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NB-IoT和eMTC——感受万物互联之精彩
2017-8-15 17:39:22
    
       
  上海世界移动大会刚落下帷幕,各种评论、报道仍余音绕梁,不绝于耳,让人们清晰地感受到一个万物互联、生机勃勃的智能社会在向我们悄然走来。5G如云,物联随行,这两个今年世界移动大会的绝对主角将是中国信息业今后做大做强走向世界的关键。物联网、大数据、人工智能这三大技术的高效协同将是推进智能革命进而改变世界的原动力,而这一切的基础是万物互联,进而才是万物感知和万物智能。
                  物联网的历史简要回顾
  物联网的概念是在1999年提出的,英文名为Internet of Things(IOT),它最初的含义是有传感器的网,应该是各类物体的信息传感器件加互联网的网络连接。传感器技术是笔者上世纪80年代初大学重要的专业课之一,是物联网的基础,如果算上这项技术的发展和成熟,物联网应该有比较久远的演变过程,是厚积而薄发。2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念。2008年后,为了促进科技发展,寻找经济新的增长点,各国政府开始重视下一代的技术规划,都将目光放在了物联网上。2009年,IBM首席执行官首次提出“智慧地球”的概念,希望这个策略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命,其中最关键的是智能革命,物联网创造价值主要是利用连接设备的数量由量变引起质变后可以沉淀大量的数据,进一步形成智能,并通过智能的正反馈来进一步促进物联网的发展,最终利用智慧创造巨大的价值。2009年8月,温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时,提出“感知中国”, 随即物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,写入“政府工作报告”。从此物联网受到全国上下的极大关注,变成了万众创新、大众创业的重要领域,覆盖范围与时俱进,智慧城市、智慧电网、智慧农业、智慧医疗、工业互联网、智能制造等等无不打上了物联网的烙印。
                物联网的制式之争
  1.六大主要制式简介
  “NB-IoT”这个今年非常热的词汇实际上是物联网的一种制式,之前我们比较熟悉的有Bluetooth、ZigBee、SigFox、LoRa等,当然还包括eMTC和LTE Cat1/Cat4。
  * Bluetooth(蓝牙)是近距离、低功耗、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线通信标准。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz,最初由电信巨头爱立信公司于1994年发明,后由蓝牙技术联盟正式推出。蓝牙联盟近日宣布将支持物联网(mesh)网状网,支持数千设备连接,创建大规模设备网络。
  * ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术,主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立,是由ZigBee Alliance联盟2004提出,其后不断完善。它较大的瓶颈还是成本较高,除了芯片还有使用2.4G高频段的种种缺陷。
  * SigFox是一种远距离、低功耗、低成本、低速率的广域网通信技术。整个SigFox网络拓扑是一个可扩展的、高容量的网络,具有非常低的能源消耗,同时保持简单和易于部署的基于星型单元的基础设施。SigFox构建了其网络技术的开放的生态系统,芯片商、方案商、网络运营商等共同推动了这一生态系统的发展。
  * LoRa一种远距离、低功耗、低成本、多节点的双向广域通信技术,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,在LoRa联盟2015成立之前,由Semtech公司提出,除了国内此项技术比较冷清之外,国外有不少商用案例。LoRa的产业链中的每一环均有大量的企业,构成了LoRa的完整生态系统,促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。
  * NB-IoT(Cat-NB1)是专门为低功耗、广覆盖的物联网业务而生的全新系统,至少在深度覆盖、低功耗、低成本、海量连接方面性能优异。该项技术从2015年9月立项以来,迅速开始核心标准研发、性能验证和测试,试商用已经在国内外遍地开花,中国电信已经建设了全球最大的NB-IoT 800M全覆盖网络。在刚刚结束的2017年世界移动大会上海展上,中国电信携手产业链全球合作伙伴发布了物联网连接管理、业务使能管理和垂直应用三位一体的开放平台。
  * eMTC(Cat-M1)是专门为低功耗、广覆盖的物联网业务而生的全新系统,在深度覆盖、低功耗、低成本、海量连接方面性能优异。相比NB-IoT,eMTC 在速率、移动性、兼顾语音方面有优势。基于以上优点,欧洲和美国运营商已开始整网部署,是和NB-IoT互为补充的最优之选。
  2.NB-IoT、eMTC快速崛起
  Bluetooth和ZigBee传输距离较短,采用公共频率,虽然近年来不断升级演进适合mesh网状网传输,但始终是专网、小覆盖的特征,和运营商大网概念相去甚远,适合室内、局域网、专网等使用。SigFox和LoRa适合远距离传输,由于先发优势,目前以这两种技术为代表的非授权频谱LPWA技术在全球范围已经占据了一定的市场优势,但由于在终端续航、海量连接、室内覆盖、传输干扰(使用公用频段)、成本控制等方面的原因,在大规模组网中已见颓势。
  NB-IoT/eMTC则完全不同,首先是运营商主导的规范,是厚积而薄发,两个制式可以互为补充,满足近期物联网的各种要求,后续又有多模芯片配合,可实现双模部署,实现终端连接能力的平滑演进和产业共进。如果对语音、移动性、速率等有较高要求,可选择eMTC技术。相反,如果对这些方面要求不高,而对成本、覆盖等有更高要求,则可选择NB-IoT技术。
                 物联网国内外竞争现状分析
  中国电信运营商一向十分重视技术创新,在目前激烈竞争缺乏新的增长点的背景下,物联网被普遍认为是运营商重新掌控产业链主导地位的关键创新技术,是未来业务增长点。同时作为5G的关键组成部分,NB-IoT/eMTC是运营商必争之地,谁掉队就会处于不利地位。为此国内三大运营商在物联网网络建设、平台建设、垂直行业应用等多方面一齐发力,你追我赶的竞争氛围已经形成。与此同时中国NB-IoT产业联盟迅速扩张,已有成员1500多家,基本覆盖了所有行业。国外主导运营商也不甘落后,在eMTC部署等方面处于领先,NB-IoT商用蓄势待发,国际物联网NB-IoT/eMTC爆发态势已经形成。
  1.预先谋划快人一步(中国电信)
  中国电信几年前就开始参与NB-IoT的标准制定,在标准选择上毫不犹豫,决策之快令人叹服,率先启动800M 31万基站和核心网的升级建设,领先全球各大运营商建成全球最大的NB-IOT物联网全覆盖商用网络,并正式发布了物联网开放平台和相关物联网套餐。同时中国电信已经启动eMTC的相关验证测试工作,计划2018年商用部署。
  2.规模领先后发制人(中国移动)
  中国移动由于TDD制式的问题(NB-IOT只适合FDD),犹豫摇摆,建设、商用稍微滞后了些,但未必不会后发制人。首先是已经获批可进行NB-IoT部署,并于2017年5月在江西鹰潭启动了NB-IoT试商用,今年内将实现全国范围内端到端商用。中国移动将同步推进NB-IoT与eMTC协同发展,从而实现技术互补,产业共进。截至今年5月底,中国移动物联网连接数突破1.2亿,全国移动承载物联网基站数超162万个,是全球最大的物联网连接提供商,年底物联网连接数可达到2亿个。
  3.稳健推进均衡发展(中国联通)
  近期中国联通在上海举行的国际合作伙伴大会上,发布了物联网新一代连接管理平台,打造物联网“全球连接”能力,特别是在连接平台互联互通、e-SIM平台建设应用以及高效合作机制三方面加强合作,加快推动全球物联网部署。同时在建设方面也不甘落后,已在上海、北京、广州、深圳等10余座城市开通了NB-IoT试商用,计划在1.8G和900M进行NB-IoT商用网络部署。中国联通尤其看好并积极推进eMTC测试和部署,联合爱立信、Qualcomm 成功实现了全球首次基于 eMTC的VoLTE 功能的应用演示,引发了行业极大关注。
  4.布局全球舍我其谁(NB-IoT/eMTC)
  国外领先运营商在物联网的布局更早,日本SoftBank甚至购买了ARM物联网芯片公司,有业界观点认为eMTC商用价值大于NB-IoT,主要是基于eMTC包含更多的应用场景和升级改造更为容易。美国AT&T、Verizon去年开始试验eMTC,Verizon已从今年3月31日就推出首个全国性eMTC商用网络。AT&T、Verizon、KDDI、KPN、Orange、NTT DoCoMo、Telefonica、Telstra、Telus都先后开展了eMTC的商用。不少国外主导运营商同时看好NB-IoT,华为预计2017年将在全球建成超过30张NB-IoT网络,覆盖10%的国家和地区。
  在实际应用中两种制式可以优势互补,协同发展。高通适时推出NB-IoT/eMTC/GSM多模终端已逐步赢得大家的普遍共识,今后双制式布局将成为运营商物联网的主流模式。
               物联网的未来前景展望
  物联网的全球发展呈现爆发的态势,运营商的转型之路变得更加宽广,开放合作的产业链生态得以建立和壮大,共同推进万物互联成为现实。首先是网络技术处于快速的发展和演进过程中,NB-IoT和eMTC的R14版本和LTE Cat4/Cat1基本完成,LTE-V包括未来的5G的uRLLC和mMTC物联网标准将会尽快逐步完善,为今后物联网的推进奠定技术基础。在2025年,权威机构预计连接数会超过200亿个,美国公布的《2016-2045年新兴科技趋势报告》最保守的预测也认为到了2045年,将会有超过1000亿的设备连接在互联网上,如此巨大的市场潜力肯定会使得产业链上下游全力以赴。这些连接的设备包括了移动设备、可穿戴设备、家用电器、医疗设备、工业探测器、监控摄像头、汽车以及服装等等。它们产生的海量数据的协同应用必将推进人工智能的革命,从而对我们的工作和生活的方方面面带来一场天翻地覆的变化。
  1.万物互联和智慧城市的深度融合
  据麦肯锡预测,到2025年中国城镇人口将占65%以上,在2045年,据测全世界65%-70%的人口将会居住在城市里。在中国城镇化建设的浪潮中,由于人口基数十分庞大,催生了不少百万级的大型城市和千万级的超大型城市,大城市综合征和基础设施资源的匮乏使得各种问题突显,智慧城市之路成了唯一的选择,如何利用有限的资源高效管理城市的方方面面,万物互联和云计算是最重要的基础设施。当我们把城市中的各种事物井然有序的连接起来,采集的海量数据通过大数据和人工智能技术高效协同产生各种智慧应用,嵌入到城市各项智能化管理和运作中,渗透到人们的工作和生活中,智能社会的雏形就此形成。物联网将有助于各行各业实现节能高效生产,并推动社会的安定及可持续发展,从而实现物联网和智慧城市的深度融合。
  2.万物互联和智能制造的深度融合
  中国是当今世界制造业第一大国,为保持制造业的长期竞争力正向中国制造2025转型,其他发达国家如德国在向智慧化和网络化的工业4.0转型进程中,美国也力推工业互联网。这些智能制造催生的数字工厂的基础是物联网,物联网将制造业生产、监控、企业管理、供应链以及客户反馈等信息系统融为一体,通过数据中心对不同渠道的数据进行智能处理,从而提高生产效率,产品质量和用户满意度。制造端的每台机器都能够通过物联网对话和思考,甚至和上游的原材料供应商数据互联,和下游的用户信息互通了解产品使用情况,帮助企业团队轻松了解产品进、销、存情况,实现所谓“透明工厂”管理。
  3.万物互联和人工智能的深度融合
  物联网和云计算作为未来信息基础设施,在云网融合的大背景下随着技术的进步和产业链上中下游的高度重视处于大爆发的阶段,大数据和人工智能技术在基础设施建设浪潮的助推之下,技术进步日新月异。物联网为人工智能的发展提供大量的数据,而人工智能帮助物联网设备实现智能化,彼此变得密不可分。孙正义指出,物联网和人工智能的关系,正如同眼睛和大脑配合使生物得到进化的关系。物联网的爆发即将来临。从技术层面上看,物联网的四层架构(感知层、网络层、边缘计算层、云计算层)都需要人工智能、深度学习技术的支撑。
  今年的巴塞罗那和上海世界移动大会均已落下帷幕,围绕5G和万物互联对美好智能社会的憧憬和向往使得每一位关注未来美好生活的人们热血沸腾,智能社会的序幕就此拉开。明年的移动大会主题是什么,我们满怀期待。
  (冯武秀)
 
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