物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前所有通訊技術(shù)與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，物聯(lián)網(wǎng)主要是實(shí)現(xiàn)物與物之間，人與物之間，動(dòng)物與物之間的相互連接溝通及環(huán)境與信息狀態(tài)的實(shí)時(shí)共享以及智能化的收集、處理、傳遞、執(zhí)行，也就是說只要涉及到信息技術(shù)的應(yīng)用，都可以納入物聯(lián)網(wǎng)的范疇。在物聯(lián)網(wǎng)的普及過程中，無線技術(shù)將扮演著越來越重要的角色，筆者通過常見的幾種LPWAN無線通訊技術(shù)(NB-IoT/eMTC/LoRa)對(duì)比，探討物聯(lián)網(wǎng)大勢(shì)下的無線技術(shù)各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。
 

 

　　一、NB-IoT

　　NB-IOT全稱為Narrow Band-Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)，NB-IOT屬于物聯(lián)網(wǎng)范疇的一種技術(shù)。是由華為主導(dǎo)，并已成為3GPP標(biāo)準(zhǔn)的LPWA技術(shù)。NB-IOT基于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，可以通過升級(jí)現(xiàn)網(wǎng)來快速支持行業(yè)市場(chǎng)需求，成為GUL網(wǎng)絡(luò)上的第四種模式。同時(shí)，NB-IOT還具有覆蓋廣(能覆蓋到地下)、電池壽命長(zhǎng)(超過十年)、成本低(每個(gè)模塊不足5美元)、容量大(單個(gè)小區(qū)能支持10萬連接)四大能力。

　　技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　NB-IoT具備四大特點(diǎn)：一是廣覆蓋，將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力;

　　二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);

　　三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年;

　　四是更低的模塊成本，企業(yè)預(yù)期的單個(gè)接連模塊不超過5美元。

　　NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯(lián)網(wǎng)(IOT)市場(chǎng)，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)。NB-IOT使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。

　　應(yīng)用場(chǎng)景

　　NB-IOT最常應(yīng)用于智能水表、智能停車、寵物智能跟蹤三大典型應(yīng)用場(chǎng)景，在NB-IOT的后期規(guī)劃中，還會(huì)涉及到智能自行車、智能煙霧檢測(cè)器、智能垃圾桶、智能路、智能售貨機(jī)等方面。

　　面臨的挑戰(zhàn)

　　第一，互操作和一致性問題。2015年，NB-IoT的主要成員，包括沃達(dá)豐、愛立信、Telefonica和GSMA開展了面向NB-IoT設(shè)備的簡(jiǎn)單的互操作和一致性認(rèn)證試驗(yàn)。沃達(dá)豐還在英國(guó)紐伯里建立了專用NB-IoT實(shí)驗(yàn)室，2016年下半年在德國(guó)杜塞爾多夫繼續(xù)開放進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)室研究。

　　第二，部署和長(zhǎng)期支持。NB-IoT部署的最大問題是時(shí)間和成本，根據(jù)沃達(dá)豐的估計(jì)，85%的企業(yè)基站可支持NB-IoT，只需進(jìn)行軟件的升級(jí)，但對(duì)基站陳舊的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，則需對(duì)硬件進(jìn)行升級(jí)。這將導(dǎo)致NB-IoT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本增加和時(shí)間消耗。另一個(gè)問題是全球M2M漫游。理論上，運(yùn)營(yíng)商需支持三種標(biāo)準(zhǔn)，分別是：CAT-M，EC-GSM，NB-IoT，以及GPRS。此外，端點(diǎn)需要OTA升級(jí)，以提供安全性和其它升級(jí)。

　　第三，應(yīng)用和商業(yè)模式。為了建立NB-IoT應(yīng)用和商業(yè)模式，移動(dòng)通信行業(yè)需要盡快建立合作伙伴生態(tài)圈。例如：德國(guó)電信已在柏林和波蘭的克拉科夫建立了NB-IoT原型樞紐，這些樞紐被納入孵化器中，為開發(fā)者提供快速學(xué)習(xí)的環(huán)境，激勵(lì)新的商業(yè)模式思考、縮短產(chǎn)品市場(chǎng)化的時(shí)間。

　　第四，與LPWAN(低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。LoRa和Sigfox已被證明是重要的發(fā)展技術(shù)，其中，Sigfox已在24個(gè)國(guó)家投入使用，LoRa繼續(xù)在一些國(guó)家、專網(wǎng)和社區(qū)網(wǎng)建設(shè)中使用。由于NB-IoT在近期內(nèi)不會(huì)大規(guī)模部署，其它技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)者仍有機(jī)會(huì)確定自己的市場(chǎng)定位。

　　目前，NB-IoT的市場(chǎng)普及在各國(guó)間存在差異。在許多國(guó)家，潛在的運(yùn)營(yíng)商可能面臨來自非移動(dòng)LPWAN網(wǎng)的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)。例如，在荷蘭，KPN已建立了國(guó)家LoRa網(wǎng)，在這種情況下，它可能不太會(huì)采用NB-IoT。

　　第五，確定正確的市場(chǎng)進(jìn)入戰(zhàn)略。LPWAN的應(yīng)用具有在非常規(guī)的間隔中發(fā)送小數(shù)據(jù)有效載荷的特性。潛在的用戶可能需要更多低價(jià)值的服務(wù)。在這種情況下，NB-IoT運(yùn)營(yíng)商需要開發(fā)相應(yīng)的戰(zhàn)略，應(yīng)對(duì)這樣的市場(chǎng)需求。主要策略包括：建立市場(chǎng)與品牌間的平衡;擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，不僅限于傳統(tǒng)的M2M業(yè)務(wù);在低端市場(chǎng)避免成本價(jià)格戰(zhàn)，側(cè)重于可控制價(jià)格溢價(jià)的應(yīng)用;探索新商業(yè)模式以創(chuàng)造價(jià)值，加強(qiáng)垂直行業(yè)合作。

　　第六，定價(jià)計(jì)劃的設(shè)計(jì)，主要是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)劃。目前，運(yùn)營(yíng)商仍在嘗試中。例如：韓國(guó)電信最近推出覆蓋全國(guó)的LoRa網(wǎng)，推出6種數(shù)據(jù)計(jì)劃，每一計(jì)劃對(duì)應(yīng)于使用不同頻段的數(shù)據(jù)應(yīng)用。它的定價(jià)模式是：LoRa的數(shù)據(jù)計(jì)劃價(jià)格只相當(dāng)于基于LTE的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的十分之一。在擁有LoRa或Sigfox業(yè)務(wù)的國(guó)家，NB-IoT的資費(fèi)不得不保持合理的競(jìng)爭(zhēng)區(qū)間。而在英國(guó)，由于沒有國(guó)家LPWAN網(wǎng)絡(luò)，NB-IoT運(yùn)營(yíng)商在設(shè)計(jì)定價(jià)結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)有更多回旋余地。

　　此外，低速數(shù)據(jù)傳輸、隱私和安全、IT系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間等問題，都將限制其發(fā)展。
 

 

　　二、eMTC

　　LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在R12中叫Low-Cost MTC，在R13中被稱為L(zhǎng)TE enhanced MTC，即eMTC，旨在基于現(xiàn)有的LTE載波滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求。

　　eMTC基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，支持上下行最大1Mbps的峰值速率，屬于物聯(lián)網(wǎng)中速率，其用戶設(shè)備通過支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬，可以直接接入現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)。LTE在不斷演進(jìn)的過程中，最新的eMTC和NBIoT都進(jìn)一步優(yōu)化了系統(tǒng)的成本、增強(qiáng)了續(xù)航能力、擴(kuò)大了覆蓋范圍。eMTC的最關(guān)鍵能力在于支持移動(dòng)性并可以定位，成本只有Cat1芯片的25%，相比于GPRS速率要高四倍。

　　技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　窄帶LTE其中最主要的幾個(gè)特性。第一，系統(tǒng)復(fù)雜性地大幅度降低，復(fù)雜程度及成本得到了極大的優(yōu)化。

　　第二，功耗極度降低，電池續(xù)航時(shí)間大幅度增強(qiáng)。

　　第三，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力大大加強(qiáng)。

　　第四，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的密度增強(qiáng)。

　　eMTC具備LPWA基本的四大能力：一是廣覆蓋，在同樣的頻段下，eMTC比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益15dB，極大地提升了LTE網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋能力;二是具備支撐海量連接的能力，eMTC一個(gè)扇區(qū)能夠支持近10萬個(gè)連接;三是更低功耗，eMTC終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年;四是更低的模塊成本，大規(guī)模的連接將會(huì)帶來模組芯片成本的快速下降，eMTC芯片目標(biāo)成本在1～2美金左右。

　　應(yīng)用場(chǎng)景

　　應(yīng)用在智能物流中，具有防盜、防調(diào)換、實(shí)時(shí)溫度傳感和可定位優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控及定位，將信息記錄及上傳，可以對(duì)行駛軌跡查詢;在智能可穿戴設(shè)備中，可支持健康監(jiān)測(cè)、視頻業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)回傳和定位;依靠目前的蜂窩網(wǎng)交互屏幕，提供包括智能充電樁、候機(jī)寶、電梯衛(wèi)士、智能公交站牌、公共自行車管理等方面的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　面臨的挑戰(zhàn)

　　eMTC業(yè)務(wù)特征對(duì)VoLTE業(yè)務(wù)的適用性分析

　　eMTC與NB-IoT的典型特性差異在于，eMTC終端工作帶寬可以達(dá)到1.08MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于NB-IoT終端的200kHz，因此，eMTC終端的峰值速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于NB-IoT終端?；谏鲜鎏卣?，業(yè)界普遍認(rèn)為eMTC技術(shù)能夠提供較為低廉的VoLTE終端方案，并能夠具備較好的業(yè)務(wù)質(zhì)量，但通過詳細(xì)的技術(shù)分析，采用eMTC技術(shù)支持語音業(yè)務(wù)或提供語音解決方案，實(shí)際效果可能難以樂觀。

　　低功耗特征

　　為了能夠在電力供應(yīng)受限環(huán)境中提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，像NB-IoT一樣，eMTC也將低功耗作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，期望能夠基于較小容量的電池，支持終端10年免維護(hù)，并且與NB-IoT一樣采用了eDRX(Extended Discontinuous Reception)和PSM(Power Saving Mode)兩種節(jié)電技術(shù)。對(duì)于典型的低頻次物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，比如自動(dòng)抄表類，由于業(yè)務(wù)頻次非常低，采用這兩種技術(shù)可以讓終端長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài)，只在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候進(jìn)行工作，因此可以非常節(jié)電，但這種良好的節(jié)電效果只對(duì)頻次較低的業(yè)務(wù)有效，對(duì)于VoLTE業(yè)務(wù)而言，終端需要經(jīng)常監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)尋呼，以及時(shí)響應(yīng)到達(dá)的呼叫，所以無法采用eDRX和PSM技術(shù)的節(jié)電機(jī)制。

　　大連接特征

　　萬物互聯(lián)的要求，需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠服務(wù)海量的終端，為此3GPP設(shè)計(jì)了CP(Control Plane)優(yōu)化與UP(User Plane)優(yōu)化兩種空口技術(shù)優(yōu)化方案，對(duì)于小包傳送的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，可以節(jié)省大量的空口信令，提升傳輸效率。但對(duì)于VoLTE語音業(yè)務(wù)，是無法采用CP及UP優(yōu)化方案提升容量的，因此eMTC對(duì)于VoLTE不具有提升容量的能力。

　　廣覆蓋特征

　　考慮到有些物聯(lián)網(wǎng)終端往往處于建筑物內(nèi)部的較深位置，典型的比如水表，所處環(huán)境往往信號(hào)非常微弱，eMTC設(shè)計(jì)了重復(fù)技術(shù)以增強(qiáng)覆蓋，通過上、下行無線信號(hào)的重復(fù)，可以在接收端累積信號(hào)能量，從而增強(qiáng)覆蓋。但正是由于無線信號(hào)的重復(fù)，造成平均業(yè)務(wù)速率降低，也就是說，這種覆蓋增強(qiáng)技術(shù)是以業(yè)務(wù)速率降低為代價(jià)換取的，所以，對(duì)于VoLTE這種需要一定速率保障的業(yè)務(wù)而言，eMTC的覆蓋增強(qiáng)技術(shù)沒有帶來任何好處。

　　低成本eMTC終端方案

　　eMTC終端(芯片)的低成本方案主要包括：較小工作帶寬，eMTC終端的工作帶寬為1.08MHz，這種工作帶寬雖然比NB-IoT更高，但相較于普通LTE終端卻低了許多，能夠降低器件價(jià)格以及芯片計(jì)算能力要求，從而降低總體價(jià)格;較低的峰值速率，相對(duì)LTE而言，較低的峰值速率降低了芯片計(jì)算能力和Buffer要求，從而降低芯片價(jià)格;單終端接收天線，降低射頻器件成本;半雙工方案，可以省下終端射頻的雙工器，從而降低終端的成本。

　　LoRa

　　LoRa是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國(guó)Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。

　　目前，LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433、868、915 MHz等。LoRa技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、低功耗(電池壽命長(zhǎng))、多節(jié)點(diǎn)、低成本的特性。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(可內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、Server和云四部分組成。應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

　　技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　按需部署：LoRa可以根據(jù)應(yīng)用需要，規(guī)劃和部署網(wǎng)絡(luò)、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境針對(duì)性放置基站/網(wǎng)關(guān)、更容易做到無縫覆蓋，而改善覆蓋質(zhì)量還可以降低功耗，提高系統(tǒng)容量、個(gè)人，企業(yè)或機(jī)構(gòu)可部署，并且可以滿足安全需求，數(shù)據(jù)也可私有。

　　輕量級(jí)：相比于其他的LPWAN技術(shù)協(xié)議，LoRa的系統(tǒng)復(fù)雜度更低，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)資源要求較低，輕量級(jí)的LoRaWAN協(xié)議，軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，部署實(shí)施簡(jiǎn)單。

　　低成本：LoRaWAN模塊量產(chǎn)，價(jià)格已經(jīng)在USD5以下，并逐漸接近2G模塊價(jià)格，室外型基站已低至USD500左右，室內(nèi)型USD100，從國(guó)外運(yùn)營(yíng)商來看，LoRa月租可達(dá)eMTC月租的1/5~1/10甚至更低。

　　NB—IOT與LORA對(duì)比

　　有效應(yīng)對(duì)低ARPU：?jiǎn)蝹€(gè)連接的APRU很低，高額投資將面臨低收益率問題，高質(zhì)量，輕量級(jí)，低成本才是有效的應(yīng)對(duì)途徑。

　　開放的生態(tài)，成熟的產(chǎn)業(yè)鏈：節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)和云服務(wù)器全開放，各種量級(jí)的設(shè)備供選擇，網(wǎng)絡(luò)可以自己運(yùn)營(yíng)，不同的商業(yè)和運(yùn)營(yíng)模式。

　　投資回報(bào)較高，經(jīng)濟(jì)可行：若是只考慮基站的投資的話，LoRa的回報(bào)率為，基站以平均RMB5000計(jì)，6.25個(gè)月(半年)收回基站投資。NB-IOT的回報(bào)率為，綜合考慮基站升級(jí)和新建，假設(shè)平均15萬元/站，187.5個(gè)月(15.6年)收回基站投資。

　　應(yīng)用場(chǎng)景

　　LoRa技術(shù)非常適用于要求功耗低、距離遠(yuǎn)、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等等應(yīng)用和領(lǐng)域。

　　面臨的挑戰(zhàn)

　　城市級(jí)網(wǎng)絡(luò)覆蓋：LoRa沒有運(yùn)營(yíng)商的支出，布網(wǎng)方面先天弱勢(shì)。

　　頻譜資源：LoRa采用免費(fèi)頻段，可能存在干擾問題，盡管LoRa本身抗干擾能力強(qiáng)，LoRaWAN協(xié)議本身也有規(guī)避干擾的措施。但物理干擾難于完全避免。

　　應(yīng)對(duì)措施：去碎片化，建設(shè)統(tǒng)一的廣域網(wǎng)網(wǎng)，絡(luò)共建，資源共享。同時(shí)需要做到更輕量級(jí),更低成本，LoRaWAN模塊的成本需要向2G模塊的成本看齊，甚至向WiFi模塊靠近。

　　在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)品化的過程中，我國(guó)一直缺乏一些關(guān)鍵技術(shù)的掌握，所以產(chǎn)品檔次上不去，價(jià)格下不來。缺乏RFID等關(guān)鍵技術(shù)的獨(dú)立自主產(chǎn)權(quán)這是限制中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。和美國(guó)相比，國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈完善度上還存在著較大差距。雖然國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商和中興華為這一類的系統(tǒng)設(shè)備商都已是世界級(jí)水平，但是其他環(huán)節(jié)相對(duì)欠缺。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化必然需芯片商、傳感設(shè)備商、系統(tǒng)解決方案廠商、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商等上下游廠商的通力配合，所以要在我國(guó)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，在體制方面還有很多工作要做，如加強(qiáng)廣電、電信、交通等行業(yè)主管部門的合作，共同推動(dòng)信息化、智能化交通系統(tǒng)的建立。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，許多行業(yè)應(yīng)用具有很大的交叉性，但這些行業(yè)分屬于不同的政府職能部門，要發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)這種以傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的信息化應(yīng)用，在產(chǎn)業(yè)化過程中必須加強(qiáng)各行業(yè)主管部門的協(xié)調(diào)與互動(dòng)，以開放的心態(tài)展開通力合作，打破行業(yè)、地區(qū)、部門之間的壁壘，促進(jìn)資源共享，加強(qiáng)體制優(yōu)化改革，才能有效的保障物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。

　　對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，每種技術(shù)都有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，滿足不同的訴求和市場(chǎng)，多LPWAN技術(shù)將百花齊放，共生共存。