浅谈物联网技术与展望

Thursday 23rd March 2017
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5G 世代启动了!5G 网络涵盖的应用层面更加宽广,主要包含两个并行但要求方向截然不同的网络覆盖:一个是超高速带宽,另一个是低功耗广域。超高速带宽的网络让高数据量、超低延迟的传输变成可行,由于高功耗的关系,主要会应用在与人交互之间的应用。低功耗广域的网络 (LPWAN, Low-Power Wide-Area Network) 则以巨量的物与物的连接和部分人与物的交互作用为主要应用场景。因为有极其大量的端点装置需要采用低功耗广域网,期将带来巨大的商业价值,但面对这样一个应用多变的网络,如何最佳的解决特定场景所要求的数据流量小、人工干预少、部署时间长,比如像智慧抄表、智慧停车、生态农业、智慧建筑等,以现有广泛商用的2G/3G/4G、WLAN及其他无线技术都无法应对。
广义来说既有的 GPRS/GSM 技术都有机会应用在广域的物联网,但是在全球电信标准的演化过程中,这类 2G 技术将在近期被快速淘汰,发展更合适的低功耗广域网标准变成业界殷切的期盼,也是不同标准之间激烈竞争的战场。经过初期百家争鸣的阶段,低功耗广域物联网技术逐渐分成两个族群,一类是未授权频谱的 Lora 和 SigFox,另一类是运作于授权频谱由 3GPP 支持的 2G/3G/4G 移动技术的 LTE-Cat-M 和 NB-IoT。

在标准的竞争态势上,Lora 和 SigFox 已经起跑了数年,也有其特定拥护者,但是在依赖使用未授权频谱来支持服务状况下,此类技术无法有效要求于既有的全球营运商,相对的 3GPP 所支持的技术可比使用 Lora 和 SigFox 技术拥有数据安全性、建设网络成本、产业链和网络覆盖的优越性,共重要的 3GPP 所支持的技术可以企及更大的客群规模。我们可以从 NB-IoT 能支持全球网络就略窥一二。

而事实上从技术规格也看得出 3GPP 所支持的 NB-IoT 对 Lora 和 SigFox 有着显著的优势。所以在可见的未来,NB-IoT 技术崛起,将会限制并进一步取代早发展的 Lora 或 SigFox 市场。

3GPP 提出的技术主要有三种标准: LTE-Cat-M、EC-GSM、NB-IoT。
LTE-Cat-M 的 M 意旨 Machine-to-Machine,是基于 LTE 演进的物联网技术,透过现有的 LTE 载波满足物联网设备的需求。EC-GSM (Extended Coverage-GSM) 为扩展覆盖 GSM 技术,属于基于传统 2G 技术的升级。其原本要求是将窄带 (200 kHz) 物联网技术迁移到GSM上,寻求比传统GPRS高20dB的更广的覆盖范围,这像是把一座老屋给重新整建。但随着技术的演进,原本的通信协议需要进行重新定义,以期得到干净的通讯环境,这称为 clean-slate 方案,有点像是把环境重新整理干净后再来盖个完整崭新的大楼,这就出现了 NB-IoT。
NB-IoT 可以视作是个全新的低功耗广域物联网技术,相对于现有LTE网络上的更动较大,但却是唯一能够达成以下五大目标的技术:提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和减少时间延迟。在标准的支持上 NB-IoT 对硬件的要求 (如内存和双工器) 并没有 LTE-Cat-M 来的严格,因此在应用的实践上更能贴近大量部属的商转成本。加上 NB-IoT 在数据传输量上的突破,可望在电信商的支持上得到更大的助力,我们已经观察到 NB-IoT 整体网络布建速度已经在不同区域国家加速进行。

NB-IoT作为全球电信等级的覆盖技术,在低功耗、低成本、广覆盖等方面表现都优于其他技术。目前,NB-IoT的核心标准制定完成不久,在运营商的大力推进和厂家的积极配合下,随着场域测试及测试部署的推进,相信NB-IoT的产业链将逐步走向成熟。

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