物联网三大无线开发技术,你都get了吗

分享到:

物联网,物物相连,无线技术的迅速发展为物体之间的信息互通提供了技术支撑,在物联网的普及过程中,无线技术将扮演着越来越重要的角色。本文通过常见的几种LPWAN无线通讯技(NBIoT/eMTC/LoRa)对比,探讨物联网大势下的无线技术各自的特点和应用场景。

NB-IoT

NB-IOT全称为Narrow Band-Internet of Things,窄带物联网,NB-IOT属于物联网范畴的一种技术。是由华为主导,并已成为3GPP标准的LPWA技术。NB-IOT基于现有蜂窝网络的技术,可以通过升级现网来快速支持行业市场需求,成为GUL网络上的第四种模式。同时,NB-IOT还具有覆盖广(能覆盖到地下)、电池寿命长(超过十年)、成本低(每个模块不足5美元)、容量大(单个小区能支持10万连接)四大能力。

131dc6da3a439064

技术优势

NB-IoT具备四大特点:

一是广覆盖,将提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,相当于提升了100倍覆盖区域的能力;

二是具备支撑海量连接的能力,NB-IoT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;

301709b839a1e5d2

三是更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年;

四是更低的模块成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元。

NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IOT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段,可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式,与现有网络共存。

c48928a8a125620a

应用场景

NB-IOT最常应用于智能水表、智能停车、宠物智能跟踪三大典型应用场景,在NB-IOT的后期规划中,还会涉及到智能自行车、智能烟雾检测器、智能垃圾桶、智能路、智能售货机等方面。

面临的挑战

第一,互操作和一致性问题。2015年,NB-IoT的主要成员,包括沃达丰、爱立信、Telefonica和GSMA开展了面向NB-IoT设备的简单的互操作和一致性认证试验。沃达丰还在英国纽伯里建立了专用NB-IoT实验室,2016年下半年在德国杜塞尔多夫继续开放进一步的实验室研究。

第二,部署和长期支持。NB-IoT部署的最大问题是时间和成本,85%的企业基站可支持NB-IoT,只需进行软件的升级,但对基站陈旧的网络运营商,则需对硬件进行升级。这将导致NB-IoT网络建设的成本增加和时间消耗。另一个问题是全球M2M漫游。理论上,运营商需支持三种标准,分别是:CAT-M,EC-GSM,NB-IoT,以及GPRS。

第三,应用和商业模式。为了建立NB-IoT应用和商业模式,移动通信行业需要尽快建立合作伙伴生态圈。例如:德国电信已在柏林和波兰的克拉科夫建立了NB-IoT原型枢纽,这些枢纽被纳入孵化器中,为开发者提供快速学习的环境,激励新的商业模式思考、缩短产品市场化的时间。

第四,与LPWAN(低功耗广域物联网)技术的竞争。LoRa和Sigfox已被证明是重要的发展技术,其中,Sigfox已在24个国家投入使用,LoRa继续在一些国家、专网和社区网建设中使用。由于NB-IoT在近期内不会大规模部署,其它技术竞争者仍有机会确定自己的市场定位。

a74b4291fdc27015

目前,NB-IoT的市场普及在各国间存在差异。在许多国家,潜在的运营商可能面临来自非移动LPWAN网的强有力竞争。例如,在荷兰,KPN已建立了国家LoRa网,在这种情况下,它可能不太会采用NB-IoT。

第五,确定正确的市场进入战略。LPWAN的应用具有在非常规的间隔中发送小数据有效载荷的特性。潜在的用户可能需要更多低价值的服务。在这种情况下,NB-IoT运营商需要开发相应的战略,应对这样的市场需求。主要策略包括:建立市场与品牌间的平衡;扩大市场占有率,不仅限于传统的M2M业务;在低端市场避免成本价格战,侧重于可控制价格溢价的应用;探索新商业模式以创造价值,加强垂直行业合作。

第六,定价计划的设计,主要是物联网数据计划。目前,运营商仍在尝试中。例如:韩国电信最近推出覆盖全国的LoRa网,推出6种数据计划,每一计划对应于使用不同频段的数据应用。它的定价模式是:LoRa的数据计划价格只相当于基于LTE的物联网业务的十分之一。在拥有LoRa或Sigfox业务的国家,NB-IoT的资费不得不保持合理的竞争区间。而在英国,由于没有国家LPWAN网络,NB-IoT运营商在设计定价结构时,会有更多回旋余地。

此外,低速数据传输、隐私和安全、IT系统的转换时间等问题,都将限制其发展。

eMTC

LTE-M,即LTE-Machine-to-Machine,是基于LTE演进的物联网技术,在R12中叫Low-Cost MTC,在R13中被称为LTE enhanced MTC,即eMTC,旨在基于现有的LTE载波满足物联网设备需求。eMTC基于蜂窝网络进行部署,支持上下行最大1Mbps的峰值速率,属于物联网中速率,其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽,可以直接接入现有的LTE网络。

f2952107e1e07d0e

技术优势

窄带LTE其中最主要的几个特性。

第一,系统复杂性地大幅度降低,复杂程度及成本得到了极大的优化。

第二,功耗极度降低,电池续航时间大幅度增强。

第三,网络的覆盖能力大大加强。

第四,网络覆盖的密度增强。

eMTC具备LPWA基本的四大能力:一是广覆盖,在同样的频段下,eMTC比现有的网络增益15dB,极大地提升了LTE网络的深度覆盖能力;二是具备支撑海量连接的能力,eMTC一个扇区能够支持近10万个连接;三是更低功耗,eMTC终端模块的待机时间可长达10年;四是更低的模块成本,大规模的连接将会带来模组芯片成本的快速下降,eMTC芯片目标成本在1~2美金左右。

d78bff3e7e43fa0f

应用场景

应用在智能物流中,具有防盗、防调换、实时温度传感和可定位优势,能够实时监控及定位,将信息记录及上传,可以对行驶轨迹查询;在智能可穿戴设备中,可支持健康监测、视频业务、数据回传和定位;依靠目前的蜂窝网交互屏幕,提供包括智能充电桩、候机宝、电梯卫士、智能公交站牌、公共自行车管理等方面的应用场景。

面临的挑战

eMTC与NB-IoT的典型特性差异在于,eMTC终端工作带宽可以达到1.08MHz,远远高于NB-IoT终端的200kHz,因此,eMTC终端的峰值速率远远高于NB-IoT终端。基于上述特征,业界普遍认为eMTC技术能够提供较为低廉的VoLTE终端方案,并能够具备较好的业务质量,但通过详细的技术分析,采用eMTC技术支持语音业务或提供语音解决方案,实际效果可能难以乐观。

低功耗特征

为了能够在电力供应受限环境中提供物联网服务,像NB-IoT一样,eMTC也将低功耗作为系统设计目标,期望能够基于较小容量的电池,支持终端10年免维护,并且与NB-IoT一样采用了eDRX(Extended Discontinuous Reception)和PSM(Power Saving Mode)两种节电技术。

对于典型的低频次物联网业务,比如自动抄表类,由于业务频次非常低,采用这两种技术可以让终端长期处于休眠状态,只在需要进行数据传输的时候进行工作,因此可以非常节电,但这种良好的节电效果只对频次较低的业务有效,对于VoLTE业务而言,终端需要经常监听网络寻呼,以及时响应到达的呼叫,所以无法采用eDRX和PSM技术的节电机制。

大连接特征

万物互联的要求,需要物联网技术能够服务海量的终端,为此3GPP设计了CP(Control Plane)优化与UP(User Plane)优化两种空口技术优化方案,对于小包传送的物联网业务,可以节省大量的空口信令,提升传输效率。但对于VoLTE语音业务,是无法采用CP及UP优化方案提升容量的,因此eMTC对于VoLTE不具有提升容量的能力。

e77bd55f370ccd7d

广覆盖特征

考虑到有些物联网终端往往处于建筑物内部的较深位置,典型的比如水表,所处环境往往信号非常微弱,eMTC设计了重复技术以增强覆盖,通过上、下行无线信号的重复,可以在接收端累积信号能量,从而增强覆盖。但正是由于无线信号的重复,造成平均业务速率降低,也就是说,这种覆盖增强技术是以业务速率降低为代价换取的,所以,对于VoLTE这种需要一定速率保障的业务而言,eMTC的覆盖增强技术没有带来任何好处。

低成本eMTC终端方案

eMTC终端(芯片)的低成本方案主要包括:较小工作带宽,eMTC终端的工作带宽为1.08MHz,这种工作带宽虽然比NB-IoT更高,但相较于普通LTE终端却低了许多,能够降低器件价格以及芯片计算能力要求,从而降低总体价格;较低的峰值速率,相对LTE而言,较低的峰值速率降低了芯片计算能力和Buffer要求,从而降低芯片价格;单终端接收天线,降低射频器件成本;半双工方案,可以省下终端射频的双工器,从而降低终端的成本。

LoRa

LoRa是LPWAN通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统,进而扩展传感网络。

LoRa网络构成

目前,LoRa主要在全球免费频段运行,包括433、868、915 MHz等。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。LoRa网络主要由终端(可内置LoRa模块)、网关(或称基站)、Server和云四部分组成。应用数据可双向传输。

19d07bf0f4f50174

技术优势

按需部署:LoRa可以根据应用需要,规划和部署网络、根据现场环境针对性放置基站/网关、更容易做到无缝覆盖,而改善覆盖质量还可以降低功耗,提高系统容量、个人,企业或机构可部署,并且可以满足安全需求,数据也可私有。

轻量级:相比于其他的LPWAN技术协议,LoRa的系统复杂度更低,硬件实现简单,对资源要求较低,轻量级的LoRaWAN协议,软件实现简单,部署实施简单。

低成本:LoRaWAN模块量产,价格已经在USD5以下,并逐渐接近2G模块价格,室外型基站已低至USD500左右,室内型USD100,从国外运营商来看,LoRa月租可达eMTC月租的1/5~1/10甚至更低。

7e5955caee12611c

应用场景

LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用,如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。

面临的挑战

城市级网络覆盖:LoRa没有运营商的支出,布网方面先天弱势。

频谱资源:LoRa采用免费频段,可能存在干扰问题,尽管LoRa本身抗干扰能力强,LoRaWAN协议本身也有规避干扰的措施。但物理干扰难于完全避免。

应对措施:去碎片化,建设统一的广域网网,络共建,资源共享。同时需要做到更轻量级,更低成本,LoRaWAN模块的成本需要向2G模块的成本看齐,甚至向WiFi模块靠近。

总结:每种技术都有特点和优势,满足不同的诉求和市场,多LPWAN技术将百花齐放,共生共存。

 

继续阅读
Qorvo @ CES 2018 如何解决物联网最棘手的射频挑战

了解Qorvo如何解决物联网最棘手的射频挑战 时间:1月9 - 12日,地点:Sands Expo,展厅A-D展位42531 智能家居,智能城市,万物智能。 Qorvo专家将参加国际消费电子展 - 了解我们如何解决这些关键问题

边缘计算遇上人工智能会擦著什么样的火花?

人工智能在边缘侧的不断扩展,是驾驭数据洪流的关键环节之一,也是物联网未来发展的重要趋势。随着人工智能如火如荼的发展,海量数据需要快速有效地分析和提取洞察,这也大大加强了对于边缘计算的需求。

世界物联网大会,三大运营商都有什么动作?

12月2日至5日,第四届世界互联网大会在乌镇举行。中国联通携互联网+、物联网、沃云、大数据等四大领域十余项智慧体验项目精彩亮相,为世界数字经济发展贡献中国方案、中国智慧。

解读物联网带来的四大影响

IHS 预测,物联网市场将从 2015 年的 154 亿台设备发展到 2020 年的 307 亿台,再到 2025 年的 754 亿台。也就是说,在未来 10 年将实现 600 亿台设备的增长。(数据来源:物联网平台:物联网的技术支撑,2016 年 3 月)

物联网时代 运营商安全业务新趋势

在经历了模拟时代、数字时代、互联网时代之后,目前全球通信产业已经进入软件定义网络时代。该时代主要技术特征是网络架构的变革,即从垂直封闭架构转向水平开放架构。顺应产业发展形势,各大运营商先后提出了网络重构战略,以“增强网络活力”和满足“互联网 ”业务发展需求为目标,重定义、重设计网络架构,构建新型的泛在、敏捷、按需的智能型网络。这不仅为运营商的深化转型提供了强大的武器,更为包括安全界在内的产业链上下游带来创新与发展的契机。