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一文讀懂NB-IoT的現狀、挑戰和前景

2019-08-02 22:07:02 來源:EEFOCUS
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如今,“萬物互聯”的時代帷幕已被物聯網悄然拉開。

 

“萬物互聯”時代,首先要解決“物”與“網”的連接問題,所以“連接技術”決定了物聯網發展的走向。為滿足物聯網設備的連接需求,LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗廣域網)應運而生。LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用而設計。


物聯網連接技術的世界從來沒有霸主一統江湖。

 

以LoRa為代表的非授權頻段物聯網和以NB-IoT為代表的授權頻段物聯網,各自攻城略地。

 

筆者在上一篇文章《物聯網中的LoRa,到底是個什么鬼?》中對LoRa技術進行了介紹,本篇文章就來了解一下NB-IoT的相關情況。

 


NB-IoT知多少?

NB-IoT是指窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things)技術,是一種低功耗廣域(LPWA)網絡技術標準,基于蜂窩技術,用于連接使用無線蜂窩網絡的各種智能傳感器和設備,聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯網(IoT)市場,是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術。

 

NB-IoT技術可以理解為是LTE技術的“簡化版”,NB-IoT網絡是基于現有LTE網絡進行改造得來的。


 
LTE網絡為“人”服務,為手機服務,為消費互聯網服務;而NB-IoT網絡為“物”服務,為物聯網終端服務,為產業互聯網(物聯網)服務。

 

NB-IoT使用License頻段,可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡,與現有網絡共存,以降低部署成本、實現平滑升級。


NB-IoT的特點

 

低功耗

低功耗特性是物聯網應用一項重要指標,特別對于一些不能經常更換電池的設備和場合。NB-IoT聚焦小數據量、小速率應用,因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小,設備續航時間可以從過去的幾個月大幅提升到幾年。

 

低成本

NB-IoT是基于LTE網絡的技術,所以在現網LTE網絡的基礎上進行改造,就可以很快組網,很快擴大覆蓋。目前各大運營商仍在大力推動LTE網絡建設,也有利于NB-IoT的覆蓋改善。

 

強連接

在同一基站的情況下,NB-IoT可以比現有無線技術提供50-100倍的接入數。一個扇區能夠支持10萬個連接,支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構。在一個不太大的空間,放置更多設備而互相又不會有干擾,NB-IoT足以輕松滿足未來智慧家庭中大量設備聯網需求。

 

廣覆蓋

NB-IoT室內覆蓋能力強,比LTE提升20dB增益,相當于提升了100倍覆蓋區域能力。不僅可以滿足農村這樣的廣覆蓋需求,對于廠區、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。

 


NB-IoT發展歷程和現狀

在過去這幾年,NB-IoT是當之無愧的行業網紅,備受追捧。三大運營商拼命推動它的商用落地,政府出臺了各項文件政策給它鋪路,設備商們更是不遺余力地進行宣傳造勢。

 

來回顧一下NB-IoT的發展歷程:2013年,業內相關廠商、運營商展開窄帶蜂窩物聯網發展,起名為LTE-M;2014年由沃達豐、中國移動、Orange、意大利電信、華為、諾基亞等公司支持的LTE-M在3GPP GERAN工作組立項,被重新命名為Cellular IoT;2015年,華為和高通共同宣布了NB-CIoT方案;同年8月,愛立信聯合幾家公司提出了NB-LTE概念;2015年9月,NB-CIoT和NB-LTE兩個技術方案進行融合,NB-IoT正式誕生。

 

NB-IoT從2015年9月3GPP在RAN全會達成一致以后,得到全球大多數的運營商、通訊設備廠商、芯片廠商、終端廠商的支持和響應,這標志著世界范圍的物聯網通信標準已經產生,并將為整個產業鏈帶來巨大商機。


 
業內人士認為,2016年是NB-IoT商用元年。如同過去十幾年移動互聯網渴望4G時代的到來一樣,如今的物聯網也無比渴望著一個深度覆蓋強大的NB-IoT蜂窩物聯網基礎網。事實上,2016年6月才首次完成標準化工作的NB-IoT到現在僅僅三年多的時間,飛速發展的NB-IoT就走完了2G窄帶物聯網用了很多年才走完的路。

 

政策方面,在2017年6月,工信部發布了《關于全面推進移動物聯網(NB-IoT)建設發展的通知》,通知要求:一是加強NB-IoT標準與技術研究,打造完整產業體系;二是推廣NB-IoT在細分領域的應用,逐步形成規模應用體系;三是優化NB-IoT應用政策環境,創造良好可持續發展條件。

 

為了配合產業轉型升級,引爆新的經濟增長點,運營商以NB-IoT物聯網為突破口,開啟一次次大規模的NB-IoT模塊招標來加速NB-IoT應用和產業發展。然而,此舉催生了一場模塊廠商在價格方面的激烈競爭,短短幾年間,模塊價格從70元人民幣下降到20元,NB-IoT芯片價格從5美金殺到2個美金以下,市場情形慘烈。

 

 

從市場數據來看,2017年華為海思推出Boudica120國內第一顆NB-IoT芯片至今,累積出貨2000萬顆,而其他國內NB-IoT芯片廠家總出貨量不超過1000萬顆。

 

從發展現狀來看,截至今年5月底,全球已有84張NB-IoT網絡商用(GSMA),全球模組種類已超過100種,成為全球應用最廣的物聯網技術之一。國內NB-IoT用戶數已經達到3000萬。同時,國內的消費級物聯網硬件銷售額預計在2022年超過3000億美元,年復合增長率超過20%。

 

NB-IoT市場仍然格局未定,產業鏈上下游廠商都想抓住這個市場機會,分得NB-IoT市場一杯羹。


NB-IoT的挑戰和前景

據GSMA最新發布數據,2018年全球蜂窩物聯網連接數大部分來自現有的2G/3G/4G,物聯網連接總數達7.6億個,NB-IoT物聯網連接數不到10%。

 

可以看到,NB-IoT目前的市場份額相對較少,究其原因,大概如下:


 
功耗問題

NB-IoT的主要優勢之一是低功耗。當前的物聯網產品上,大家普遍還是用2G模塊,NB-IoT的功耗比2G略好一點,但在中等頻率和高頻率實時使用中并沒有絕對優勢,兩者功耗沒有明顯差別,NB-IoT深度待機(PSM模式)的功耗和2G掉電模式差不多。以目前NB-IoT模塊的功耗,電池待機時間根本無法支持長達10年,因此很多新的應用也起不來;

 

網絡覆蓋問題

另一方面,NB-IoT網絡相對2G/3G/4G網絡,覆蓋面和覆蓋質量還是非常有限,目前還存在問題,這也導致了用戶缺乏對它的信心;

 
商用盈利問題

即使運營商開啟高頻服務功能,每年NB-IoT資費可以提升到35-40元,雖然提升了物聯網業務的ARPU值(每用戶平均收入),但對于運營商的直接收入貢獻還非常有限。相比三大運營商的年營收體量,NB-IoT資費收益依然不值一提;

 

信息安全風險

物聯網會讓我們的生活變得便利和美好,但信息安全是提前。NB-IoT的發展讓應用更加智能化的同時,也帶來了信息安全風險,必須重視物聯網中應用層到各端點的安全體系建立。NB-IoT信息安全體系的建立,需要整個生態系統中的所有參與者從網絡設備、終端數據采集模塊、數據傳輸和系統方案來一起解決和建立。NB-IoT信息安全體系的建立也需要時間和過程。

 

推廣問題

在非技術層面,作為NB-IoT在行業落地的主要推動者,運營商在政企用戶市場經營和方案落地推廣上的表現都不盡人意。 另外,NB-IoT產業鏈相關部門,在推動NB-IoT技術落地時,心態過于浮躁,看重形式主義,也是原因所在。

 

總之,性能指標夸大、網絡覆蓋不佳、商業模式存在問題、心態浮躁等,是NB-IoT市場擴展受阻的主要原因。

 

 


為了進一步推動NB-IoT的發展進程,國內運營商都在大力部署NB-IoT基站,2019年,我國預計將建成90萬個NB-IoT基站、到2020年將建成超過150萬個NB-IoT基站、到2025年NB-IoT基站規模將達到300萬。


目前,中國移動在全國已經建成NB-IoT基站超過20萬,覆蓋346個城市。根據中國移動預測,2019年底,中國運營商蜂窩物聯網連接超過11億,其中,中國移動蜂窩連接超過7.8億。據悉,2018年中國移動物聯網終端補貼成本投入20億元,其中,10億是專門給NB-IoT,最高補貼率可以到達80%,還推出了20元和40元兩檔NB-IoT套餐,希望滿足不同的行業客戶對網絡的需求。


中國電信早在2018年就已建成了全球最大的NB-IoT網絡,建成NB-IoT基站超過40余萬個,實現城鄉全覆蓋,承載1億物聯網連接。在資費方面,中國電信2018年6月20日發布了NB-IoT業務套餐,該資費套餐是按照“連接次數”計費,套餐內規定一定的連接數,超出套餐外的連接次數部分另行收費。


中國聯通在去年中旬就宣布已經完成了30萬個NB-IoT基站升級工作,已經在全國數十個城市開通NB-IoT試商用,全國已經有300多個城市具備快速接入物聯網的能力。

 

此外,國外眾多運營商也紛紛支持NB-IoT,Vodafone、德國電信、軟銀等幾十家運營商均已經部署了NB-IoT商用網絡,美國T-Mobile也已經宣布商用了NB-IoT,全球運營商的創新先鋒AT&T和Verizon,也積極進行NB-IoT的商用試點。

 

多維度下的NB-IoT

網絡規模方面:數據顯示,NB-IoT全球商用網絡數已超90張,用戶數實現三年三級跳:從2017年的300萬到2018年的3000萬,今年上半年已超過5000萬用戶,在智能水表、智能氣表、電動車跟蹤、智能煙感等行業應用預計將在一兩年內出現千萬級連接,并且有望將很快達到十億級別規模。在國內,三大運營商對于NB-IoT的熱情持續高漲,如在基站建設方面,業界預計2019年我國將建成90萬個NB-IoT基站;


憑借廣覆蓋、低功耗、低成本、大連接等特點,NB-IoT已經成為蜂窩物聯網領域的主流技術。根據市場研究機構Counterpoint IoT的最新研究數據顯示,全球物聯網蜂窩連接數將在2025年突破50億大關,其中NB-IoT的貢獻比將接近一半。


產業鏈規模方面:伴隨NB-IoT海量連接需求的出現,對于NB-IoT模組以及NB-IoT芯片都帶來了強烈需求。例如芯片側,NB-IoT等物聯網SoC(即將MCU和調制解調器/基帶實現集成)正在推動掀起下一波物聯網浪潮,包括海思、高通、聯發科、移芯等在內的芯片企業都在角逐NB-IoT SoC芯片市場,目前已有十幾家NB-IoT芯片廠家,上百個型號的模組,1500多個產業伙伴,以及公共事業、醫療健康、智慧城市、消費者、農業環境、物流倉儲、智能樓宇、制造行業等十余個行業標準逐漸落地,NB-IoT已經完全具備替代2G/3G窄帶物聯網技術的能力;


模組價格方面:NB-IoT價格已經逼近2G模組,隨著芯片出貨量的增加以及生態的成熟,NB-IoT模組售價有望繼續降低;

 

標準方面:早在3GPP R13協議中,NB-IoT核心標準就已凍結;R15協議更是支持NR與NB-IoT的共存部署方案,從而確保了5G部署后存量的NB-IoT終端業務不受影響;在R16協議中,NB-IoT仍然將是LPWA的主要應用技術,更是明確支持NB-IoT接入5G新核心網,確保NB-IoT在5G時代技術發展的連續性;在即將于2019年年底啟動立項的R17協議中,愛立信、高通等公司明確提出R17 LPWA基于NB-IoT繼續演進。

 

 

 

NB-IoT模塊廠商 

從NB-IoT技術誕生可以看出,NB-IoT技術一直被行業大佬所支持,目前國內NB-IoT模塊廠商都有哪些?

 

NB-IoT芯片廠商:

國內:華為海思、紫光展銳、聯發科、中興微電子、上海移芯、創新維度、芯翼信息、松果電子、智聯安、ASR、匯頂科技等;


 
國外:高通、三星、Altair、思寬、Nordic、GCT、Riot Micro、CEVA等。

 

NB-IoT射頻前端芯片廠商:

國內:紫光展銳、漢天下、慧智微、飛驤科技、三伍微等;


國外:Skyworks,Qorvo。


結語

今年隨著5G牌照的發放,正式進入5G元年,5G具有Gbps以上超高帶寬、毫秒級超低時延、以及高可靠等優勢,除了商用初期應用于eMBB增強型移動寬帶以外,充分利用5G蜂窩網絡,還將帶動超寬帶、低時延物聯網的發展,助推行業數字化轉型。


那么在大帶寬的5G時代,NB-IoT下一步的演進將何去何從?


事實上,對于NB-IoT的未來走向,3GPP早已指明了方向:NB-IoT將繼續服務于5GLPWA用例,我國向國際電信聯盟提交的5G候選技術方案將NB-IoT作為重點之一,也與3GPP等國際標準化組織的技術演進路線保持一致。


對于NB-IoT的未來走向,可以預見NB-IoT還會與現有網絡共存共生。基于4G的NB-IoT和基于5G的NB-IoT將會是長期共存,兩者不是競爭和替代關系,而是相輔相成。同時5G指明了4G的未來演進路線,從而給予了垂直行業采用可持續演進和升級的3GPP技術的信心,能夠滿足行業市場深化部署和優化性能的未來發展需求。

 

當產業走到萬物互聯的5G時代,NB-IoT也將迎來了新的發展機遇。

 

 

文章參考:

鮮棗課堂、半導體行業觀察、傳感器技術等相關文章。

 

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作者簡介
李晨光
李晨光

與非網編輯,網名:L晨光,電子工程專業出身。憑借對文字的熱愛和熱情投身于此,熱衷觀察和思考,期待有所發現,有所收獲。夜半時分,寫出一段讓自己感動的文字,最讓我興奮。

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