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物聯網加持下,NB-IoT技術“一騎絕塵”

2019-11-06 09:14 半導體投資聯盟

導讀:5G的到來加速了物聯網需求的爆發,物聯網連接技術標準的混戰也在不斷升級。尤其是低功耗廣域網絡(LPWAN)的競爭愈演愈烈,NB-IoT目前正處于絕對的領先地位。

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圖片來自“123RF”

我們常常會聽到,物聯網將構建一個萬物互聯互通的時代,而只有標準才能真正實現互聯互通。

同時,5G的到來加速了物聯網需求的爆發,物聯網連接技術標準的混戰也在不斷升級。尤其是低功耗廣域網絡(LPWAN)的競爭愈演愈烈,其中包括LoRa、NB-IoT、SigFox、RPMA、Weightless等各個技術流派。

而在這一系列LPWAN技術選項中,NB-IoT目前正處于絕對的領先地位。

NB-IoT為何能夠領先

NB-IoT是窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things)的簡稱,是一種基于LTE蜂窩技術的低功耗廣域網絡技術標準。不同的是,LTE主要服務于“人”,而NB-IoT服務于“物”。

而NB-IoT使用License頻段這一特點,也使得其可直接部署于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。

另外,NB-IoT所擁有的四大特點,也完美契合物聯網的應用。

首先,低功耗。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。

其次,低成本。NB-IoT可以在現有的LTE網絡基礎上進行改造,進而快速完成組網。加上各大運營商都在大力推動LTE網絡建設,這對于NB-IoT的覆蓋也有正面作用。

第三,大連接數。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。在一定的空間內,多設備不會產生互相干擾,NB-IoT足以輕松滿足未來智慧家庭中大量設備聯網需求。

第四,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。

急速爆發的NB-IoT市場

也正是基于以上技術特點,近年來隨著物聯網市場的逐步成熟,NB-IoT在很多細分領域也開始大戰拳腳。

比如,在遠程抄表方面。人工上門抄表是原始的水氣表數據統計方式,但隨著社會的發展,這種方式存在著包括效率低、人力成本高、出錯率高、無法進門和維護管理困難等弊端。此后出現的出現GPRS遠程抄表,雖然比人工抄表更先進也更安全,但是也有功耗高、信號差和通訊基站用戶容量小等缺點。

而NB-IoT技術能夠完美解決這一系列問題。它在同一基站中通訊用戶容量是GPRS遠程抄表的10倍;待機時間更可以長達10年以上;可覆蓋到室內和地下室;模塊的成本也更低。

另一個例子就是畜牧業。以往,養殖戶主要通過人工的方式來對放養的牲畜進行監控和驅趕,但是這不僅浪費人力,也很難形成一個監管系統。而GPRS通訊基站容量很難支撐起龐大的牲畜群,設備的續航時間也不如人意。另外,由于牧場主要在中國的北部和西部邊疆地區,信號覆蓋強度也存在問題。

NB-IoT則能夠突破GPRS技術的瓶頸,在偏遠地區擁有更強、更廣的信號覆蓋和更大的通訊基站用戶容量。

以紫光展銳的牲畜檢測追蹤智能項圈方案為例,它能夠對牧場牲畜的健康、生理周期、位置、活動情況進行檢測,提高牲畜繁殖效率、提升產奶量和提供走失定位報警。項圈通過GPS定位,數據可通過NB-IoT/GSM網絡傳輸到牲畜信息管理平臺。牧民通過網頁或手機客戶端就可以實時獲取牲畜體征信息。

除了上述內容,NB-IoT還可以被應用在智能鎖、路燈監控、井蓋監控和資產定位等多個領域。“萬物互聯互通”的呼聲越來越響亮,NB-IoT憑借其優異的特性將在未來全面數字化的社會中大展拳腳。

NB-IoT市場未來

但是單純只有應用并不能完全支撐NB-IoT市場的發展。

資深業內人士告訴集微網記者,近年來NB-IoT的快速發展得益于技術本身的優勢,同時也離不開政策的支持和整個產業鏈的推動。

政策方面,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。

產業鏈方面,為了配合產業轉型升級,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。

標準方面,早在3GPP R13協議中,NB-IoT核心標準就已凍結;R15協議支持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;R16協議明確支持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R17LPWA基于NB-IoT繼續演進。

此外,各大芯片廠商也開啟了在NB-IoT領域的一場角逐。2018年12月,中國移動終端實驗室公布了NB-IoT芯片(模組)評測結果,如下圖所示,在定點場景的功耗、業務時延,以及移動場景的成功率、業務時延和功耗等關鍵性能上,紫光展銳的春藤8908A相較同類廠商表現優異。

芯片平臺及定點場景

芯片平臺及定點場景

業務成功率

業務成功率

由于春藤8908A的性能優異,2018年11月,在中國聯通300萬片模組標單中,該芯片以55%的占比斬獲中國聯通NB-IoT通信模塊項目芯片部分的最大份額。在不斷滿足國內需求的同時,展銳還先后通過了歐洲最大電信運營商德國電信及南非最大電信運營商MTN的NB認證測試,在國際市場上嶄露頭角。

與機遇并存的挑戰

雖然NB-IoT市場未來可期,但也存在著諸多難點。例如客戶的定制化需求多,再加上同行之間的競爭激烈,利潤值也持續走低。

據悉,由于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芯片價格則從5美元降低到2美元以下。

對此,紫光展銳智能物聯產品線總經理鮮苗表示,當前價格已經不是制約NB-IoT發展的主因,著眼于應用端的健康生態才是當前發展的重點。

不過,硬件也需要合理的利潤才能保證可持續性發展。基于低功耗和高可靠性的NB-IoT芯片的終端產品才能承載負荷物聯網生態需要的操作系統、云平臺與應用服務。

針對這些挑戰,深耕重點細分市場,深度挖掘需求并提供優質的差異化產品,是當前NB-IoT芯片公司應當關注的。有方科技告訴集微網記者,不同于競爭對手只做模塊,公司會提供整套的解決方案:云+管+端,來為客戶節省大量開發成本。

另外,由于NB-IoT的主要優勢之一就是低功耗。當前的物聯網產品中普遍還是使用2G模塊,雖然NB-IoT的功耗比2G略好一些,但在中等頻率和高頻率實時使用中并沒有絕對優勢。這也是NB-IoT需要面臨的挑戰之一。

對此,鮮苗則表示,NB-IoT起初可能只是2G的替代品,只有當2G網絡不好用了的時候才會被迫選擇NB-IoT。但從實際應用角度來看,遠程抄表、無線煙感和電動車防盜這些領域恰好是2G沒有觸及到的地方。再加上2G必然會退出歷史舞臺,盡管2G向NB-IoT的轉變略顯緩慢,但NB-IoT的四大特性會促使一些行業在選用NB-IoT時會做出與以往使用2G時不同的產品。

總結

目前,5G已經全國正式商用,而中國運營商們也已經啟動或正在準備2G/3G退網計劃事宜。在這一變遷當中,NB-IoT所扮演的角色將進行一次華麗的轉身。站上物聯網主舞臺的NB-IoT,已經成為了全球最佳、最主流、首選的LPWAN技術。

在大帶寬的5G時代,如何把NB-IoT技術淋漓盡致地運用到各行各業當中,這是目前我們需要思考的問題。隨著競爭越來越激烈,硬件利潤越來越薄,NB-IoT芯片(模組)供應商們也要制訂好應對策略,才能在這一潛力市場占得更多席位。


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