NB-IoT拯救了物聯網,還是運營商?
工信部日前在《關于全面推進移動物聯網(NB-IoT)建設發展的通知》中指出,全面推進廣覆蓋、大連接、低功耗移動物聯網(NB-IoT)建設,目標到2017年末實現NB-IoT網絡對直轄市、省會城市等主要城市的覆蓋,2020年NB-IoT網絡實現對于全國的普遍覆蓋以及深度覆蓋。而根據前瞻產業研究院的預測,到2022年全球將有770億設備連接到物聯網,市場規模超萬億美元,其中NB-IoT未來將覆蓋30%的物聯網連接,達到232億個連接。
Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-IoT)是全球標準化組織3GPP在2016年6月同時制定的兩個新型蜂窩技術標準。與性能指標一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反,Cat-M1和Cat-NB1選擇一路向下,主要是根據物聯網的要求,去掉不必要的高數據率、高移動性、超強傳輸能力特性,降低系統復雜度與成本,提高系統續航時間,實現4G調制解調器的海量部署、規模經濟和超長生命周期。
部署NB-IoT,為什么運營商最積極?
部署NB-IoT/eMTC網絡是運營商首次全面面向物與物連接經營的嘗試,一經推出就得到了全球運營商的大力追捧。為什么運營商會對部署NB-IoT/eMTC這樣的低功耗廣域網絡(LPWA)如此積極?NB-IoT/eMTC會在哪些方面為運營商帶來新的市場機會?
在IHS Markit IoT高級首席分析師Sam Lucero看來,LPWA技術極大拓展了運營商可尋址IoT設備及應用程序的類型。傳統蜂窩技術用于IoT應用程序并不是新鮮事,但這些通信技術(GPRS、WCDMA和LTE Cat-6)的設計與優化理念都是以人為中心的。跟它們相比,LPWA技術有著很大的不同,包括更長的電池使用壽命(長達10年)、更深的樓內地下滲透、每個基站可以支持更多的設備數量、以及隨著數量增加大幅降低的成本等。因此,運營商可以使用LPWA在應用程序內支持更多數量的IoT設備,以獲得更大的盈利,而這從應用或財務角度來看,是無法通過使用傳統蜂窩技術實現的。
圖1:IHS Markit IoT高級首席分析師Sam Lucero
降低成本和提高電信運營效率對運營商成功提供IoT服務至關重要,包括LPWA技術的使用。Sam Lucero建議運營商應當采取的兩項關鍵行動是:
部署IoT連接管理平臺(例如思科Jasper的控制中心、愛立信的DCP、或是華為的OceanConnect);
轉向SDN/NFV網絡基礎設施模型。CMP有助于為IoT應用優化網絡運營,而基于SDN/NFV的網絡基礎設施則有助于運營商減少成本和提高運營效率。
早在2014年,華為斥資2500萬美元收購了英國領先的蜂窩物聯網芯片和解決方案提供商Neul,再結合華為自身的網絡技術,形成了目前NB-IoT標準的雛形。華為戰略與技術副總裁楚慶主導了此次收購。“談判很順利,只用了一兩天的時間就順利達成了。”楚慶回憶說,之所以如此果斷的拿下Neul,就是看中其在物聯網領域使用了PLMN(Public Land Mobile Network,公眾陸地移動網絡)技術。NB-IoT是全球第一個廣域物聯網標準,華為是該標準的倡導者和發起人之一。
物聯網并非新概念,但是過去10年發展緩慢,其原因一是物聯網先天按照行業分隔,呈碎片化存在;二是落后的接入技術。一直以來,物聯網接入手段以WiFi/藍牙/ZigBee等技術為主,但這些技術無論是接入能力還是服務能力均存在嚴重缺陷,比如覆蓋范圍,即便是能力最強的WiFi,接入距離也不過百米,相對于萬物互聯的理想,實在是無能為力。而我們所熟知的2/3/4G蜂窩網絡——PLMN,卻可以做到:“凡是雙腳可及的地方,就會有網絡覆蓋;即便人類無法涉足,也可以覆蓋。”如今,中國8000米以上的雪山,凡是具備登山價值的,都在華為4G基站的覆蓋范圍內,包括珠穆朗瑪峰。如此強大的接入能力是很多其它技術無法企及的。PLMN不僅有嚴格的技術體系,還有成熟的運營和商業體系,建立了世界上最完善的利益分配機制,確保大投入的玩家有可能獲得大收益,符合正常的商業原則,得到了業界的一致認可。NB-IoT不僅繼承了PLMN在技術和商業模式上的優勢,且覆蓋更廣,還具備超低功耗、低成本等對物聯網應用至關重要的獨特價值。
NB-IoT基于4G技術,布網非常方便。所有華為4G基站都可以快速部署NB-IoT。只需短短幾個小時,即可實現整網升級,支持NB-IoT標準。同時,其生態鏈上的所有參與者,都能夠非常容易地實現自己的盈利模式。
作為廣域網絡技術,NB-IoT把原來支離破碎的物聯網有機地統一在一起,這是最大的價值所在,開創了一個偉大的時代。之后運營商對該制式的歡迎程度也驗證了華為當初預判的正確性。
楚慶認為,作為熱點產業,物聯網吸引了眾多商家的興趣。但要研發一個能夠大規模使用的通信技術標準,常常需要數十億美元的先期投入,對參與者的實力要求很高。有些打著免費旗號的技術聯盟,既缺乏足夠的研發資金投入,也缺乏正常的盈利模式,很難提供能真正滿足用戶需求的產品與服務。物聯網涉及國家安全和國計民生,政府和廠商都應該以嚴肅的態度來對待。
Qorvo亞太區低功耗無線連接產品部業務發展總監馬春奇在接受采訪時表示,隨著數據速率越來越高,以及人們越來越容易借助于Whatsapp、Wechat、Line等應用程序與其他國家/地區的人員通話,導致運營商在國際直撥電話和語音電話方面的業務不斷萎縮,他們亟需新的業務來求得生存和發展,這是其一。還有就是5G網絡速度非常快,帶寬也寬得多,是閑置浪費還是利用起來開展新的業務?答案是不言而喻的。
另一方面,在傳統的蜂窩技術中,為保障語音質量,每個基站可連接的電話數量有限。但對于NB-IoT/eMTC來說,不但每個基站可以支持50000個連接,而且它可將家中的ZigBee調制器或網關通過基站連接到互聯網。這樣一來,即使家里的互聯網寬帶服務中斷,用戶也不受影響。NB-IoT/eMTC未來也可用于將路燈直接連接到基站,或者用在寵物身上來跟蹤它們在城市中的位置,甚至未來每個人的身份證(或模塊)都會用上NB-IoT/eMTC,這樣我們就能掌握城市、國家/地區乃至世界的人口分布。
圖2:Qorvo亞太區低功耗無線連接產品部業務發展總監馬春奇 “
我們從運營商相關市場調研報告中可以清晰的看出,運營商傳統手機業務的發展已經達到了相對平衡的階段,新增業務對于運營商來說非常困難,特別是受到OTT業務的影響,對運營商來說,壓力特別巨大。”利爾達科技集團副總裁陳凱說。
圖3:利爾達科技集團副總裁陳凱
物聯網是集傳感、通信、網絡、計算、控制技術為一體的復合型系統,是世界信息產業的第三次浪潮,是下一個萬億市場。陳凱認為物聯網業務存在以下幾個特點:
一是市場容量巨大,不管是200億還是500億容量,對運營商來說都是巨大的蛋糕;
二是物聯網需求非常分散,碎片化嚴重,缺乏統一的標準,造成很難形成物聯網的規模化效益;
三是物聯網最需要解決的核心技術是通信,特別是無線通信。傳統物聯網方案中的WiFi、ZigBee、Sub1G等技術很難形成一個統一的物物相連的世界;
四是物聯網業務對網絡安全、帶寬、QOS等有一定的要求,這非常符合運營商的業務特點。
所以,運營商選擇了NB-IoT/eMTC去拓展其物聯網網絡。也就是說,運營商屆時會運營兩張網絡:一張是傳統話務、流量業務網;一張是針對物聯網應用的低功耗廣域網。當然,運營商也不甘心只提供管道業務,背后的IoT大數據連接平臺(比如中國移動的oneNET、中國電信的天翼物聯平臺等)將是運營商發力和競爭的焦點。
知易行難
所有的服務都是以人為中心的,物聯網服務也不例外。但更看重“物物相連”的NB-IoT/eMTC物聯網專用網絡,顯然與當前“以人為導向”的蜂窩網絡在網絡規劃與建設、終端與資費管理、商業模式方面存在較大差異。那么,運營商在進行NB-IoT/eMTC部署時會做出哪些新的調整?
馬春奇建議運營商仍應該著眼于他們可以為客戶提供的服務,并以此為立足點,擴展到物聯網服務。因為顯而易見的是,運營商的業務模式是以人為單位,而不是家庭或家居。
陳凱分析了蜂窩物聯網絡和傳統蜂窩網的區別:首先,從接入點數量上來看,蜂窩物聯網是一個更加廣闊的大連接,傳統蜂窩網與之相比完全不在一個量級上;其次,物聯網對蜂窩物聯網在網絡連接質量、安全性、實時性、帶寬、網絡覆蓋等方面要求較高。在新型的物聯網業務中,運營商不僅僅只提供通信管道業務,更多的是接入大數據平臺。這樣對于運營商而言,會逐漸形成一種數據業務積累,能提供除了管道之外的服務,這才是運營商最為看重的業務布局;最后,與傳統手機形態相對比較單一,管理較為簡單不同,物聯網終端形態千差萬別,需要運營商進行分類進行管理和維護,這也是一種新型商業模式。
“物聯網是一個嚴重長尾的市場形態,具有分散性和終端形態多樣性的特點,不是運營商的優勢所在,差異化策略將是他們在網絡部署時應該重點考慮的問題。換句話說,不是僅僅提供網絡和IoT平臺通道,運營商的物聯網業務就能發展的很好,更多的是需要在物聯網政策導向、資費策略、IoT平臺開放程度、北向/南向技術支持的專業化體系建設等方面展開思考并得到支持。”陳凱說。
6月20日,中國電信推出了全球首個NB-IoT套餐。由套餐內容可知,套餐分為連接服務費和高頻功能費,連接服務費又分為包年套餐和生命周期套餐。包年套餐20元/戶/年,生命周期套餐分為2~8年七個檔位,最低35元,最高105元。高頻功能費按照每合同年內每達到20000次連接頻次收取20元/戶。業內人士形容該物聯網套餐,連接費用=電信NB-loT連接總數×每個NB-loT連接的連接單價。
可以看出,NB-IoT套餐與消費者所熟知的流量、語音套餐是完全不同的。所以,業界更加需要由運營商主導的產業鏈開放、合作的模式,擺脫過去嚴重依賴流量收益的境況,比如在垂直行業進行業務深耕,提供物聯網產業鏈平臺服務、物聯網信息交流平臺服務、數據支撐服務等。同時,對于網絡部署,除了加快網絡建設速度外,其相應的平臺工具、市場策略、聚焦市場等也要同步布局,要具有打造產業鏈的能力,形成平臺聚合效應,以開放的心態和產業鏈優勢伙伴合作,在政府政策的指引下,建設物聯網網絡和服務。
圖4:華為戰略與技術副總裁楚慶
楚慶從基站布局、商業模式等多方面進行了解讀。他表示,就基站布局來看,對于一般應用,NB-IoT網絡的便利之處在于運營商不必為此重新布置站點,完全可以在已有基站基礎上實現快速部署,華為更專門為物聯網設計了物聯網云,可以幫助運營商迅速上線新應用。部分應用,如生態農業、水環境監測、智能水務等,往往部署在人口密度較低的區域,運營商視需求調整網絡增加容量即可。此外,物聯網應用中,很多“物”不需要也無法移動,若設備位于信號陰影區,將永遠處于劣質通信條件下,所以,物聯網對網絡的無縫覆蓋要求更高,而覆蓋性能恰恰是NB-IoT的一項天然優勢。商業模式方面,不同于語音、流量收費模式,NB-IoT網絡的收費模式最終應該由政府、運營商、消費者多方探討得出結論,大學等研究機構也可參與評估并建立合理的模型。
幾大關鍵技術的未來走向
NB-IoT、eMTC、甚至包括LoRa/Sigfox等標準身后其實均不乏主流運營商的身影。在高通產品市場高級總監沈磊看來,“蜂窩通訊技術將是未來物聯網連接技術里絕對的主流方向。”他列舉的理由包括:蜂窩通訊技術是授權頻譜,在連接性、安全、質量方面都有充分的保證,而且從2G、3G、4G一路發展下來,其覆蓋已經是無處不在,完全不需要重新部署。更重要的一點是,蜂窩通訊行業的生態系統建設非常完善,從標準制定、技術發展和驗證,到產品研發和上市,再到整個網絡系統的優化和完善,包括芯片、終端、基礎設施、運營商在內的眾多從業者30年來不斷的積累,已經讓蜂窩技術成為最為可靠、完善和可用的技術。
圖5:高通產品市場高級總監沈磊
而使用非授權頻譜的Sigfox和LoRa是一個相對小眾的市場,大多數應用場景集中在工廠或碼頭這類私有且小范圍的環境中,整個產業鏈的部署程度與基于蜂窩網絡技術的標準相比完全不在一個數量級。并且這兩個標準比較新,整個產業鏈的芯片、模塊、應用服務都還處于培育階段,不能與主流的蜂窩技術相抗衡。
目前Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-IoT)都有很多部署,后者進度更快一些。主要原因在于Cat-NB1標準相對更為簡單,能做Cat-NB1的芯片廠商比較多,而且首批探索物聯網部署的運營商也看到Cat-NB1的部署密度可以更高,續航時間可以更長,對于表計、路燈等應用情景來說,Cat-NB1似乎天生就是比較好的技術。但事實上,到了真正開始部署,需要和上層應用服務對接的時候,運營商就會發現Cat-NB1其實只能覆蓋一部分使用情景,很多商業模式,比如移動性、語音、數據率、遠程更新軟件的能力,Cat-NB1是沒有的,所以他們開始逐漸傾向于接受物聯網雙模的概念。
沈磊說他個人相信LTE物聯網一定會大爆發,只是具體的時間還不能預測。但好消息是,“當前缺失的幾個成功要素都已在路上”。比如中國三大運營商正在相關城市做網絡部署的試點;汽車或者公用事業、智慧城市等垂直領域的商業模式已初具雛形,上層的應用服務也在高速發展中;芯片和模塊廠商對產品的優化和設備管理的能力正在大幅改進。當這幾大成功要素都到位之時,相關應用必定會呈現爆炸式增長。
馬春奇認為NB-IoT/eMTC會是運營商的發展重點,因為它們直接與基站連接,會成為運營商服務套餐的一部分。LoRa/SigFox將成為獨立的網絡,并采用獨立的業務模式。
讓我們一起聽聽他的分析:
● SigFox
SigFox的業務模式采取自上而下的方式,真正廉價的應用是推動人們進入該市場的有效途徑。SigFox擁有從后臺數據、云服務器到終端軟件的全部技術,僅是端點作為開放市場。SigFox端點使用相對便宜的MSK無線電,靠網絡運營商向客戶轉售其技術棧時支付的版權費來賺錢,合作伙伴不需要在硬件上投入太多資金,其終極目標是讓世界各地的大型網絡運營商都部署其網絡。
這種業務模式會有一些挑戰。如果想要部署SigFox網絡,就必須與SigFox直接合作,別無他選。此外,一個區域只能部署一個SigFox網絡,因為該公司與網絡運營商的合作是獨家協議。Sigfox還有一個缺點:將數據發回傳感器或設備的能力(即下行鏈路能力)受到嚴重限制,信號干擾會是一個問題。此外,SigFox 可以實現雙向命令和控制功能,但是要讓它正常工作,網絡密度需要更高(因為是非對稱鏈路)。因此,SigFox更適合只會不頻繁地發送少量數據的應用(如報警器和儀表)。
● LoRa
LoRa聯盟比SigFox在規范方面做的更為開放,用戶可以下載規范并加入LoRa聯盟,任何硬件或網關制造商都可以依照LoRa規范制造模塊或網關。不過,生產LoRa無線電的公司必須是Semtech或其他獲得授權的公司。雖然LoRa生態系統本身是開放的,但它確實有某些封閉元素或需要授權的部分。
LoRa的開放標準不會由某個特定公司驅動,而是由標準經委員會來制定,因此它的發展有點緩慢。不過,從另一個角度來說,這樣做可以靈活地滿足所有公司的需求。就像SigFox一樣,LoRa聯盟希望網絡運營商部署LoRa網絡,但他們也鼓勵私人公司和初創公司這樣做。為此,他們還展開了一些關于網絡到網絡漫游的討論。
LoRa的功能類似于SigFox,它主要用于具有許多端點、僅需上行鏈路的應用(從傳感器或設備向網關傳輸數據)。由于采用對稱鏈路,如果需要真正的雙向通信,LoRa可能是更好的選擇。如果需要命令和控制功能,例如電網監控,LoRa會非常合適。
● NB-IoT/eMTC
NB-IoT/eMTC的比特率比SigFox/LoRa要高,是后者的1000倍。這讓應用開發人員和集成商可以更容易或更靈活地處理更復雜的項目,例如家居安防監控、家庭或老年居家護理解決方案。
eMTC可以利用 1.4MHz帶寬提供高達1Mbps的吞吐量,并支持各種基本功能,例如VoLTE和完全移動性,適合各種各樣的物聯網使用案例,包括資產追蹤器和可穿戴產品。另一方面,NB-IoT可以縮減至極為簡單的結構,面向低吞吐量的延遲應用,例如儀表和傳感器。它在200KHz帶寬下提供僅十幾kbps的數據速率和更廣的覆蓋范圍。此外,NB-IoT可以部署在現有的LTE頻段內、兩個常規LTE載波之間的保護頻段中,或者采用獨立部署模式,為再利用GSM(2G/GPRS)頻譜提供了一個簡單的移植路徑。
眾所周知,NB-IoT/eMTC工作在授權頻段,其特點是網絡安全、標準統一、無污染的頻率、網絡QOS高、運營商級的網絡服務、支持漫游,帶來的缺點就是成本略高;而工作在非授權頻段的Lora/Sigfox等系統,頻率污染較為嚴重、私有化網絡較多、網絡碎片化、缺乏官方背書、安全性較差、網絡服務能力無法保障、漫游時需要合同約束,但其優勢是成本略低。
相應的,考慮到NB-IoT是典型的固定或低速率移動場景下的小數據量上傳,所以在智能抄表、智慧城市中的網絡傳感器應用等具有廣闊前景;eMTC對移動性支持較好,擁有比NB-IoT更高的帶寬,在車聯網、運輸、物流、監控等市場具有較大潛力;而針對非授權頻段的Lora/Sigfox則會在集團業務、運營商網絡建設成本較高,投入回報周期較長的非城鎮、森林、農場、畜牧業等場景下具有先天優勢。
陳凱表示,物聯網需求是非常離散化的業務,至今沒有形成一套標準體系,今天沒有,未來也不會有,很難通過NB-IoT/eMTC兩張網覆蓋所有業務訴求,因為不同物聯網需求對網絡通信的要求也不同。雖然在某種程度上NB-IoT/eMTC與Lora/Sigfox有業務重合,但任何一方都無法打敗另外一方。所以,兩項技術將會長期共存,是一種互補關系。只要在政府政策指導下,兩張網絡將會生存的很好,而且各有優勢和特點。
而在Sam Lucero看來,在其他條件相同的情況下,NB-IoT應該比eMTC稍顯便宜,但eMTC提供略高的數據率、移動性和語音功能(比如CE設備連接)。LoRa和Sigfox使用的是未授權的頻譜,使之可供非運營商部署。LoRa被認為既適合公共網絡,也適合專用(校園)網絡。Sigfox應該是四項技術中最廉價的技術,但只可用作公共網絡技術。
他認為至少在短期(未來五年)內,兩種技術將會共存,因為有如此多不同類型的公司選擇了不同的部署方案。隨著時間的推移,LoRa和eMTC可能會最終勝出,但這也存在高度不確定性。LoRa受益于一個非常大的生態系統,可同時用于公共網絡和專用網絡。而Sigfox基本由一家公司推動,想要使其成為全球網絡,對于這家公司而言是一項非常具有挑戰性的任務。eMTC和NB-IoT則更難說,盡管eMTC比NB-IoT成本略高,但能夠提供更多的特性和功能。
NB-IoT/eMTC部署也得站好隊
與NB-IoT相比,eMTC的部署還存在地區性差異。Sam Lucero提供的信息顯示,盡管許多北美運營商選擇在今年首先部署eMTC,等到明年晚些時候再部署NB-IoT,但大多數運營商可能會選擇同時部署NB-IoT和eMTC;歐洲和亞太地區更傾向于首先部署NB-IoT,不過這些區域的許多運營商最終亦可能選擇部署eMTC。此外,歐洲和亞太地區的一些運營商也在部署LoRa,通常作為eMTC/LoRa部署。Sigfox則非常不同。雖然Telefonica擔任Sigfox連接的轉銷商(差不多與MVNO-Sigfox網絡運營商類似),但大多數SNO都是“替代CSP”或是新進入者。
目前,AT&T和Verizon已經贏得了美國市場,并均已在全國鋪開eMTC;Vodafone和Deutsche Telekom正在歐洲穩步部署NB-IoT,但Vodafone進度較為落后;中國三大運營商都已開始部署NB-IoT,并且中國移動也開始測試eMTC。因此,中國運營商看起來更接近歐洲/亞太地區的總體趨勢,而非北美。
“無論采用何種差異化網絡部署,對產業鏈來說,都存在如何站隊的問題。”陳凱說,中國電信、中國聯通一直受到中移動GPRS網絡的壓制,所以對NB-IoT/eMTC新型物聯網業務的需求更加迫切,聯通會采用900MHZ/1800MHZ雙頻部署覆蓋,電信會在850MHZ頻段覆蓋。由于移動在GPRS網絡上有一定的優勢,所以覆蓋的積極性不是太高,而且可能會采用NB-IoT和eMTC的雙模覆蓋。盡管缺少FDD牌照,不過相信這對移動而言不是太大的問題。他預測在未來大規模商用后,在能滿足成本需求的前提下,全頻段/多模的模組或芯片將會面世,競爭也會更加激烈。對于產業鏈來說,從藍海到紅海的日子不會太久。
馬春奇稱,參照手機市場上的趨勢,如果出現一個同時覆蓋eMTC和NB-IoT的多標準版本時,他并不會感到意外。因為eMTC和NB-IoT是為不同用途而定義的,即使在同一網絡中,也可能需要兩者同時存在。而物聯網以“物”為中心,需要將eMTC/NB-IoT用于一些可能固定在某個位置的“物”。這不同于手機,手機會被人帶往不同地區/國家使用,明顯需要支持多種制式。物聯網需要多標準支持,因為“物”可能被用于不同的應用或不同的環境。制造商并不希望自己的傳感器/網關應用范圍太窄,因此NB-IoT/eMTC的趨勢仍將是多標準。簡單而言,作為客戶,只要好用,他們其實并不關心采用什么標準;作為設計公司或集成商,只要該技術能夠很好地用于自己的解決方案,他們也不在意采用什么標準。世界上有那么多國家/地區和運營商,一個模塊支持多標準勢必將成為趨勢。
楚慶表示,其實,最早支持并大力推廣NB-IoT的是歐洲國家。NB-IoT得到了Vodafone、德國電信、Telefonica等歐洲主流運營商的認可、全球各大標準組織(包括聯合國下屬的ITU及最大的商用標準組織3GPP)的支持,是全球范圍內得到最普遍接受的低功耗廣域物聯網標準。中國已將NB-IoT列為國家標準,工信部發文要求運營商積極推進NB-IoT建設,規劃2020年前部署200萬臺NB-IoT基站。他說,這意味著中國將是世界上首個能夠實現物物連接的徹底智能化國家,此舉將大大提升我國的基礎運行效率,為廣大民眾帶來生活、生產環境智能化的全新體驗,其革命性意義無法估量。
多模是否將成為產業鏈最為推崇的技術模式?
中國移動日前開啟了國內首個eMTC/NB-IoT/GSM多模外場測試,這是否意味著多模將成為未來整個產業鏈最為推崇的技術模式?Sam Lucero給出了肯定的判斷,他預計大多數運營商最終會選擇多模式部署,通常是同步部署NB-IoT + eMTC,或是LoRa + eMTC。關鍵優勢在于增加運營商可服務的可尋址設備和應用程序的數量,并降低運營商選擇某項技術而該項技術后來不受市場歡迎的風險。
陳凱也投了贊成票。他分析稱,從運營商的角度看,多模技術將加快產業鏈的發展,縮短運營商的投入回報周期。但從產業鏈的角度來看,多模勢必會增加成本,這不符合物聯網對成本的極致追求。所以,對于單一的物聯網應用場景(比如水表),擁有較長的使用周期,業務功能相對單一,沒必要使用多模制式技術。但對于應用場景多變的需求,多模勢必會有一些優勢,至少在場景切換、跟隨商業模式變化的物聯網業務中。
圖5中深紅色代表的是Cat-M1技術,它強調的是移動性和較高的數據速率,但其在網絡覆蓋和功耗上遜于Cat-NB1;圖5淺色區域代表的是Cat-NB1技術,該技術在網絡覆蓋、功耗、部署靈活性,以及成本優化方面相較Cat-M1表現更好。Cat-M1和Cat-NB1兩種技術優勢有所不同,因此客戶在選擇應用服務或者網絡部署時,只能根據相關技術優勢進行選擇,要想精準預測未來3年、5年或15年之后所部署的服務和采用的技術,對于客戶來說是很難做到的。
圖6:Cat-M1&NB1雙模提供最優解決方案
但是,試想一下,無論將來運營商是否會對相關網絡、頻段和模式在部署3~5年后進行調整,如果已被部署好的模塊能夠隨時通過升級軟件實現自適應調整,這對于用戶而言將是極大的便利。沈磊說,盡管雙模系統復雜度比單模系統稍高,其模塊和芯片的成本也要高。但事實上,這只是單個模塊和子系統的成本,絕大部分成本來自于系統部署的環節。因此,總體而言,靈活的實用性可以大幅降低重復部署、動工和升級所帶來的成本。
另一方面,這兩個模式也能夠部署在4G LTE頻段上。目前世界各國在規劃部署15~16個Cat-M1和Cat-NB1的頻段,絕大部分是中頻和低頻,這是因為考慮到高頻的穿透性欠佳,而低頻的部署在一直放大。如果有一個模塊同時擁有這兩種技術并支持所有頻段,那么該模塊可以在全球任何應用場景部署。無論未來的網絡制式或頻段如何調整,該模塊仍然可以工作。通過安裝一次可以獲得十年的工作生命周期,并幫助客戶抵消任何不確定性和相關網絡調整的可能性,這筆買賣還是劃算的。
“為什么多模多頻手機受歡迎?因為在總體成本控制上,多模、多頻是有重大優勢的,今后物聯網業務的部署也會遇到同樣的問題。”在沈磊看來,做一款全球多模的模塊,今天可以銷售,三五年后仍然可以銷售,在任何一個國家也都可以銷售。從研發的投入、物料和成品的庫存管理以及銷售的準確性來說,可以令模塊OEM廠商大為放松;對運營商而言,他可以利用雙模多頻的模塊去對這兩種技術進行充分的驗證,從而推測哪個生意模式能夠成功,這對于運營商整體的成本控制是具有戰略意義的改變。
“其實從某種意義上來講,物聯網的多模概念在多數情況下是個偽命題。”楚慶解釋稱,多模概念最早來自于手機,手機用戶有大范圍移動的需要,因此終端必須支持不同國家和地區的通信制式,而各國移動通信發展進度相差很大,有些國家進入了4G時代,有些國家還停留在3G階段,所以手機不得不兼容從2G到4G的所有制式,成本大大提升,給用戶和廠商帶來了很多負擔和麻煩。而物聯網情況則不同:物聯網是一個天然被行業分隔的市場,不同應用、不同客戶的需求迥異,并不存在所謂的通用終端;很多應用的終端是長期靜止的,并沒有業務跨區切換的要求,也就不需要采用多模;同時,由于聯接數量巨大,物聯網將是一個天生成本敏感的市場,大量應用有長期無人值守的要求,用戶對產品功耗也十分敏感。多模必然帶來額外的成本和功耗,是客戶的麻煩和負擔。
核心玩家已經前進到哪里?
鑒于Cat-M1和Cat-NB1優勢互補的融合,高通推出了為Cat-M1和Cat-NB1定制的多模多頻芯片—MDM9206。除支持Cat-M1、Cat-NB1的全球所有頻段外,MDM9206還集成了Cortex A7處理器、大量傳感器接口、GPS/格納洛斯/北斗以及伽利略全球衛星定位系統(GNSS)、語音/VoLTE功能,并支持Linux/Thread操作系統。不久之前,高通與愛立信以及北美運營商AT&T基于Cat-M1進行了LTE語音方面的測試,一個很小的模塊裝在手表中,其語音質量非常高。
在 2017 年世界移動大會·上海展期間,中國聯通與愛立信、Qualcomm聯合宣布在全球范圍首次成功實現基于eMTC(Cat-M1) VoLTE功能的應用演示。中國聯通基于愛立信支持大規模物聯網網絡設備以及集成了MDM9206的物聯網終端設備,共同驗證和展示了Cat-M1 VoLTE 兩個應用場景—火警報警觸發面板以及 GPS 急救追蹤裝置。
稍早之前,高通還與中國移動研究院、摩拜單車展開合作,啟動中國首個eMTC/NB-IoT/GSM(LTE Cat M1/NB1和E-GPRS)多模外場測試。此次外場測試計劃利用中國移動的2G/4G多模網絡,將MDM9206應用在摩拜單車的智能車鎖上。通過MDM9206 LTE IoT調制解調器帶來的LTE連接及集成的全球導航衛星系統定位功能,摩拜單車用戶能夠更加精準地識別可用單車、加快智能鎖開鎖速度,并對單車狀態持續監測、實時管理。
MT2625則是聯發科技(MTK)旗下首款NB-IoT系統單芯片,它將ARM Cortex-M微控制器、偽靜態隨機存儲器(PSRAM)、閃存與電源管理單元集成在同一芯片平臺上,支持3GPP NB-IoT(R13 NB1, R14 NB2)的450MHz-2.1GHz全頻段運作,并整合了一系列豐富的外圍輸入輸出接口,包括安全數字輸入輸出模塊(SDIO)、通用異步收發傳輸器(UART)、I2C傳輸協議、I2S、序列外圍接口(SPI)及脈沖寬度調制(PWM),適合全球范圍內智能家居、物流跟蹤、智能抄表等靜態或移動型物聯網應用。
此外,MTK還與中國移動基于MT2625芯片合作推出了業界最小(16mm×18mm)的NB-IoT通用模組,不但集成了中國移動eSIM卡,還可以接入中國移動自主研發的物聯網開放平臺OneNET,這將有助于降低應用開發門檻,幫助開發者或初創企業輕松實現物聯網設備及應用的開發。
作為專注于ICT業務的公司,華為始終承擔著物聯網實業的鋪路石和管道工的角色,堅持只做貢獻者,堅持開放創新,堅持被集成戰略,開放開源共享商業價值,以謙遜的態度與各產業合作伙伴共創美好的萬物互聯、萬物智能世界。目前,華為在IoT領域提供完備的解決方案,除傳統網絡設備外,還提供統一的業務管理平臺和終端芯片,為運營商的NB-IoT商用部署提供最佳支撐。華為推出了業界首款商用NB-IoT 終端芯片,采用MCU工藝提供超低功耗、RF/BB/MCU/Flash/RAM高集成度SoC芯片,使用開放開源LiteOS操作系統,支持便捷開發和快速物聯網平臺接入。
楚慶特別提到福州市在城市智能化方面走在前列。福州市十分重視發展物聯網產業,從政策聚焦引導到服務環境完善,做了大量工作。福州市政府與華為等各方共同簽署NB-IoT項目合作備忘錄,合力在福州推進完成全國首個NB-IoT實驗局建設和商業化部署,共同打造福建NB-IoT物聯網應用樣板點。目前,福州智慧水務項目已宣布正式啟動規模商用部署,采購30萬臺NB-IoT智能水表,這也是NB-IoT全球第一個批量商用訂單。福建全省水務系統也將改造升級,預計新的更大批量的NB-IoT智能水表訂單將很快下達。未來,福州市還將借助NB-IoT技術推進城市公共設施智能化,包括:水表、氣表、路燈、停車場、智能交通等。
福州市政府與中科院微系統所合作成立了福州物聯網開放實驗室,微系統所的一個完整的技術團隊已經加入該實驗室,實驗室擁有包括華為在內的主要技術及設備供應商的技術支持,建立了從基站到物聯網云的全產業鏈技術開發平臺,向所有第三方開放,并且可以提供包括NB-IoT在內的主要物聯網技術標準的認證服務。圍繞實驗室,包括福州智潤、福州新大陸等一批優秀的本地物聯網企業,共同形成了物聯網產業集群。相信福州必將在物聯網大產業中有所作為。
Qorvo旗下產品組合包含超低功耗無線數據通信控制器芯片,并針對遙控、智能家居網關和終端設備進行了優化,其ZigBee 解決方案可以和NB-IoT/eMTC一起使用,提供家庭護理和老年護理的智能家居解決方案。不久前,其功率放大器模塊RF3628、QM52015和SP4T開關RF1648B被SIMCom(芯訊通)最新推出的業內首款基于高通MDM9206平臺研發的LTE CAT-M1/NB-IoT/EDGE無線通訊模塊SIM7000C所采用。
利爾達則在NB-IoT、LoRa、LORAWAN領域擁有一整套解決方案,可以為用戶提供物聯網業務設計咨詢、架構設計咨詢、物聯網產品ODM、通信模組、嵌入式軟件、云服務、傳感、控制的信息及產品方案服務。“利爾達不僅僅為用戶提供一顆模組,更多的是物聯網全技術鏈的支撐,這是利爾達最核心的價值所在。”陳凱強調稱。
表1:幾種低功耗廣域網標準對比



