蜂窩物聯網如何接管世界

蜂窩物聯網使用與智能手機基本相同的技術將物理設備（如傳感器）連接到互聯網。它們無需創(chuàng)建新的專用網絡來操作您的物聯網設備，而是可以搭載現有的移動網絡。

大多數低功耗設備歷來使用GPRS（通用分組無線電系統(tǒng)），它具有出色的切換能力 - 對于移動設備和基于車輛的實現非常重要 - 以及低數據成本和低功耗。然而，由于GPRS網絡在許多國家/地區(qū)面臨被棄用的問題，因此設計人員和工程師在設計物聯網設備時必須做出前瞻性決策，在蜂窩物聯網的背景下，這意味著主動接受新的LTE標準，而不是被動地接受。

隨著GPRS的關閉，下一代蜂窩物聯網應用通常會遷移到兩種技術之一：LTE-M（機器的長期演進，又名Cat-M1或Cat-M）或NB-IoT（窄帶物聯網，又名LTE CatNB1或LTE-M2）。只有美國、荷蘭、愛爾蘭和澳大利亞擁有全國LTE覆蓋，而GSM在東歐和非洲等地區(qū)是標準的。

過去，人們通常認為通過蜂窩網絡連接高帶寬設備過于昂貴，而低帶寬設備幾乎完全使用GPRS。但是，借助基于標準的低功耗廣域（LPWA技術），蜂窩網絡可以輕松且經濟高效地用于高帶寬和低帶寬設備，從而大大簡化了部署。運營商在部署LPWA網絡方面取得了快速進展，許多運營商現在同時使用LTE-M和NB-IoT版本的LPWA。

物聯網行業(yè)持續(xù)增長 - 一些事實和數據

到2020年底，連接設備將超過300億臺，預計到2025年全球工業(yè)物聯網市場將達到9336.2億美元，高于2016年的1090億美元。

在這些數字中，蜂窩IoT市場預計將從2015年的12億6，000萬美元增長到2022年的53億1，000萬美元，在2016年至2022年的預測期內以23.34%的年復合成長率 （CAGR） 成長。

全球移動運營商愛立信預測，僅通過NB-IoT和LTE-M技術建立的蜂窩物聯網連接數量，到2024年將達到41億。大多數部署、連接和增長將來自東北亞，到2024年，東北亞的總數將達到27億。

蜂窩物聯網的主要優(yōu)勢

蜂窩物聯網的優(yōu)勢很多，包括無處不在的覆蓋范圍、易于部署、更低的支持、硬件和數據成本。

蜂窩設備可以由分銷商或系統(tǒng)集成商在運送給最終客戶之前預先配置，從而能夠開箱即用地連接到網絡，而無需最終用戶配置（例如，設置安全性以連接到Wi-Fi接入點）。

對于蜂窩網絡，基礎設施由蜂窩運營商擁有和管理，而不是最終客戶或產品供應商。這意味著沒有前期基礎設施成本，并降低了支持成本。由于蜂窩連接不依賴于最終用戶管理的基礎設施（Wi-Fi、Zigbee等），因此產品供應商不必為基本連接問題提供“幫助臺”支持服務，并且蜂窩網絡的穩(wěn)健性大大提高了可靠性。

此外，蜂窩模塊成本近年來大幅下降，而數據成本也大幅下降。對于只需要報告少量數據的聯網計算機，連接成本可能低于 1 個月。例如，報告每日庫存的自動售貨機顯然不需要與消費者流式傳輸高清音樂視頻相同的昂貴數據計劃。

從農場到城市：蜂窩物聯網如何交付的示例

基于LTE的蜂窩物聯網為未來提供了廣泛的機會，項目涉及智能農業(yè)、智慧城市和公共安全等領域。

2016年，Telia與設備制造商7Sense在挪威開發(fā)了一個智能農業(yè)試點項目，使用連接的傳感器使農民能夠監(jiān)控堆肥和灌溉系統(tǒng)。7Sense正在尋找NB-IoT，以提供比其他形式的連接更好的覆蓋范圍和電池壽命，并以蜂窩網絡提供的易用性和服務質量為基礎。

智慧城市可能會將物聯網與生活的幾乎每個方面結合起來，而且它們正處于籌備階段。比爾·蓋茨（Bill Gates）2017年在亞利桑那州鳳凰城附近的投資，中東的NEOM以及中國杭州的發(fā)展計劃，顯示出廣泛的全球興趣。洛杉磯市已經完成了一個自動化的交通監(jiān)視和控制系統(tǒng)，旨在預測和減少交通擁堵和污染。倫敦還在試驗污染防治措施，這些措施涉及連接的物聯網傳感器網絡，以及車載傳感器，共同為局部高污染風險提供早期預警。

物聯網連接的資產跟蹤器正被用于實時監(jiān)控校車，以確保它們按計劃進行并確保學生安全。該系統(tǒng)將設計為使用RFID，GPS（全球定位系統(tǒng)）和GPRS技術的組合，以安全和非侵入性的方式監(jiān)控兒童。每個學生都會獲得一張或多張獨特的RFID卡，這些卡將嵌入書包中。由于學生的標簽在進入或離開校車時被安裝在校車上的閱讀器檢測到，因此時間，日期和位置將被記錄并傳輸到安全數據庫。

移動運營商齊心協(xié)力支持蜂窩物聯網

全球的移動運營商正在團結起來支持蜂窩物聯網，盡管在標準和時間尺度方面，采用率差異很大。此次推出部分是為了支持智能計量、智能物流和智能環(huán)境監(jiān)測，同時也作為運營商長期戰(zhàn)略和對5G物聯網標準的承諾的核心組成部分。

在美國，AT&T于2016年在美國推出了第一個商用LTE Cat-M1站點，并于2017年第二季度在全國范圍內推出了LTE Cat-M1服務，并正在測試LTE-M在各種工業(yè)物聯網用例中的應用，與CalAmp合作開發(fā)聯網車輛、車隊和資產管理。 RM2在智能托盤上，Xirgo技術在集裝箱監(jiān)控和資產跟蹤上，百事可樂在智能飲水機上。

在歐洲，Orange于2018年在法國推出了LTE-M網絡，并于2018年底在西班牙和羅馬尼亞確認了進一步的LTE-M網絡;而德國電信正準備在2019年推出其5G就緒的LTE-M技術，加速開發(fā)LTE-M解決方案。

在NB-IoT推廣方面，德國電信和沃達豐集團于2018年6月在歐洲完成了使用NB-IoT的國際漫游試驗。

與此同時，Telia是芬蘭第一家于2018年3月將NB-IoT引入其網絡的運營商。2018年11月，挪威電信將LTE-M與NB-IoT一起引入挪威網絡，德國電信承諾在2019年年中將LTE-M引入歐洲。

標準仍然支離破碎

移動物聯網網絡由3GPP標準化，旨在支持低成本，使用低數據速率，需要長電池壽命并且通常在遠程和難以到達的位置運行的蜂窩物聯網應用，例如工業(yè)資產跟蹤，安全監(jiān)控或水和燃氣計量。截至2018年12月，全球已有44家移動運營商推出了83個商用移動物聯網網絡，包括NB-IoT和LTE-M技術。根據GSMA智能的預測，到2025年將有31億個蜂窩物聯網連接，其中包括18億個許可的LPWA連接。

美國無線巨頭Verizon與包括塞泉、泰利特、U-Blox、塞拉利昂無線、金雅拓、高通科技和Altair在內的行業(yè)領導者合作，創(chuàng)建了Cat-M1，這是一種專為物聯網應用而設計的LTE網絡/芯片組，特別是通過特別節(jié)儉的電源。根據Verizon的說法，Cat-M1消耗更少的功率，配備了改進的電池，并支持從水監(jiān)測系統(tǒng)到資產跟蹤器和消費電子產品的所有內容。然而，Verizon于2017年推出了Cat-M1，物聯網平臺才剛剛開始提供Cat-M1作為蜂窩產品。

Cat-M1通常被視為為物聯網應用構建的第二代LTE芯片，并且具有與現有LTE網絡兼容的真正關鍵優(yōu)勢。對于Verizon和AT&T等運營商來說，這是個好消息，因為他們不必花錢來建造新的天線，盡管將Cat-M網狀到LTE網絡中需要一個軟件補丁。然而，可以肯定的是，5G和LTE技術將共存到2020年代，因此Cat-M的向后兼容性是一個獎勵。

NB-物聯網的目標與Cat-M1的目標相似;但是，它使用DSSS調制而不是LTE無線電。因此，NB-IoT不在LTE頻段運行，這意味著提供商部署NB-IoT的前期成本更高。

CAT-M1和NB-IoT都在積極追求成為物聯網產品事實上的連接解決方案。NB-IoT的主要缺點是它最初是為計量等靜態(tài)應用而設計的，因此它不能很好地處理移動性，并且還可能遭受延遲問題。從積極的一面來看，NB-IoT調制解調器的功率要求較低，并且可能比Cat-M1具有更低的單位成本。

Altair 半導體分析了三個關鍵 KPI，包括覆蓋范圍、成本和功耗。雖然市場認為NB-IoT在這些KPI方面比CAT-M1具有明顯的優(yōu)勢，但該公司得出結論，CAT-M1實際上在覆蓋范圍和功率方面具有優(yōu)勢，與NB-IoT相比，成本劣勢很小。

雙頻或三頻作為臨時解決方案

在接下來的幾年里，成千上萬的企業(yè)將設計新產品，以利用蜂窩物聯網帶來的機遇。求助于RF專家可以幫助克服這一挑戰(zhàn)，特別是在導航雙模芯片組時，這些芯片組允許設備制造商構建用于全球部署的單一產品。

泰利特、烏布洛克斯、塞拉利昂無線、金雅拓和奎克特爾等供應商只是少數幾家正在推出解決方案以利用蜂窩物聯網市場的調制解調器提供商。

催化劑：5G是市場顛覆者嗎？

雖然5G是開發(fā)新一代更好、更具可擴展性的物聯網服務的主要因素，但物聯網產品的廣泛5G部署不太可能很快。鑒于蜂窩網絡的建立速度，5G網絡需要一段時間才能普及到足以推出全球物聯網產品，并且假設5G是一個固定的標準。

NB-IoT和LTE-M通常被視為5G連接預期的超快移動速度的次要因素，NB-IoT和LTE-M1都定義了網絡類別，這些類別本質上旨在使更多設備在線，但通常具有較低的連接標準。但GSMA的報告“5G背景下的NB-IoT和LTE-M”認為，這些類別將有助于推動“大規(guī)模物聯網”的發(fā)展，指的是更廣泛的物聯網，其中5G將成為核心基礎設施組件。

正如GSMA首席技術官Alex Sinclair在報告摘要中解釋的那樣，雖然5G當然主要與超高速移動連接有關，但“它也將服務于各種用例，這些用例通常具有截然相反的要求，例如低數據速率和長電池壽命，就像移動物聯網的情況一樣。這就是為什么今天已經成型的獲得許可的NB-IoT和LTE-M網絡“將繼續(xù)成為我們5G未來的基本組成部分，迎來一個大規(guī)模物聯網時代。

簡而言之，Cat-M1和NB-IoT的漸進式改進將繼續(xù)降低未來和遠期物聯網應用的成本并降低功率要求。產品創(chuàng)造者應該把注意力轉向LTE，如果他們想在未來10年多的時間里不受干擾地工作。

決定時間 - 你應該選擇哪個？

一如既往，沒有一個答案。這兩種技術都具有顯著的優(yōu)勢，具體取決于部署的范圍和細節(jié)。當然，地理部署將在這一決定中發(fā)揮至關重要的作用，但由于我們處于這個市場的早期階段，這是一個移動的目標。

對于低數據速率應用，移動性確實是LTE-M和NB-IoT之間的突出區(qū)別，LTE-M允許小區(qū)切換，而NB-IoT則不允許，因此更適合靜態(tài)用例。NB-IoT很可能在功率和成本方面更加節(jié)儉，盡管后者尚不清楚。

幸運的是，模塊供應商已經采取措施來緩解這種潛在的不確定性，生產的調制解調器設計既可以做LTE，也可以在需要時回退到GPRS。該選項提供了最佳的電流配置，并允許在市場穩(wěn)定下來后，以后安裝僅LTE版本的成本降低選項。

總體而言，蜂窩物聯網市場在標準方面處于顯著的波動狀態(tài)，正如我們過去所看到的那樣，在一個或另一個上進行批發(fā)押注是一種風險。在可能的情況下，選擇能夠覆蓋最廣泛選項的自適應調制解調器是短期內最安全的面向未來的策略，盡管成本最高。幸運的是，在中期，競爭標準將大大成熟，未來的知名度將大大提高。..。..

審核編輯：郭婷