物聯(lián)網(wǎng)之5G時代NB-IoT發(fā)展趨勢與技術(shù)基礎(chǔ)

nb-iot(窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)獲得國際組織3GPP通過。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，2016年毫無疑問將作為 nb-iot商用元年載入通信史冊。如同過去十幾年移動互聯(lián)網(wǎng)渴望4G時代的到來一樣，現(xiàn)今的物聯(lián)網(wǎng)也無比渴望著一個強有力的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，而 nb-iot無疑是這個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)最佳的選擇。

再加上中國政府多次證實將在2020年實現(xiàn)5G商用，如今面向5G的各類技術(shù)已經(jīng)迅速升溫，不少技術(shù)方案已經(jīng)逐漸落地。在今年4月倫敦 M2M 大會上，華為展示了 nb-iot(窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng))戰(zhàn)略以及 IoT 應(yīng)用和智慧城市領(lǐng)域的創(chuàng)新成果，并介紹了與合作伙伴為共建 nb-iot 生態(tài)系統(tǒng)所開展的工作，包括與沃達豐在英國紐伯里共同成立沃達豐 nb-iot 開放實驗室，旨在充分發(fā)揮 nb-iot 的潛力，創(chuàng)造社會與經(jīng)濟效益。nb-iot(窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng))無疑是5G時代物聯(lián)網(wǎng)中的一大熱門。

nb-iot最有現(xiàn)實基礎(chǔ)

一直以來物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的終端、網(wǎng)絡(luò)、芯片、操作系統(tǒng)、平臺等各方路徑不一，使得物聯(lián)網(wǎng)“碎片化”現(xiàn)象嚴(yán)重，隨著英特爾、高通、愛立信、諾基亞等巨頭加入nb-iot陣營，巨頭聯(lián)盟或許會成為終結(jié)碎片化、統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)的一個契機。

nb-iot構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180KHz的頻段，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。

nb-iot 技術(shù)是一種 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)定義的 LPWA(低功耗廣域網(wǎng))解決方案，具有以下優(yōu)勢：

1、海量連接：每小區(qū)可達10萬連接;NB- IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，nb-iot可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50~100倍的接入數(shù)。

2、超低功耗：電池壽命長達十年;

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項重要指標(biāo)，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設(shè)備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是最本質(zhì)的需求。在電池技術(shù)無法取得突破的前提下，只能通過降低設(shè)備功耗以延長電池供電時間。通信設(shè)備消耗的能量往往與數(shù)據(jù)量或速率相關(guān)，即單位時間內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)包的大小決定了功耗的大小。數(shù)據(jù)量小，設(shè)備的調(diào)制解調(diào)器和功放就可以調(diào)到非常小的水平。nb-iot聚焦小數(shù)據(jù)量、 小速率應(yīng)用，因此nb-iot設(shè)備功耗可以做到非常小，可以保障電池5年以上的使用壽命。

3、深度覆蓋：能實現(xiàn)比 GSM 高20db的覆蓋增益;

nb-iot比LTE提升20dB增益，相當(dāng)于發(fā)射功率提升了 100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。

4、安全性：繼承4G網(wǎng)絡(luò)安全能力，支持雙向鑒權(quán)以及空口嚴(yán)格加密，確保用戶數(shù)據(jù)的安全性;

5、穩(wěn)定可靠：能提供電信級的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應(yīng)用和智慧城市解決方案。

NB- IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，即可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基站復(fù)用以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的語音和數(shù)據(jù)帶寬，保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和未來物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可同時穩(wěn)定、可靠的進行。以智能抄表應(yīng)用為例，與采用有線PLC抄表數(shù)據(jù)回收成功率在60%左右相比，nb-iot可以保證數(shù)據(jù)成功回收率達99%，可靠性大大提高。

編者按：一直以來物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的終端、網(wǎng)絡(luò)、芯片、操作系統(tǒng)、平臺等各方路徑不一，使得物聯(lián)網(wǎng)“碎片化”現(xiàn)象嚴(yán)重，隨著英特爾、高通、愛立信、諾基亞等巨頭加入nb-iot陣營，巨頭聯(lián)盟或許會成為終結(jié)碎片化、統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)的一個契機。

6、低成本

低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優(yōu)勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設(shè)計要求低，小PA就能實現(xiàn);因為低帶寬，就不要復(fù)雜的均衡算法。這些因素使得nb-iot芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關(guān)，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

由于nb-iot具有基于現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)馬上部署的特點，眼下有需要的運營商可以迅速行動起來。正如業(yè)內(nèi)人士所言，5G來勢之洶涌，就如同一場提前到來、轟轟烈烈的愛情，為了讓這場愛情更加甜蜜，最好的方案就是更多地基于現(xiàn)實基礎(chǔ)。因此，今年以來，nb-iot在物聯(lián)網(wǎng)的一片火熱中拔得頭籌。

nb-iot生態(tài)日漸成熟

隨著傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)利潤越來越薄，整個電信行業(yè)都在尋找新的利潤增長點，面向人和人連接的市場越來越接近飽和，而面向人和物、物和物的巨大市場則剛剛興起。

據(jù)GSMA預(yù)測顯示，nb-iot在2020年將達到30億的連接;Machina亦預(yù)測，nb-iot未來將覆蓋25%的物聯(lián)網(wǎng)連接。Gartner預(yù)測，2016年將有64億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入使用，同比增長30%，并將在2020年達到208億。與此同時，2016年物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)方面的支出將增長22%，達到2350億美元。

隨著萬物互聯(lián)時代的來臨，聯(lián)網(wǎng)正成為所有行業(yè)、設(shè)備的必需。同時，云計算、大數(shù)據(jù)的普及，讓設(shè)備更加傾向于連接到互聯(lián)網(wǎng)中，這讓nb-iot迎來了眾多發(fā)展機遇，如車聯(lián)網(wǎng)、遠程醫(yī)療、物流等等。因此與運營商業(yè)務(wù)最為貼近、市場前景巨大的物聯(lián)網(wǎng)無疑成為運營商最佳的切入點。

2016年將是nb-iot產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常關(guān)鍵的一年，nb-iot要成功，必須有生態(tài)系統(tǒng)中各個產(chǎn)業(yè)平臺的支持。

從解決方案/芯片方面看，華為、愛立信、高通都在積極研發(fā)生產(chǎn)該類芯片，很多芯片原廠和模塊廠家也計劃于今年支持nb-iot。

從運營商對nb-iot響應(yīng)和投入看，nb-iot標(biāo)準(zhǔn)得到了許多主流運營商的響應(yīng)，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信、沃達豐、德國電信、阿聯(lián)酋電信、意大利電信、AT&T等全球頂尖運營商都已圍繞nb-iot發(fā)布了各自的發(fā)展方略。預(yù)計2016年全球50家主流運營商將有一半的數(shù)量支持nb-iot。

在國內(nèi)市場，三大電信運營商都已積極行動起來。6月的MWCS 2016上，中國移動攜手愛立信和英特爾完成了全球首個基于最新蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——nb-iot的業(yè)務(wù)演示：中國電信董事長楊杰近日表示，2017年上半年中國電信部署基于800MHz的nb-iot網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋;中國聯(lián)通今年計劃在超過5個城市啟動基于900MHz、1800MHz的nb-iot外場規(guī)模組網(wǎng)試驗及業(yè)務(wù)示范，并計劃今年年底前后推進重點城市的nb-iot商用部署。

除行業(yè)應(yīng)用外，消費類行業(yè)如白色家電廠家也開始采用nb-iot芯片進行產(chǎn)品開發(fā)。nb-iot生態(tài)正在以一種勢不可當(dāng)?shù)膽B(tài)勢成形，為各行各業(yè)帶來巨大機遇。

仍有難關(guān)需要攻克

電信業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，nb-iot相較于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著自身的優(yōu)勢。不過，其仍舊有著自身的局限性，成本價格、功耗都可能成為nb-iot發(fā)展的阻礙。在成本方面，nb-iot模組成本未來有望降至5美元之內(nèi)，但目前支持藍牙、ZigBee等標(biāo)準(zhǔn)的芯片價格僅在2美元左右，僅支持其中一種標(biāo)準(zhǔn)的芯片價格不到1美元。巨大的價格差距無疑將讓企業(yè)部署nb-iot產(chǎn)生顧慮。

沃達豐的Ibbetson認(rèn)為：“如果產(chǎn)業(yè)鏈不能將單模塊成本降到兩三美元以下，實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，nb-iot市場就做不起來。我們需要從全局角度出發(fā)，以極低的成本將物聯(lián)網(wǎng)模塊嵌入設(shè)備中。”

華為的胡厚也認(rèn)為，要想刺激nb-iot大規(guī)模發(fā)展，通信模塊成本必須低于5美元。如果成本降到1美元以內(nèi)，則會帶來爆發(fā)式增長。

同時，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還處于試驗和示范性探索階段，規(guī)?；瘧?yīng)用少，創(chuàng)新活力不足?，F(xiàn)階段主要是運營商，華為、愛立信等設(shè)備制造商，高通等芯片供應(yīng)商為代表的供應(yīng)側(cè)比較熱情，而需求側(cè)的應(yīng)用主體如水電氣公共服務(wù)提供部門還沒熱起來，基于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和而泰正在布局未來智能生活場景。