窄带物联网系列报道之一:运营商应用测试窄带物联网
来源: 作者: 发布时间: 2016-08-19

两年前,一个大胆的目标列入了5G需求远景中——实现万物互联,但如何实现这样宏大的目标?将万物互联中提出的林林总总的应用按照需求和场景进行细分,并进一步做技术聚焦成为一种必然趋势。去年9月份,全球通信业对共同形成一个低功耗、广域覆盖(LPWA)的物联网标准达成共识,窄带蜂窝物联网(NB-IoT)标准应运而生,并在今年6月份冻结标准。NB-IoT标准的形成被看作是通信业互相协作的一次胜利,全球运营商也积极投身于窄带物联网的应用测试,因为这一技术将打开一片蓝海市场。

低功耗、广覆盖需求广泛

物联网市场的增长是惊人的。据市场调研机构预测,未来5~10年物联网连接数和市场规模将发生大规模井喷式发展,2020年全球市场连接数规模500亿,中国市场突破100亿;而2020年全球物联网市场规模11万亿元,中国突破万亿元。在全球移动M2M(机器到机器)类型中,到2015年年底连接数达到3.2亿,年增长率为32%;中国市场的移动M2M连接数超过1亿,成为全球最大的市场。而当前,全球电信运营企业普遍面临市场饱和、增长乏力等问题,移动M2M巨大的市场潜力及低成本优势,吸引运营商积极投入。

“目前ITU确定了5G三大类应用场景,分别是增强移动宽带场景(eMBB),低时延高可靠场景(uRLLC)和低功耗大连接场景(mMTC)。”中国移动通信研究院无线技术研究所副所长杨光表示,在需求多种多样的物联网市场中,运营商发展物联网产业要对需求进行细分和聚焦。

在低速率广覆盖类型的物联网中,目前已经看到的应用包括工厂无人巡检、智能抄表、智能购物、环境监测、智能物流、智能穿戴、智能停车等,这类应用速率低于100Kbps,要求功耗很低,同时覆盖广泛。比这种应用速率高一些的处于100Kbps~10Mbps的中速率应用,包括无人机智能灌溉、智能穿戴、智能家居、视频监控等,这类应用对功耗不敏感,同时要求具备语音能力。而大于10Mbps的高速率应用,如远程治疗、智能电网、智能机器生产等,也对功耗不敏感,但有一些应用要求时延很低。

NB-IoT的提出和形成就是对物联网需求进行细分聚焦的一个成果。因为LPWA(低功耗广覆盖)的市场非常明确,一些已经先发的典型应用,如智能家居、物联追踪、智能抄表、智能穿戴、市政物联、智慧楼宇、广域物联、工业物联等,已经在市场中表现出明确需求。这些业务要求功耗超低,终端每天只发送一次很少的数据量,但一安装就要很多年不用再动,目前提出要达到10年续航;同时覆盖能力要强,相比GSM网络要增强20dB,每个覆盖小区的连接能力要大于5万;作为规模应用的产品,成本上要比现在的方案更有竞争力,模组成本的目标是小于5美元,以华为为代表的企业提出,未来大规模应用可以降低到1~2美元。

运营商看重NB-IoT规模性替代潜力

广覆盖低功耗物联网的解决方案存在多种选择,业界也在逐步聚焦。用蜂窝网承载有三种方式,第一种是基于2G/3G/4G技术,采用与手机相同的终端芯片承载,与手机用户的能力是一样的。第二种是局部优化方案,包括eMTC、Cat1、Cat0方式等,能够降低成本和功耗,增强覆盖;第三种方式就是NB-IoT。在蜂窝物联网之外的技术,最常被提到的是全新的设计技术:LoRa、SIGFOX等,另一种是基于IT技术,特点是简化协议、降低射频指标要求、使用非授权频谱。这些技术中,LPWA场景物联网是否取得商业成功取决于产业、性能、成本和模式。

目前LPWA物联网主要应用领域是在智能家居、智能抄表、智能楼宇、市政物联和物流追踪等领域,解决方案有的是依靠公众移动通信网络,有的通过蓝牙或者无线局域网,也有的通过近距离通信技术或者总线技术实现联网。这些方案都存在不足,有的是功耗过高,有的是网络覆盖能力不够、小网容量不足,还有的是实现成本高、可靠性比较差。

NB-IoT是面向低功率、广覆盖应用“定制化”的技术,在提高覆盖和连接数量,降低功耗方面具备优势。通过这一技术,可以将PLWA类型的物联网规模做大,运营商可以通过网络规模获得服务优势,从而在物联网上建立起大数据应用和挖掘高价值应用。

正是因为这些优势,尽管目前NB-IoT刚刚形成标准,国际运营商已经在广泛布局窄带蜂窝物联网。美国AT&T、Verizon运营商计划在2016年底测试eMTC,并对NB-IoT紧密跟踪研究;欧洲Vodafone计划2016年第四季度部署NB-IoT,2017年考虑部署eMTC;德国电信计划2016年第四季度部署NB-IoT,eMTC保持研究;意大利电信倾向于NB-IoT,部署频段还未定。在亚洲,KT计划2017年第一季度部署NB-IoT,eMTC未决定;SKT则先部署Lora占领市场,计算在2017年部署NB-IoT;而DoCoMo认为eMTC优先级会更高,先使用Cat1占领市场。同时紧密跟踪研究NB-IoT。

运营商希望打造端到端产业链

物联网商用是端到端的产业价值链。从物联网底层的各类传感器到物联网终端模组,再通过像窄带蜂窝物联网这样的网络,上传到物联网管理平台,然后在平台上接入各类应用。在这个过程中,运营商要做端到端运营的全面考虑。

一是物联网终端模组要标准化,传感器也有标准化接口能够接入模组,利用规模降低成本,同时开发出基础通信套件,降低应用开发门槛。二是建立好物联网管理平台,提供设备接入、数据存储及分发和提供大连接的能力,向应用开发者提供开放接口,支持更多创新应用。三是安全保障,研究eSIM及统一认证方案,降低认证成本,确保数据安全传输。

杨光表示,中国移动推进蜂窝物联网,包含标准及技术方案、技术试验及应用示范、业务规划和产业推动四条线。今年下半年中国移动开始实验室测试,并对NB-IoT和eMTC等进行单站、多站和针对业务类型的技术试验。此前,中国移动已经成立了5G联合创新中心,目的是在从4G向5G演进过程中,合作开展业务应用和产品的联合研发与创新,建设跨行业的融合生态,包涵基础通信能力、物联网、车联网、工业互联网、云端机器人和虚拟/增强现实等。

已开始布局NB-IoT应用

除中国移动外,中国联通和中国电信也在积极布局。中国联通在2015年到2016年已经开展了NB-IoT业务试点及试验,2017年拟推进规模应用部署和LTE-eMTC新技术试验。

据中国联通专家介绍,联通在物联网管理平台上将进一步拓展服务能力,首先基于Jasper平台形成连接管理能力,研发全国统一的M2M平台,聚合产业链;其次拓展平台的设备管理、连接管理、数据管理和业务支撑能力。中国联通建的上海迪斯尼智慧园区,已经引入了NB-IoT技术,目前网络部署了10个室外站点覆盖整个园区,共5000个智能停车终端,实现了小规模应用,包括智能停车、智能水表,后续还会将服务拓展到环境监控、人流管理等方面。同时他们发现NB-IoT运营中的一些挑战,例如:地下停车场覆盖差,自组网后期维护难题多,终端的成本高等。

中国电信目前在积极跟进,并正式立项对NB-IoT关键技术、终端和业务开展进行研发。通过已经做的技术验证和测试,初步分析表明,NB-IoT用户容量受限于随机接入信道容量,但能够满足每小区52574用户的系统设计目标。

谈到部署方案,中国电信的专家认为应该构建基于虚拟化架构的面向物联网的整体解决方案。因为LPWA类的应用是大连接、小数据包、有节电需求,这都与LTE话务模型及功能差异大,因此建议核心网独立部署。而网络虚拟化的要求符合网络发展趋势,可以对设备资源统一调配,实现动态扩缩容,提高资源利用率。中国电信可以基于全覆盖的800M LTE网络部署NB-IoT,基站同时支持LTE和NB-IoT,这种情况下,NB-IoT与800M LTE基站共享基带、射频及天馈资源。为了规避可能的频率干扰,并考虑LTE800后续演进的灵活性,将优先考虑独立工作模式。

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