NB-IoT

【发布日期:2017-06-16】【来源:百度百科】

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。[1]

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。[2]

NB-IOT的概述

 

对于物联网标准的发展,华为的推进最早。2014年5月,华为提出了窄带技术NB M2M;2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIOT;7月份,NB-LTE跟NB-CIOT进一步融合形成NB-IOT;预计NB-IOT标准会在3GPP R13出现,并于2016年6月份冻结。[3]

此前,相对于爱立信、诺基亚和英特尔推动的NB-LTE,华为更注重构建NB-CIOT的生态系统,包括高通、沃达丰、德国电信、中国移动、中国联通、Bell等主流运营商、芯片商及设备系统产业链上下游均加入了该阵营。

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。 NB-IOT使用License频段,可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式,与现有网络共存。

NB-IOT的前景与优势

 

移动通信正在从人和人的连接,向人与物以及物与物的连接迈进,万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上,相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术,移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性,能够带来更加丰富的应用场景,理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术,4.5G除了具有高达1Gbps的峰值速率,还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数,支持海量M2M连接以及更低时延,将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。

对于电信运营商而言,车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生海量连接,远远超过人与人之间的通信需求。

NB-IoT具备四大特点:一是广覆盖,将提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍;二是具备支撑海量连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构;三是更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年;四是更低的模块成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元。[1]

NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IOT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段,可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式,与现有网络共存。[4]

因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势,使其可以广泛应用于多种垂直行业,如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP标准的首个版本预计在今年6月发布,到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。

目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状,余泉详细阐述了三个精彩观点:一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年,标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。

NB-IOT的需求与发展

随着智能城市、大数据时代的来临,无线通信将实现万物连接。很多企业预计未来全球物联网连接数将是千亿级的时代。目前已经出现了大量物与物的联接, 然而这些联接大多通过蓝牙、Wi-Fi等短距通信技术承载,但非运营商移动网络。为了满足不同物联网业务需求,根据物联网业务特征和移动通信网络特点,3GPP根据窄带业务应用场景开展了增强移动通信网络功能的技术研究以适应蓬勃发展的物联网业务需求。

我们正进入万物互联(IoT)的时代,这对于整个移动通信产业来说是一个巨大的机会。这一点在MWC2016上展露无疑。无论是运营商大咖,还是设备商巨头,纷纷展示了完整的物联网解决方案和在不同垂直行业的应用。[5]

当然,实现这一切的基础,是要有无处不在的网络联接。运营商的网络是全球覆盖最为广泛的网络,因此在接入能力上有独特的优势。然而,一个不容忽视的现实情况是,真正承载到移动网络上的物与物联接只占到联接总数的10%,大部分的物与物联接通过蓝牙、WiFi等技术来承载。

为此,产业链从几年前就开始研究利用窄带LTE技术来承载IoT联接。历经几次更名和技术演进,2015年9月,3GPP正式将这一技术命名为NB-IoT。MWC2016上,NB-IoT首次亮相,受到瞩目,运营商和设备商纷纷为其站台和背书。

华为无线网络产品线首席战略官余泉在接受《通信产业报》(网)采访时表示:“NB-IoT是蜂窝网络产业应对万物互联的一个重要机会。我们非常看好NB-IoT的商用前景,推荐将其作为物联网联接技术的首要选择。”

他向记者阐释了NB-IoT的商业和技术优势。从商业层面上来讲,截至目前,蜂窝网络覆盖了全球超过50%的地理面积,90%的人口,是一张覆盖最为完整的网络。 从技术层面上来讲,NB-IoT有4大技术优势。首先是覆盖广,相比传统GSM,一个基站可以提供10倍的面积覆盖;其次是海量连接,200KHz的带宽可以提供10万个联接;第三是低功耗,使用AA电池便可以工作十年,无需充电;第四是低成本,模组成本小于5美金。

此前,华为曾向记者算了一笔账,假设全球有500万左右物理站点,全部部署NB-IoT,每个站3个扇区、每个扇区部署200kHz、每小时每个传感器发送100个字节,那么全球站点能够联接的传感器数量高达4500亿。

据了解,NB-IoT可以广泛应用于多种垂直行业,如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。随着3GPP标准的首个版本在6月份发布,将有一批测试网络和小规模商用网络出现。NB-IoT将在多个低功耗广域网技术中脱颖而出。

“NB-IoT在欧洲和乃至全球都呈现出巨大的发展机遇。到2020年IoT全部产业链价值有望达到3万亿欧元,包括全产业链上下游,如网络连接、数据处理、平台应用、商业合作等。”余泉表示,华为已经做好在2016年完成NB-IoT商用的准备。[6]

华为轮值CEO胡厚昆在2015全球移动宽带论坛上发表主题演讲时指出,移动运营商需要立即采取行动,抢占快速增长的物联网市场份额。目前,运营商虽然在可接入性方面拥有独特优势,但是许多其它技术,如ZigBee、蓝牙和内置WiFi也在迅速发展,运营商必须与垂直行业展开激烈竞争。胡厚昆强调,必须迅速制定统一的物联网标准,以推动跨行业发展。
  沃达丰集团研发主管Luke Ibbetson对此表示赞同。他指出,目前80%-90%的物联网设备由低功耗的室内系统连接,余下的设备则由蜂窝网络连接。很多人认为,新出现的LPWA(低功耗广域)技术成本低,覆盖又广,将为移动运营商发展物联网带来良机。不过,Ibbetson指出:“我们目前还没有为客户开发出合适的解决方案,因此仍然面临巨大压力。”

转向窄带物联网

对于LPWA网络所用到的窄带物联网(NB-IoT),运营商业已达成共识,应使用授权频谱,采用带内、防护频带独立部署。这一新兴技术可以提供广域网络覆盖,旨在为吞吐量、成本、能耗都很低的海量物联网设备提供支撑。
  2015年11月,数家全球主流运营商联合设备商、芯片厂商和相关国际组织,在香港举办NB-IoT论坛筹备会,旨在加速窄带物联网生态系统的发展,成员包括中国移动、中国联通、Etisalat、LG Uplus、意大利电信、Telefonica、沃达丰、GSMA、GTI、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔。六家运营商成员还宣布,将在全球成立六个窄带物联网开放实验室,聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互操作性测试和产品兼容验证。
  目前,运营商已经在客户中展开预标准NB-IoT技术试点工作。例如,德国电信和沃达丰已经采取行动,利用现有基站进行预部署试点,预计试商用部署在2016年下半年进行,正式商用将从2017年初开始。
  沃达丰的Ibbetson表示,对3GPP标准的整合充满信心,但他也指出这一过程缓慢而艰难。“希望窄带物联网能在2016年3月份前成为独立标准,同时我们需要尽快决定使用哪个频段。”
  华为也希望相关标准能尽快得到确认,这样行业才能启动大规模的物联网部署。胡厚昆指出:“华为在技术方面已经准备就绪,希望能尽快抓住窄带物联网的机遇。”
  窄带物联网具有四大优势:电池寿命长(超过十年)、成本低(每个模块不足5美元)、容量大(单个小区能支持10万连接)、覆盖广(能覆盖到地下)。
  Ibbetson认为:“如果产业链不能将单模块成本降到两三美元以下,实现大规模应用,NB-IoT市场就做不起来。我们需要从全局角度出发,以极低的成本将物联网模块嵌入设备中。”
  胡厚昆也认为,要想刺激NB-IoT大规模发展,通信模块成本必须低于5美元。如果成本降到1美元以内,则会带来爆发式增长。

即将步入爆发期

随着网络连接、云服务、大数据分析和低成本传感器等所有核心技术的就绪,物联网已经从萌芽期步入迅速发展的阶段,大多数分析师对此都表示认可。
  埃森哲亚太区高科技和电子产业主管David Sovie指出,每个CIO都应尽快制定物联网发展策略,否则将会在竞争中落败。IBM研究院物联网全球战略计划主管Wei Sun表示,IBM各行各业的大客户都在探索物联网产品和服务。
  越来越多的行业已经在使用物联网技术提高效率,提升客户满意度并降低运营成本。例如,汽车零部件、家用电器及安全系统制造商博世已经将很多产品线连接起来,并从移动互联技术,尤其是车联网领域的崛起中直接获益。
  在医疗领域,飞利浦已经开发了多款电子医疗应用,包括一款供慢性病患者使用的贴片。该贴片使用传感器实时收集患者健康数据,并传输到云平台,医护人员可以对数据进行监控,并适时采取医疗干预措施。
  飞利浦数字加速器项目主管Alberto Prado指出,设备和系统的互操作性是数字医疗行业崛起的关键。随着协作护理模式日益盛行,未来的医疗必然将整合所有资源,并以主动预防为主。
  为了迎接物联网领域的巨大机遇,整个产业不仅需要推动技术创新,还需要推动商业模式创新和跨行业协作。由于用例、应用和商业模式纷繁多样,物联网市场将比移动市场更加碎片化。
  胡厚昆表示:“这将有赖于产业链上不同的利益相关者精诚合作。在物联网时代,运营商需要将关注的重点由管理技术扩展至管理整个生态系统。整个行业正处在紧要关头,运营商需要立即行动起来,抓住这一新的蓝海机遇。”[4]

NB-IoT亟需开放的平台

“NB-IoT产业生态系统正在快速成长,它更需要运营商与IoT相关产业参与者精诚合作,携手共进。”谈及NB-IoT落地的挑战,余泉介绍。

就在MWC2016举办前一天,GSMA联合企业各方举办全球首届NB-IoT峰会,并在会上成立NB-IoT forum。该联盟成员包括全球主流运营商、网络设备厂家以及主要芯片模组厂家等诸多产业链企业。

余泉强调,有超过20家垂直行业企业参加了此次峰会,这是非常可喜的开端。“当然垂直行业供应商可能不是几十家,而是几千家,业界还有很多的工作要做。”余泉以智能抄表行业为例表示,目前家庭拥有水表、电表、煤气表以及暖气表等很多表,这些背后的企业很多。

如此多的参与方,会出现大量协同方面的问题,业界需要一个开放的平台加速产业的前进步伐。而且,新标准制定需要开放平台去推动。

对此,诸多运营商联合包括华为在内的电信设备商一起搭建了Open Lab。据悉,借助Open Lab,垂直行业厂家就能很轻松地在实际现网上验证自身的物联网应用、网络以及商业模式。

“NB-IoT标准预计在今年6月完成。”余泉表示,这体现NB-IoT进入了发展的关键一年。

据悉,随着3GPP标准在6月份冻结,经过市场的洗礼后,NB-IoT会在LPWA市场的多个技术竞争中脱颖而出,成为领先运营商的最佳选择。同时2016年也将成为NB-IoT的商用元年。

今年将有很多芯片厂家和模组厂家支持NB-IoT发展。在网络方面,华为计划在今年下半年推出支持NB-IoT的系统。而许多其他网络设备供应商也计划在今年实现对NB-IoT的支持。

运营商在发展NB-IoT方面表现的十分迫切。“即使产业已经尽力最大努力,促进NB-IoT快速发展,但运营商还是认为发展进度不够快,给了供应商很大压力。”余泉透露。

垂直行业也提出了他们对技术的要求:终端电池寿命要达到10年以上,安全性必须完全满足,且今年要能够商用。

用户案例是NB-IoT或者说蜂窝物联网要成功非常关键的一点。现在借助Open Lab,业界已经讨论如何去使能更多的用户案例。目前智能停车、智能水表、智能追踪等用户案例已经完成实验室验证。“预计今年下半年就会有NB-IoT商用的网络,明年将会规模部署,这是我们整个产业的大概期望。”余泉表示。

对于NB-IoT发展的挑战,余泉表示万事开头难,但蜂窝产业发展几十年,拥有开放合作的传统,才能达到今天的成就。“我相信NB-IoT产业也会重复这样的开放合作,为运营商、垂直客户带来新的商业成功,同时对整个社会,对整个的经济起到非常好的促进作用。”余泉介绍。

助运营商开启百亿联接市场

据悉,当前只有10%的IoT应用是基于蜂窝网络的,蜂窝网络具备覆盖优势和成本优势,华为已经做好了在2016年内完成商用的准备。华为方面表示,华为在IoT市场最关键的一步就是“帮助运营商开启一个百亿联接市场”。

同时,在GSMA NB-IoT Forum的倡导之下,华为与运营商共同建立开发实验室,加强企业间合作。目前,华为已与中国移动、阿联酋电信、LG Uplus、上海联通、意大利电信和沃达丰在全球成立六个NB-IoT开放实验室,专注于NB-IoT的联合创新、产业发展、集成验证,探索全新的商用案例与商业模式,并将成果整个行业。

据了解,华为与移动运营商沃达丰将联手建立NB-IoT开放实验室,以推动NB-IoT技术的发展和推广。使用预标准NB-IoT技术的NB-IoT开放实验室将研究网络解决方案验证、新应用创新、设备集成、业务模式研究以及产品合格验证等。[5]

NB-IoT规模化商用在即

2016年6月16日,在韩国釜山召开的3GPPRAN全会第七十二次会议上,NB-IoT作为大会的一项重要议题,其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准,标志着受无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议的相关研究全部完成。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,物联网产业发展蓄势待发。

随着标准的冻结,将有更多的产业链企业加入NB-IoT阵营,这将促使NB-IoT迅速规模化商用。NB-IoT的商用也将构建全球最大的蜂窝物联网生态系统。如此一来,2016年下半年将涌现出更多的商业应用已是铁板钉钉。窄带物联网巨大的“蓝海”市场已经开启,并将在未来出现爆炸式增长。据GSMA预测,到2020年全球互联设备将会到达270亿,其中100亿为移动连接设备。[7]

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