圍觀ARM專家如何看待關(guān)于蜂窩IoT技術(shù)6大問題

在萬物互聯(lián)時代，ARM的使命是通過提供支持終端設(shè)備的安全架構(gòu)來擴展整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。最近，ARM專家Chet Babla結(jié)束了與全球的芯片合作伙伴、基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商、運營商以及使用LPWA技術(shù)的終端用戶的一系列會面和交流，他如何看待關(guān)于蜂窩IoT技術(shù)業(yè)內(nèi)常見的6個觀點呢？一起來圍觀吧。

許多文章里都聲稱Cat-M1（更正確的名稱是“LTE-M”）和NB-IoT事實上被采用的速度很慢，而Sigfox和LoRa等非蜂窩技術(shù)正在將自己確立為事實上的LPWA部署標準。 這里有多個要考慮的因素：

• 首先，任何LPWA技術(shù) – 無論是基于蜂窩通訊技術(shù)與否，運營商部署還是企業(yè)部署 - 必須證明它能以商業(yè)上可行的方式解決現(xiàn)實世界的問題。

• 其次，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有大量多樣性的特性，這意味著要滿足這些應(yīng)用需求，需要不同的技術(shù)，“一種技術(shù)適合所有需求”路線無法為所有應(yīng)用提供一種具有成本效益的解決方案。

• 第三，各種LPWA技術(shù)無法同時達到規(guī)范成熟度，NB-IoT在2017年3月才實現(xiàn)了3GPP Release 13規(guī)范的穩(wěn)定性。因此，各種LPWAN技術(shù)都有不同的部署時間表以及對應(yīng)的成熟度等節(jié)奏。

Chet Babla認為，除了少數(shù)例外，科技行業(yè)總是對無線技術(shù)的使用速度過于樂觀，但長期來看，這些技術(shù)的最終出貨量總是低于預期。一直以來的不變的旋律是最終在商業(yè)上的成功的是開放式無線標準。wifi、藍牙和3G都是開放標準成功的具體例子，這些標準早期的宣傳完全缺乏實際的商業(yè)吸引力，但是一旦生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展和商業(yè)用例變得更加清晰，相應(yīng)的成功就會自動展現(xiàn)出來。

他還相信，任何開放的LPWA技術(shù)都需要實現(xiàn)超過1億個單獨的節(jié)點部署，才能達到為這個技術(shù)建立一個可自我維持的關(guān)鍵臨界市場規(guī)模，從而實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。這里有一個平行的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)， 分析師Richard Windsor認為一個數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)(使用Spotify為例說明)需要每天至少100萬活躍用戶才有機會達到臨界體量，而且只有當達到了300萬活躍用戶時，生態(tài)系統(tǒng)的資產(chǎn)可以盈利地獲利。雖然這不是一個與LPWA完全合適的比較，但臨界體量和隨后的盈利的問題同樣適用于LPWA技術(shù)，而1億的部署節(jié)點閾值與其他無線技術(shù)的經(jīng)驗是一致的。

在Chet Babla最近的中國之行中，他會面了中國的運營商、芯片廠商、使用LPWA技術(shù)的終端垂直用戶，也有機會參加了GSMA的上海世界移動通信大會。很明顯，NB-IoT和Cat-M1正在堅定地把自己打造為關(guān)鍵的LPWA技術(shù)，LoRa也享有早期的商業(yè)吸引力。 GSMA在MWC上海指出，全球有37家運營商和27家供應(yīng)商現(xiàn)在正在支持蜂窩LPWA，并有56個活躍的蜂窩LPWA試點項目覆蓋了儀表、停車、共享單車和安全面板等應(yīng)用。目前全球共有7家主要運營商的9個商業(yè)化的Cat-M1或NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。

在這些GSMA統(tǒng)計數(shù)據(jù)和其他最近的行業(yè)公告令人鼓舞的同時，讓Chet Babla更加確信現(xiàn)實中蜂窩IoT前景的是中國工信部（Ministry of Information and Information Technology ）最近發(fā)布了一項政策， 到2017年底，40萬個蜂窩基站將支持NB-IoT業(yè)務(wù)，到2020年目標達到150萬基站。這些基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量可以對應(yīng)轉(zhuǎn)化為中國工信部2017年和2020年NB-IoT節(jié)點的目標分別是2000萬和6億。

Chet Babla認為這是個“假新聞”，用以編造一個話題，就像一些業(yè)內(nèi)評論人士一直熱衷于制造VH vs. Betamax的討論，其實這兩種技術(shù)具有針對不同使用情況和基本不重疊的特性。

NB-IoT適用于簡單的傳感器節(jié)點應(yīng)用，其中所連接的“事物”通常是固定的，并且這些應(yīng)用每天間歇傳輸不超過幾十個字節(jié)的數(shù)據(jù)。智能停車，智能電表，農(nóng)用傳感器和智能市政照明是非常適合NB-IoT的用例。

相反，需要更高數(shù)據(jù)率、移動性或語音的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如數(shù)字標識、實時資產(chǎn)跟蹤和報警面板等，則Cat-M1是最佳選擇。盡管總是有些應(yīng)用讓兩者有交集，但這兩種技術(shù)是非?；パa的，這也是Chet Babla在最近的討論中從運營商和基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商那里聽到的非常明確的信息。

因此，要解決所有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，單模和多模式蜂窩LPWA解決方案和非蜂窩LPWA的解決方案將會共存。

目前（或在開發(fā)中）可用的大多數(shù)蜂窩式LPWA芯片解決方案的工程源自在已有的更高規(guī)格的LTE調(diào)制解調(diào)器技術(shù)（Cat-1，Cat-4）中，并不是從基礎(chǔ)設(shè)計為單模Cat-M1或NB-IoT解決方案。此外，Cat-M1標準支持相對于NB-IoT（即更高的數(shù)據(jù)速率，語音和移動性）的增強的功能能力，并且這些特征需要比NB-IoT更高的處理能力和更大的存儲器要求。

在某些行業(yè)領(lǐng)域中，有一種說法是當NB-IoT功能是Cat-M1解決方案的一部分時，NB-IoT是“免費提供的”，即通過將NB-IoT添加到多模Cat-M1 + NB-IoT時對芯片面積增大的影響的方案是適度的。這可能是一個廣泛的真實現(xiàn)象，但相反地，相對于Cat-M1，NB-IoT必須是更具成本效益的標準，因為其較低的處理需求和較小的功能子集，其等效為較小的硅晶片面積。

一直以來，互操作性問題是設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商軟件開發(fā)周期之間自然時間偏移的結(jié)果。當一些非向后兼容的變更請求（CRS）被引入到3GPP的2017年3月13日發(fā)布規(guī)范更新中時，生態(tài)系統(tǒng)之間的這種開發(fā)周期偏移被暴露出來。隨著設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商的軟件交付同步，這一問題將在未來幾個月消失，這是多個合作方共同努力確保全球互操作性的一個很好的例子，并不表示NB-IoT標準本來就有任何健壯性缺失。

順便說一下，供應(yīng)商開發(fā)周期對新引進或更新標準的失調(diào)不一致并不局限于蜂窩LPWA技術(shù)；一個主要的基礎(chǔ)設(shè)施告訴我們，這是所有新的蜂窩標準演變的一個自然現(xiàn)象，并引用了與LTE第16類智能手機平臺測試相關(guān)的最近的互操作性問題并沒有成為熱點新聞 (因為業(yè)內(nèi)人士理解這是任何復雜的多廠商技術(shù)開發(fā)中的自然現(xiàn)象)。

Cat-M1和NB-IoT”是否足夠高效節(jié)能，能讓電池續(xù)航10年? 有一個3GPP技術(shù)說明（TR45.820）提出了一種計算Cat-M1和NB-IoT電池壽命的方法學。它對接收機，發(fā)射機待機和深度睡眠功耗有明確的假設(shè)條件（對于給定的功率放大器和效率以及使用5Whr容量的電池）。

該分析報告還考慮了三種不同的覆蓋方案（即鏈接預算）的影響，Chet Babla簡單地稱之為“優(yōu)良”，“典型”和“差”的覆蓋。

3GPP分析還考慮了示例IoT應(yīng)用的要求：傳感器數(shù)據(jù)更新是每天一次還是兩個小時一次，每次是更新500字節(jié)還是200字節(jié)到網(wǎng)絡(luò)（供參考，住宅智能電表應(yīng)用通常每天更新一次數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)，要求上傳的的數(shù)據(jù)不超過100字節(jié)）。

3GPP分析表明，在“優(yōu)良”的覆蓋率和低傳感器更新率用使用場景下，節(jié)點不需要頻繁地發(fā)送（或重傳）數(shù)據(jù)，實際上電池壽命由待機和深度睡眠功耗決定。在這些情況下，NB-IoT使用5Whr的電池理論上續(xù)航完全可以超過10年命。

相反，如果該節(jié)點被部署在一個“差”的覆蓋場景（如深藏在室內(nèi)或在小區(qū)邊緣），或者如果此類應(yīng)用要求每隔幾分鐘就更新一次傳感器數(shù)據(jù)，那么如此多的數(shù)據(jù)傳輸可能無法保證使用5Whr容量電池的NB-IoT設(shè)備有超過1年的續(xù)航時間。在這些“較差”覆蓋或多傳感器數(shù)據(jù)更新的應(yīng)用場景下，節(jié)點設(shè)備的接收和發(fā)射功耗將是電池壽命的主要消耗者。

作為參考，用于這些應(yīng)用的典型電池可以是AA或D型鋰電池，并且市售的電池可以輕易的實現(xiàn)大于3GPP假定的5Whr。在理論上可以使用小的紐扣鋰“電池”，但是大約十幾個并聯(lián)連接來的NB-IoT或Cat-M1設(shè)備需要提供所需的峰值傳輸電流。需要注意的是3GPP計算不考慮自放電（鋰電池約1％/年）或溫度效應(yīng)（每升高10攝氏度，自放電增加一倍）。這些現(xiàn)實生活中的電池效應(yīng)將會逐漸削弱整個電池的使用壽命。順便提一句，雖然NB-IoT是比Cat-M1更有效的LPWA技術(shù)，但在某些覆蓋范圍較差的情況下，這種優(yōu)勢可能會受到削弱。

總之，蜂窩LPWA技術(shù)可以使電池續(xù)航能力超過10年，但在具體的應(yīng)用中，續(xù)航能力計算是一個多變量的函數(shù)，并且對非蜂窩LPWA技術(shù)也同樣面臨所討論的不佳覆蓋條件和傳感器數(shù)據(jù)更新率所帶來的種種限制。由于不同的LPWA技術(shù)適合于各自不同的應(yīng)用場景，因此對電池壽命進行粗略的一刀切式的比較是比較淺顯的。

如果規(guī)模和數(shù)量足夠，可以利用規(guī)模經(jīng)濟來部署任何技術(shù)并降低成本。在“傳統(tǒng)”蜂窩M2M的市場，現(xiàn)在2G GPRS模塊價格已經(jīng)低于5美元。但是，蜂窩通訊技術(shù)行業(yè)已經(jīng)有25年的時間，有數(shù)十億的2G芯片組的出貨量，促使芯片和模組定價達到了成熟期。然而，業(yè)界不能再等25年才開始從蜂窩連接的“物聯(lián)網(wǎng)”的特性中受益，所以Chet Babla認為，需要對LPWA模塊供應(yīng)鏈進行垂直整合，才能更快的實現(xiàn)革命性的、但仍然有利可圖的飛躍式的價格下調(diào)。

傳統(tǒng)的更高規(guī)格和更高數(shù)據(jù)速率的3G或LTE模塊并沒有引起供應(yīng)鏈的垂直整合，這是因為終端應(yīng)用領(lǐng)域如筆記本電腦，監(jiān)控攝像機或汽車連接，通常能夠承受更高的模塊定價。對于LPWAN的激進的價格目標，Chet Babla認為芯片和模塊的毛利率疊加，對外部SIM組件的和RF前端無源組件的需求都是業(yè)界必須共同關(guān)注來實現(xiàn)大幅降低價格的領(lǐng)域。希望有遠見者將加緊應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，ARM正在積極探索如何支持其合作伙伴關(guān)系中的創(chuàng)新者達到這一目標。

考慮到2G GPRS解決了IoT應(yīng)用的許多重要特性需求（例如語音能力，移動性和高度成熟的成本）, 如果你想知道為什么2G GPRS還不是 LPWA技術(shù)的最佳解決方案, 關(guān)鍵原因有兩個：2G頻段對運營商是極其珍貴的資源，正在全球范圍內(nèi)被重新劃分給更高數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用；其次，2G技術(shù)的功耗不像蜂窩LPWA那樣具有競爭力，因為蜂窩LPWA在最初階段就制定了專用的的省電和非連續(xù)接收模式。

IoT并不是一個特定的技術(shù)，而是指使用適當?shù)募夹g(shù)來實現(xiàn)可以解決現(xiàn)實世界問題的可行的商業(yè)模式。 對于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，沒有一種萬能的聯(lián)網(wǎng)解決方案，業(yè)界需要接受和欣然接納這樣的情況。

PAN，LAN，WAN，授權(quán)和非經(jīng)授權(quán)的連接技術(shù)都需要共存、相輔相成的，因此“我的連接技術(shù)是最好的”的說法不僅是錯誤的，它實際上是誤導和攪亂了行業(yè)致力促進的最終的垂直市場（如公用事業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、建筑管理、保險等）。

LPWA連接技術(shù)肯定會在更廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場中發(fā)揮重要作用，ARM將繼續(xù)確保提供安全，高效的處理器和連接技術(shù)解決方案，以幫助實現(xiàn)更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。點擊“閱讀原文”訪問ARM Cordio主頁了解更多信息。