NB-IoT蜂窩窄帶物聯網概念
阿新 • • 發佈：2019-01-01
NB-IoT
編輯
- 基於蜂窩網路的窄帶物聯網
- Narrow Band Internet of Things, NB-IoT
NB-IOT的概述
編輯對於物聯網標準的發展，華為的推進最早。2014年5月，華為提出了窄帶技術NB M2M；2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIOT；7月份，NB-LTE跟NB-CIOT進一步融合形成NB-IOT；預計NB-IOT標準會在3GPP R13出現，並於2016年6月份凍結。[3]此前，相對於愛立信、諾基亞和英特爾推動的NB-LTE，華為更注重構建NB-CIOT的生態系統，包括高通、沃達豐、德國電信、中國移動、中國聯通、Bell等主流運營商、晶片商及裝置系統產業鏈上下游均加入了該陣營。基於蜂窩的窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成為萬物網際網路絡的一個重要分支。NB-IoT構建於蜂窩網路，只消耗大約180KHz的頻寬，可直接部署於GSM網路、UMTS網路或LTE網路，以降低部署成本、實現平滑升級。NB-IOT聚焦於低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯網（IoT）市場，是一種可在全球範圍內廣泛應用的新興技術。具有覆蓋廣、連線多、速率低、成本低、功耗低、架構優等特點。 NB-IOT使用License頻段，可採取帶內、保護帶或獨立載波等三種部署方式，與現有
NB-IoT應用場景(4張)NB-IOT的前景與優勢
編輯行動通訊正在從人和人的連線，向人與物以及物與物的連線邁進，萬物互聯是必然趨勢。然而當前的4G網路在物與物連線上能力不足。事實上，相比藍芽、ZigBee等短距離通訊技術，移動蜂窩網路具備廣覆蓋、可移動以及大連線數等特性，能夠帶來更加豐富的應用場景，理應成為物聯網的主要連線技術。作為LTE的演進型技術，4.5G除了具有高達1Gbps的峰值速率，還意味著基於蜂窩物聯網的更多連線數，支援海量M2M連線以及更低時延，將助推高清視訊、VoLTE以及物聯網等應用快速普及。蜂窩物聯網正在開啟一個前所未有的廣闊市場。對於電信運營商而言，車聯網、智慧醫療、智慧家居等物聯網應用將產生海量連線，遠遠超過人與人之間的通訊需求。NB-IoT具備四大特點：一是廣覆蓋，將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網路增益20dB，相當於提升了100倍覆蓋區域的能力；二是具備支撐海量連線的能力，NB-IoT一個扇區能夠支援10萬個連線，支援低延時敏感度、超低的裝置成本、低裝置功耗和優化的網路架構；三是更低功耗，NB-IoT終端模組的待機時間可長達10年；四是更低的模組成本，企業預期的單個接連模組不超過5美元。[1]
NB-IoT讓世界萬聯(4張)NB-IOT的需求與發展
編輯隨著智慧城市、大資料時代的來臨，無線通訊將實現萬物連線。很多企業預計未來全球物聯網連線數將是千億級的時代。目前已經出現了大量物與物的聯接， 然而這些聯接大多通過藍芽、Wi-Fi等短距通訊技術承載，但非運營商行動網路。為了滿足不同物聯網業務需求，根據物聯網業務特徵和行動通訊網路特點，3GPP根據窄帶業務應用場景開展了增強行動通訊網路功能的技術研究以適應蓬勃發展的物聯網業務需求。我們正進入萬物互聯(IoT)的時代，這對於整個行動通訊產業來說是一個巨大的機會。這一點在MWC2016上展露無疑。無論是運營商大咖，還是裝置商巨頭，紛紛展示了完整的物聯網解決方案和在不同垂直行業的應用。[5]當然，實現這一切的基礎，是要有無處不在的網路聯接。運營商的網路是全球覆蓋最為廣泛的網路，因此在接入能力上有獨特的優勢。然而，一個不容忽視的現實情況是，真正承載到行動網路上的物與物聯接只佔到聯接總數的10%，大部分的物與物聯接通過藍芽、WiFi等技術來承載。為此，產業鏈從幾年前就開始研究利用窄帶LTE技術來承載IoT聯接。歷經幾次更名和技術演進，2015年9月，3GPP正式將這一技術命名為NB-IoT。MWC2016上，NB-IoT首次亮相，受到矚目，運營商和裝置商紛紛為其站臺和背書。華為無線網路產品線首席戰略官餘泉在接受《通訊產業報》(網)採訪時表示：“NB-IoT是蜂窩網路產業應對萬物互聯的一個重要機會。我們非常看好NB-IoT的商用前景，推薦將其作為物聯網聯接技術的首要選擇。”他向記者闡釋了NB-IoT的商業和技術優勢。從商業層面上來講，截至目前，蜂窩網路覆蓋了全球超過50%的地理面積，90%的人口，是一張覆蓋最為完整的網路。 從技術層面上來講，NB-IoT有4大技術優勢。首先是覆蓋廣，相比傳統GSM，一個基站可以提供10倍的面積覆蓋;其次是海量連線，200KHz的頻寬可以提供10萬個聯接;第三是低功耗，使用AA電池便可以工作十年，無需充電;第四是低成本，模組成本小於5美金。此前，華為曾向記者算了一筆賬，假設全球有500萬左右物理站點，全部部署NB-IoT，每個站3個扇區、每個扇區部署200kHz、每小時每個感測器傳送100個位元組，那麼全球站點能夠聯接的感測器數量高達4500億。據瞭解，NB-IoT可以廣泛應用於多種垂直行業，如遠端抄表、資產跟蹤、智慧停車、智慧農業等。隨著3GPP標準的首個版本在6月份釋出，將有一批測試網路和小規模商用網路出現。NB-IoT將在多個低功耗廣域網技術中脫穎而出。“NB-IoT在歐洲和乃至全球都呈現出巨大的發展機遇。到2020年IoT全部產業鏈價值有望達到3萬億歐元，包括全產業鏈上下游，如網路連線、資料處理、平臺應用、商業合作等。”餘泉表示，華為已經做好在2016年完成NB-IoT商用的準備。[6]華為輪值CEO胡厚昆在2015全球移動寬頻論壇上發表主題演講時指出，移動運營商需要立即採取行動，搶佔快速增長的物聯網市場份額。目前，運營商雖然在可接入性方面擁有獨特優勢，但是許多其它技術，如ZigBee、藍芽和內建WiFi也在迅速發展，運營商必須與垂直行業展開激烈競爭。胡厚昆強調，必須迅速制定統一的物聯網標準，以推動跨行業發展。沃達豐集團研發主管Luke Ibbetson對此表示贊同。他指出，目前80%-90%的物聯網裝置由低功耗的室內系統連線，餘下的裝置則由蜂窩網路連線。很多人認為，新出現的LPWA（低功耗廣域）技術成本低，覆蓋又廣，將為移動運營商發展物聯網帶來良機。不過，Ibbetson指出：“我們目前還沒有為客戶開發出合適的解決方案，因此仍然面臨巨大壓力。”
轉向窄帶物聯網
對於LPWA網路所用到的窄帶物聯網（NB-IoT），運營商業已達成共識，應使用授權頻譜，採用帶內、防護頻帶獨立部署。這一新興技術可以提供廣域網路覆蓋，旨在為吞吐量、成本、能耗都很低的海量物聯網裝置提供支撐。2015年11月，數家全球主流運營商聯合裝置商、晶片廠商和相關國際組織，在香港舉辦NB-IoT論壇籌備會，旨在加速窄帶物聯網生態系統的發展，成員包括中國移動、中國聯通、Etisalat、LG Uplus、義大利電信、Telefonica、沃達豐、GSMA、GTI、華為、愛立信、諾基亞、高通和英特爾。六家運營商成員還宣佈，將在全球成立六個窄帶物聯網開放實驗室，聚焦窄帶物聯網業務創新、行業發展、互操作性測試和產品相容驗證。
目前，運營商已經在客戶中展開預標準NB-IoT技術試點工作。例如，德國電信和沃達豐已經採取行動，利用現有基站進行預部署試點，預計試商用部署在2016年下半年進行，正式商用將從2017年初開始。
沃達豐的Ibbetson表示，對3GPP標準的整合充滿信心，但他也指出這一過程緩慢而艱難。“希望窄帶物聯網能在2016年3月份前成為獨立標準，同時我們需要儘快決定使用哪個頻段。”
華為也希望相關標準能儘快得到確認，這樣行業才能啟動大規模的物聯網部署。胡厚昆指出：“華為在技術方面已經準備就緒，希望能儘快抓住窄帶物聯網的機遇。”
窄帶物聯網具有四大優勢：電池壽命長（超過十年）、成本低（每個模組不足5美元）、容量大（單個小區能支援10萬連線）、覆蓋廣（能覆蓋到地下）。
Ibbetson認為：“如果產業鏈不能將單模組成本降到兩三美元以下，實現大規模應用，NB-IoT市場就做不起來。我們需要從全域性角度出發，以極低的成本將物聯網模組嵌入裝置中。”
胡厚昆也認為，要想刺激NB-IoT大規模發展，通訊模組成本必須低於5美元。如果成本降到1美元以內，則會帶來爆發式增長。
即將步入爆發期
隨著網路連線、雲服務、大資料分析和低成本感測器等所有核心技術的就緒，物聯網已經從萌芽期步入迅速發展的階段，大多數分析師對此都表示認可。埃森哲亞太區高科技和電子產業主管David Sovie指出，每個CIO都應儘快制定物聯網發展策略，否則將會在競爭中落敗。IBM研究院物聯網全球戰略計劃主管Wei Sun表示，IBM各行各業的大客戶都在探索物聯網產品和服務。
越來越多的行業已經在使用物聯網技術提高效率，提升客戶滿意度並降低運營成本。例如，汽車零部件、家用電器及安全系統製造商博世已經將很多產品線連線起來，並從移動互聯技術，尤其是車聯網領域的崛起中直接獲益。
在醫療領域，飛利浦已經開發了多款電子醫療應用，包括一款供慢性病患者使用的貼片。該貼片使用感測器實時收集患者健康資料，並傳輸到雲平臺，醫護人員可以對資料進行監控，並適時採取醫療干預措施。
飛利浦數字加速器專案主管Alberto Prado指出，裝置和系統的互操作性是數字醫療行業崛起的關鍵。隨著協作護理模式日益盛行，未來的醫療必然將整合所有資源，並以主動預防為主。
為了迎接物聯網領域的巨大機遇，整個產業不僅需要推動技術創新，還需要推動商業模式創新和跨行業協作。由於用例、應用和商業模式紛繁多樣，物聯網市場將比移動市場更加碎片化。
胡厚昆表示：“這將有賴於產業鏈上不同的利益相關者精誠合作。在物聯網時代，運營商需要將關注的重點由管理技術擴充套件至管理整個生態系統。整個行業正處在緊要關頭，運營商需要立即行動起來，抓住這一新的藍海機遇。”[4]
NB-IoT亟需開放的平臺
“NB-IoT產業生態系統正在快速成長，它更需要運營商與IoT相關產業參與者精誠合作，攜手共進。”談及NB-IoT落地的挑戰，餘泉介紹。就在MWC2016舉辦前一天，GSMA聯合企業各方舉辦全球首屆NB-IoT峰會，並在會上成立NB-IoT forum。該聯盟成員包括全球主流運營商、網路裝置廠家以及主要晶片模組廠家等諸多產業鏈企業。餘泉強調，有超過20家垂直行業企業參加了此次峰會，這是非常可喜的開端。“當然垂直行業供應商可能不是幾十家，而是幾千家，業界還有很多的工作要做。”餘泉以智慧抄錶行業為例表示，目前家庭擁有水錶、電錶、煤氣表以及暖氣表等很多表，這些背後的企業很多。如此多的參與方，會出現大量協同方面的問題，業界需要一個開放的平臺加速產業的前進步伐。而且，新標準制定需要開放平臺去推動。對此，諸多運營商聯合包括華為在內的電信裝置商一起搭建了Open Lab。據悉，藉助Open Lab，垂直行業廠家就能很輕鬆地在實際現網上驗證自身的物聯網應用、網路以及商業模式。
2016年是NB-IoT產業關鍵年
“NB-IoT標準預計在今年6月完成。”餘泉表示，這體現NB-IoT進入了發展的關鍵一年。據悉，隨著3GPP標準在6月份凍結，經過市場的洗禮後，NB-IoT會在LPWA市場的多個技術競爭中脫穎而出，成為領先運營商的最佳選擇。同時2016年也將成為NB-IoT的商用元年。今年將有很多晶片廠家和模組廠家支援NB-IoT發展。在網路方面，華為計劃在今年下半年推出支援NB-IoT的系統。而許多其他網路裝置供應商也計劃在今年實現對NB-IoT的支援。運營商在發展NB-IoT方面表現的十分迫切。“即使產業已經盡力最大努力，促進NB-IoT快速發展，但運營商還是認為發展進度不夠快，給了供應商很大壓力。”餘泉透露。垂直行業也提出了他們對技術的要求：終端電池壽命要達到10年以上，安全性必須完全滿足，且今年要能夠商用。使用者案例是NB-IoT或者說蜂窩物聯網要成功非常關鍵的一點。現在藉助Open Lab，業界已經討論如何去使能更多的使用者案例。目前智慧停車、智慧水錶、智慧追蹤等使用者案例已經完成實驗室驗證。“預計今年下半年就會有NB-IoT商用的網路，明年將會規模部署，這是我們整個產業的大概期望。”餘泉表示。對於NB-IoT發展的挑戰，餘泉表示萬事開頭難，但蜂窩產業發展幾十年，擁有開放合作的傳統，才能達到今天的成就。“我相信NB-IoT產業也會重複這樣的開放合作，為運營商、垂直客戶帶來新的商業成功，同時對整個社會，對整個的經濟起到非常好的促進作用。”餘泉介紹。助運營商開啟百億聯接市場
據悉，當前只有10%的IoT應用是基於蜂窩網路的，蜂窩網路具備覆蓋優勢和成本優勢，華為已經做好了在2016年內完成商用的準備。華為方面表示，華為在IoT市場最關鍵的一步就是“幫助運營商開啟一個百億聯接市場”。同時，在GSMA NB-IoT Forum的倡導之下，華為與運營商共同建立開發實驗室，加強企業間合作。目前，華為已與中國移動、阿聯酋電信、LG Uplus、上海聯通、義大利電信和沃達豐在全球成立六個NB-IoT開放實驗室，專注於NB-IoT的聯合創新、產業發展、整合驗證，探索全新的商用案例與商業模式，並將成果整個行業。據瞭解，華為與移動運營商沃達豐將聯手建立NB-IoT開放實驗室，以推動NB-IoT技術的發展和推廣。使用預標準NB-IoT技術的NB-IoT開放實驗室將研究網路解決方案驗證、新應用創新、裝置整合、業務模式研究以及產品合格驗證等。[5]NB-IoT規模化商用在即
2016年6月16日,在韓國釜山召開的3GPPRAN全會第七十二次會議上，NB-IoT作為大會的一項重要議題,其對應的3GPP協議相關內容獲得了RAN全會批准,標誌著受無線產業廣泛支援的NB-IoT標準核心協議的相關研究全部完成。標準化工作的成功完成也標誌著NB-IoT即將進入規模商用階段，物聯網產業發展蓄勢待發。隨著標準的凍結，將有更多的產業鏈企業加入NB-IoT陣營，這將促使NB-IoT迅速規模化商用。NB-IoT的商用也將構建全球最大的蜂窩物聯網生態系統。如此一來，2016年下半年將湧現出更多的商業應用已是鐵板釘釘。窄帶物聯網巨大的“藍海”市場已經開啟，並將在未來出現爆炸式增長。據GSMA預測，到2020年全球互聯裝置將會到達270億，其中100億為移動連線裝置。[7]ofo小黃車推動NB-IoT首次大規模商用
編輯2017年7月13日，ofo小黃車與中國電信、華為共同宣佈，三家聯合研發的NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯網）“物聯網智慧鎖”全面啟動商用。[8] 據瞭解，在此次三方合作中，ofo負責智慧鎖裝置開發，中國電信負責提供NB-IoT物聯網的商用網路、華為負責晶片方面的服務。此前ofo已經開始使用這款物聯網智慧鎖，而此次將啟動全面的商用。[9]三家聯手打造的支援NB-IoT技術的智慧鎖系統具備三大特點：首先是覆蓋更廣，NB-IoT訊號穿牆性遠遠超過現有的網路，即使使用者深處地下停車場，也能利用NB-IoT技術順利開關鎖，同時可通過資料傳輸實現“隨機密碼”；其次是可以連線更多裝置，NB-IoT技術比傳統行動通訊網路連線能力高出100倍以上，也就是說，同一基站可以連線更多的ofo物聯網智慧鎖裝置，避免掉線情況；三是更低功耗，NB-IoT裝置的待機時間在現有電池無需充電的情況下可使用2-3年，並改變了此前使用者邊騎車邊發電的狀況。[10-11]上海聯通打造全球首個NB-IOT樣板
編輯2010年起，上海聯通率先開展了以使用者感知為導向的“全業務服務體系”建設，實現企業發展的“雙輪驅動模式”，以“發展”為前輪，快速擴充套件市場；以“服務”為後輪，糾偏平衡確保企業發展。五年時間，上海聯通取得了收入翻番、利潤翻番、使用者規模翻番、網路規模翻番、客戶滿意度逐年提升的優秀成績。[12]然而，轉型壓力仍然巨大。上海市的行動通訊市場已經是一個完全飽和的市場，人口紅利已近消失。更多是深挖存量市場、維護現有使用者，在優質的移動寬頻網路下為使用者提供更加豐富多彩的優質內容，培養流量使用習慣。在集團層面，網路創新轉型一直以來也是極為重要的課題，曾明確提出“網路創新轉型不能再是單獨的就網路說網路，必須要能支撐市場業務或者支撐模式創新”。今年2月，上海聯通運維部與集客部在對於網路創新轉型進行了一系列的探討，將方向定在了萬物互聯上。萬物互聯大幅增長對網路的壓力是什麼？上海聯通相關負責人告訴C114，當時主要考慮的是連線數。物的連線增長沒有歷史資料、範圍又廣，無法預估，如遇突發情況，信令連線會“爆掉”。出於這一考慮，上海聯通與眾多合作伙伴進行了深入的交流，當時NB-IOT的前身LTE-M（C114注：今年9月由國際電聯正式命名為NB-IOT）進入其視線。LTE-M可以有效解決物聯網方面的問題，且後續有著良好發展前景，上海聯通最終以此為基礎，攜手合作夥伴在位於金橋的寧橋路機房進行部署。然而，4.5G有什麼業務可作切入？在對眾多行業進行考量後，雙方於4月確定先從兩個業務入手，分別是智慧停車和智慧水錶。這兩個業務從晶片成熟度一直到下游合作廠商整個產業鏈相對比較成熟，具有良好的持續性。業務確定後就進入了馬不停蹄的快速建設中，5月、6月，趕在7月亞洲移動大會·上海站之前正式上線，並在大會上隆重展示。上海聯通在寧橋路的兩個停車場，共計20多個停車位，全部安裝了帶有4.5G NB-IOT晶片和一個地磁感應晶片的監測器，資料先傳輸到5樓的基站、再傳到1樓的創新孵化基地，通過機房的集中管理平臺實現更加智慧的停車功能。與傳統的停車方案相比，智慧停車業務改變了需通過中繼閘道器收集資訊再反饋給基站所存在的複雜網路部署、多網路組網、高成本、大容量電池等諸多問題，可以實現整個城市一張網，便於維護和管理，與物業分離更易定址安裝等優勢。當前抄表方案存在著深度覆蓋差、功耗大、成本高的挑戰。而智慧水錶業務通過在水箱裡面整合一塊帶有特殊晶片的電路板，不但可以實現更為精準的抄表資料傳輸，更可以智慧監測控制水箱開關，凸顯了NB-IOT技術在覆蓋增強方面的優勢。擁抱萬物互聯 構建共贏生態中國聯通將智慧城市的試驗基地紮根在上海，上海成為其探索智慧交通生活的前沿陣地。而上海聯通早在2011年就開始發展物聯網業務，其中最為突出的便是車聯網應用。上海聯通打造了多項智慧“沃”交通的整體解決方案，從資料通訊傳輸能力的提供者到車聯網（Telematics）及相關服務的提供者，從傳統業務平臺的提供者到資訊平臺，乃至商務平臺的系統整合者，各個領域均有不少成功案例。無論是寶馬的“互聯駕駛”、巴士公司的“智慧出租”，還是116114的“一鍵導航”，上海聯通皆交出了一份出色答卷。作為寶馬“互聯駕駛”的一級供應商，中國聯通一方面為寶馬公司提供基礎的3G行動通訊服務（MNO）；另一方面，整合自身資訊服務能力和寶馬的其他供應商的專業能力，共同提供Telematisc服務平臺系統整合（TSSP）、呼叫中心（CallCenter）和資訊內容服務（Content）等整合的汽車資訊化服務。這是中國運營商第一次以整體服務提供商的角色參與車廠前裝車載資訊服務（Telematics）專案。據前述負責人介紹，到今年為止，上海聯通物聯網使用者已經突破了100萬（卡），其中4成是3G，主要是車載物聯網；6成是2G，包括POS機、小區儲物櫃等。未來3-5年間，其物聯網連線數量預計將有百倍規模增長。上海聯通希望“網路創新可以更好地適應萬物互聯時代到來”，前臺部門、網路建設維護部門都將參與到這個領域中來。
全球首個NB-IOT樣板如何打造(3張) [12]華為聯手沃達豐建立NB-IoT開放實驗室
編輯2016年2月22日,華為與移動運營商沃達豐將聯手建立NB-IoT開放實驗室，以推動NB-IoT技術的發展和推廣。[13]使用預標準NB-IoT技術的NB-IoT開放實驗室將研究網路解決方案驗證、新應用創新、裝置整合、業務模式研究以及產品合格驗證等。沃達豐集團研發總監兼NB-IoT論壇主席LukeIbbetson表示：“隨著該技術在即將到來的2017年初實現商業部署，與開發商和解決方案提供商共同構建一個生態系統將變得至關重要。”
NB-IoT技術將通過更加有效地連線需要較長電池壽命的物件從而擴大物聯網（IoT）的應用。預計在2016年底或2017年初出現第一批由NB-IoT技術連線的裝置。
沃達豐與華為將該技術融入現有位於西班牙的行動網路，然後將首個預標準NB-IoT資訊傳送至安裝在水錶中的u-blox模組。
該試驗將被併入NB-IoT開放實驗室聯合會。[13]