蜂窩物聯(lián)網(wǎng)如何接管世界

借助基于標準的低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以輕松且經(jīng)濟高效地用于高帶寬和低帶寬設(shè)備，從而大大簡化部署。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)使用與智能手機基本相同的技術(shù)將物理設(shè)備（如傳感器）連接到互聯(lián)網(wǎng)。它們不需要創(chuàng)建新的專用網(wǎng)絡(luò)來操作您的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，而是可以搭載現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)。

大多數(shù)低功耗設(shè)備歷來使用GPRS（通用分組無線電系統(tǒng)），該系統(tǒng)具有出色的切換能力 - 對于移動設(shè)備和基于車輛的實施非常重要 - 以及低數(shù)據(jù)成本和低功耗。然而，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)在許多國家面臨棄用，設(shè)計師和工程師在設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時必須做出前瞻性決策，在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的背景下，這意味著主動接受新的LTE標準，而不是被動地。

隨著GPRS的關(guān)閉，下一代蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常會遷移到兩種技術(shù)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(lián)網(wǎng)，又名LTE CatNB1或LTE-M2）。只有美國、荷蘭、愛爾蘭和澳大利亞有全國性的LTE覆蓋，而GSM是東歐和非洲等地區(qū)的標準配置。

過去，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接高帶寬設(shè)備通常被認為過于昂貴，而低帶寬設(shè)備幾乎只使用 GPRS。但是，借助基于標準的低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以輕松且經(jīng)濟高效地用于高帶寬和低帶寬設(shè)備，從而大大簡化部署。運營商在部署LPWA網(wǎng)絡(luò)方面取得了快速進展，許多運營商現(xiàn)在同時使用LTE-M和NB-IoT版本的LPWA。

物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)持續(xù)增長——一些事實和數(shù)據(jù)

預計到2020年底，將有超過300億臺連接設(shè)備，預計到2025年，全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場將從2016年的1090億美元增加到9336.2億美元。

在這些數(shù)字中，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場預計將從2015年的12.6億美元增長到2022年的53.1億美元，在2016年至2022年的預測期內(nèi)的復合年增長率為23.34%。

全球移動運營商愛立信預測，到2024年，僅通過NB-IoT和LTE-M技術(shù)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量將達到41億。大多數(shù)部署、連接和增長將來自東北亞，到 2024 年，東北亞的總數(shù)將達到 27 億。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的主要優(yōu)勢

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)成本。

蜂窩設(shè)備可以由分銷商或系統(tǒng)集成商在發(fā)貨給最終客戶之前預先配置，從而開箱即用地連接到網(wǎng)絡(luò)，無需最終用戶配置（例如，設(shè)置安全性以連接到 Wi-Fi 接入點）。

使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)設(shè)施由蜂窩運營商擁有和管理，而不是最終客戶或產(chǎn)品供應(yīng)商。這意味著沒有前期基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)施（Wi-Fi、Zigbee 等），因此產(chǎn)品供應(yīng)商不必為基本連接問題提供“幫助臺”支持服務(wù)，并且蜂窩網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性大大提高了可靠性。

此外，近年來蜂窩模塊成本大幅下降，數(shù)據(jù)成本也大幅下降。對于只需要報告少量數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)機器，連接費用可能低于 1 英鎊。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(shù)據(jù)計劃。

從農(nóng)場到城市：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)如何交付的示例

基于LTE的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)為未來提供了廣泛的機會，項目涉及智能農(nóng)業(yè)、智慧城市和公共安全等領(lǐng)域。

2016年，Telia與設(shè)備制造商7Sense在挪威開發(fā)了一個智能農(nóng)業(yè)試點項目，使用連接的傳感器使農(nóng)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(wǎng)絡(luò)提供的易用性和服務(wù)質(zhì)量為基礎(chǔ)。

智慧城市有可能將物聯(lián)網(wǎng)與生活的幾乎每個方面結(jié)合起來，而且它們正在醞釀之中。比爾·蓋茨 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(jīng)完成了一個自動化的交通監(jiān)控和控制系統(tǒng)，旨在預測和減少交通擁堵和污染。倫敦還在試驗污染對策，這些措施涉及連接的物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，以及車載傳感器，共同提供局部高污染風險的早期預警。

物聯(lián)網(wǎng)連接的資產(chǎn)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的安全。該系統(tǒng)旨在結(jié)合RFID、GPS（全球定位系統(tǒng)）和GPRS技術(shù)，以安全和非侵入性的方式監(jiān)測兒童。每個學生都會獲得一張或多張獨特的RFID卡，這些卡將嵌入到書包中。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?shù)桨踩珨?shù)據(jù)庫。

移動運營商團結(jié)起來支持蜂窩物聯(lián)網(wǎng)

全球的移動運營商都在團結(jié)起來支持蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，盡管在標準和時間表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，同時也是運營商長期戰(zhàn)略和對5G物聯(lián)網(wǎng)標準承諾的核心組成部分。

在美國，AT&T于2016年在美國推出了首個商用LTE Cat-M1站點，并于2017年第二季度在全國范圍內(nèi)推出了LTE Cat-M1服務(wù)，并正在測試LTE-M在各種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例中的使用，與CalAmp在聯(lián)網(wǎng)車輛、車隊和資產(chǎn)管理方面合作， 智能托盤RM2，集裝箱監(jiān)控和資產(chǎn)跟蹤Xirgo Technologies，智能飲料噴泉百事可樂。

在歐洲，Orange于2018年在法國推出了LTE-M網(wǎng)絡(luò)，并于2018年底確認在西班牙和羅馬尼亞進一步建立LTE-M網(wǎng)絡(luò);而德國電信正準備在2019年推出其5G就緒的LTE-M技術(shù)，并加速開發(fā)LTE-M解決方案。

在NB-IoT推出方面，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于2018年3月成為芬蘭第一家將NB-IoT引入其網(wǎng)絡(luò)的運營商;Telenor于2018年11月將LTE-M與NB-IoT一起引入挪威網(wǎng)絡(luò)，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(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)由 3GPP 標準化，旨在支持低成本、使用低數(shù)據(jù)速率、需要長電池壽命且通常在偏遠和難以到達的位置運行的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如工業(yè)資產(chǎn)跟蹤、安全監(jiān)控或水和燃氣計量。截至2018年12月，44家移動運營商已在全球推出83個商用移動物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，采用NB-IoT和LTE-M技術(shù)。根據(jù)GSMA Intelligence的預測，到2025年，將有31億個蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接，其中包括18億個授權(quán)的LPWA連接。

美國無線巨頭Verizon與Sequans，Telit，U-Blox，Sierra Wireless，Gemalto，Qualcomm Technologies和Altair等行業(yè)領(lǐng)導者合作，創(chuàng)建了Cat-M1，這是一種專為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計的LTE網(wǎng)絡(luò)/芯片組，特別是在功耗方面特別節(jié)儉。根據(jù)Verizon的說法，Cat-M1消耗更少的電力，配備了改進的電池，并支持從水監(jiān)測系統(tǒng)到資產(chǎn)跟蹤器和消費電子產(chǎn)品的所有內(nèi)容。然而，Verizon在2017年推出了Cat-M1，物聯(lián)網(wǎng)平臺才剛剛開始提供Cat-M1作為蜂窩產(chǎn)品。

Cat-M1通常被視為為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用構(gòu)建的第二代LTE芯片，其真正的關(guān)鍵優(yōu)勢在于它與現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)兼容。對于Verizon和AT&T等運營商來說，這是個好消息，因為他們不必花錢建造新的天線，盡管將Cat-M網(wǎng)狀到LTE網(wǎng)絡(luò)中需要一個軟件補丁。然而，可以肯定的是，5G和LTE技術(shù)將共存到20世紀20年代，因此Cat-M的向后兼容性是一個獎勵。

NB-IoT的目標與Cat-M1相似;但是，它使用DSSS調(diào)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)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(yīng)用設(shè)計的，因此它不能很好地處理移動性，并且還可能遇到延遲問題。從積極的方面來看，NB-IoT調(diào)制解調(diào)器的功率要求較低，并且可能達到比Cat-M1更低的單位成本。

Altair Semiconductor分析了三個關(guān)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(jié)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，成本劣勢最小。

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(shè)計新產(chǎn)品，以利用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)帶來的機遇。求助于射頻專家可以幫助克服這一挑戰(zhàn)，尤其是在瀏覽出現(xiàn)的雙模芯片組時，這些芯片組允許設(shè)備制造商構(gòu)建用于全球部署的單一產(chǎn)品。

Telit，uBlox，Sierra Wireless，金雅拓和移遠通信等供應(yīng)商只是少數(shù)幾家推出解決方案以利用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場的調(diào)制解調(diào)器提供商。

催化劑：5G是市場顛覆者嗎？

盡管5G是開發(fā)新一代更好，更具可擴展性的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的主要因素，但物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的廣泛5G部署不太可能很快?？紤]到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的建立速度，5G網(wǎng)絡(luò)還需要一段時間才能普及到足以推出全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，這假設(shè)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(wǎng)絡(luò)類別，這些類別本質(zhì)上旨在使更多設(shè)備在線，但連接標準通常較低。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(lián)網(wǎng)”的發(fā)展，指的是更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)，其中5G將成為其核心基礎(chǔ)設(shè)施組件。

正如GSMA首席技術(shù)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(guān)，但“它還將服務(wù)于各種用例，這些用例通常具有截然相反的要求，例如低數(shù)據(jù)速率和長電池壽命，就像移動物聯(lián)網(wǎng)的情況一樣。這就是為什么今天已經(jīng)形成的許可NB-IoT和LTE-M網(wǎng)絡(luò)“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(lián)網(wǎng)時代。

簡而言之，Cat-M1和NB-IoT的漸進式改進將繼續(xù)降低未來和未來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的成本和功耗要求。產(chǎn)品創(chuàng)造者應(yīng)該將注意力轉(zhuǎn)向LTE，如果他們想在未來10 +年內(nèi)不間斷地工作。

決策時間 – 您應(yīng)該選擇哪個？

與以往一樣，沒有一個答案。這兩種技術(shù)都有顯著的優(yōu)勢，具體取決于部署的范圍和細節(jié)。地理推廣當然會在這個決定中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，但由于我們處于這個市場的早期階段，這是一個不斷變化的目標。

對于低數(shù)據(jù)速率應(yīng)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可能會在功耗和成本方面更加節(jié)儉，盡管后者仍不清楚。

幸運的是，模塊供應(yīng)商已采取措施減輕這種潛在的不確定性，生產(chǎn)的調(diào)制解調(diào)器設(shè)計既可以進行LTE，也可以在需要時回落到GPRS。此選項提供了最佳的電流配置，并允許將來在市場穩(wěn)定后安裝僅LTE版本的成本降低選項。

總體而言，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場在標準方面處于顯著變化的狀態(tài)，正如我們過去所看到的那樣，批發(fā)押注其中一個是一種風險。在可能的情況下，選擇可以涵蓋最廣泛選項的自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器是短期內(nèi)最安全的面向未來的策略，盡管成本最高。幸運的是，從中期來看，競爭標準將顯著成熟，未來的知名度將大大提高。..。..

審核編輯：郭婷