风口上的技术:解密NB-IoT的前世今生

  近年来,随着实体经济快速发展,人民生活水平持续提高,对网络数据传输速度的诉求也越来越迫切。国内主要三大运营商在国家政策三令五申之下,短短几年完成了从3G网络到4G网络的平滑升级,其网络速度和稳定性相比以前已经获得很大提升,解决了普通网民的移动网络痛点。不过,在商业领域,网络部署永远无法满足市场需求,因此,低功耗、广域覆盖(LPWA)的物联网NB-IOT技术标准应运而生。

  

风口上的技术:解密NB-IoT的前世今生

 

  2013年初,华为与相关业内厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展,并起名为LTE-M;2014年5月,由沃达丰,中国移动,Orange,Telecom Italy,华为,诺基亚等公司在3GPP GERAN工作组立项,LTE-M的名字演变为Cellular IoT,简称CIoT;2015年4月,PCG(Project Coordination Group)会议上做了一件重要的决定:CIoT在GERAN做完SI之后,WI阶段要到RAN立项并完成相关协议;2015年6月,NB-IoT技术协议获得了3GPP 无线接入网(RAN)技术规范组会议通过;2015年9月,RAN#69次会议上经过激烈讨论,各方最终达成了一致,NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoT WID,NB-CIoT演进到了NB-IoT(Narrow Band IoT)。从立项到协议冻结仅用时不到8个月,成为史上建立最快的3GPP标准之一。由此看出,国家顶层设计对该技术寄予厚望,市场对该技术也比较看好,诸多推手让该技术在当年可以顺利完成一致性并正式进入商用阶段。

  客观来讲,NB-IoT技术是为解决当前市场痛点而被开发出来。根据网络数据传输速率不同,对物联网业务进行高速、中速、低速区分:

  1>高速率业务:主要使用3G、4G技术,例如车载物联网设备和监控摄像头, 对应的业务特点要求实时的数据传输;

  2>中等速率业务:主要使用GPRS技术,例如居民小区或超市的储物柜,使用频率高但并非实时使用,对网络传输速度的要求远不及高速率业务;

  3>低速率业务:业界将低速率业务市场归纳为LPWAN(Low Power Wide Area Network)市场,即低功耗广域网。目前还没有对应的蜂窝技术,多数情况下通过GPRS技术勉力支撑,从而带来了成本高、影响低速率业务普及度低的问题。

  综合以上来看,低速率业务市场其实是最大的市场,低速率业务急需开拓,NB-IoT就是一种新的窄带蜂窝通信LPWAN(低功耗广域网)技术,可以帮助我们解决低速率市场应用的问题。

  作为一项应用于低速率业务中的关键技术,NB-IoT技术具备先天优势:

  1>低成本:与LoRa相比,NB-IoT无需重新建网,射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例,900MHZ里面有一个比较宽的频带,只需要清出来一部分2G的频段,就可以直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。模块预期价格不超过5美元。

  2>低功耗:低功耗特性是物联网应用一项重要指标,特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合,如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备,它们不可能像智能手机一天一充电,长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用,因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小,设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

  3>高覆盖:NB-IoT室内覆盖能力强,比LTE提升20dB增益,相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求,对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。以井盖监测为例,过去GPRS的方式需要伸出一根天线,车辆来往极易损坏,而NB-IoT只要部署得当,就可以很好的解决这一难题。

  4>强链接:在同一基站的情况下,NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。举例来说,受限于带宽,运营商给家庭中每个路由器仅开放8-16个接入口,而一个家庭中往往有多部手机、笔记本、平板电脑,未来要想实现全屋智能、上百种传感设备需要联网就成了一个棘手的难题。而NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。