接降低芯片制造的边际成本。

模组价格与物联网的规模关系紧密,标准的制定能为物联网大规模增长铺平道路,通过规模市场效益降低产业链的成本。随着NB-IoT广域网技术的标准化,运营商、芯片及模组厂商的不断投入,NB-IoT产业链愈将成熟。过去碎片化严重、不同行业物联网产品形态模式不同的状况会逐渐改善。未来低时延、广覆盖的5G网络建设,将进一步促成物联网的规模化增长。

责任编辑:马利亚


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