物联网加持下,NB-IoT技术“一骑绝尘”

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半导体投资联盟
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2019-11-05 · 23:45
[ 亿欧导读 ] 5G的到来加速了物联网需求的爆发,物联网连接技术标准的混战也在不断升级。尤其是低功耗广域网络(LPWAN)的竞争愈演愈烈,NB-IoT目前正处于绝对的领先地位。
物联网 IOT,NB-IoT,物联网,芯片 图片来自“123RF”

我们常常会听到,物联网将构建一个万物互联互通的时代,而只有标准才能真正实现互联互通。

同时,5G的到来加速了物联网需求的爆发,物联网连接技术标准的混战也在不断升级。尤其是低功耗广域网络(LPWAN)的竞争愈演愈烈,其中包括LoRa、NB-IoT、SigFox、RPMA、Weightless等各个技术流派。

而在这一系列LPWAN技术选项中,NB-IoT目前正处于绝对的领先地位。

NB-IoT为何能够领先

NB-IoT是窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)的简称,是一种基于LTE蜂窝技术的低功耗广域网络技术标准。不同的是,LTE主要服务于“人”,而NB-IoT服务于“物”。

而NB-IoT使用License频段这一特点,也使得其可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,与现有网络共存,以降低部署成本,实现平滑升级。

另外,NB-IoT所拥有的四大特点,也完美契合物联网的应用。

首先,低功耗。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。

其次,低成本。NB-IoT可以在现有的LTE网络基础上进行改造,进而快速完成组网。加上各大运营商都在大力推动LTE网络建设,这对于NB-IoT的覆盖也有正面作用。

第三,大连接数。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。在一定的空间内,多设备不会产生互相干扰,NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

第四,广覆盖。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。

急速爆发的NB-IoT市场

也正是基于以上技术特点,近年来随着物联网市场的逐步成熟,NB-IoT在很多细分领域也开始大战拳脚。

比如,在远程抄表方面。人工上门抄表是原始的水气表数据统计方式,但随着社会的发展,这种方式存在着包括效率低、人力成本高、出错率高、无法进门和维护管理困难等弊端。此后出现的出现GPRS远程抄表,虽然比人工抄表更先进也更安全,但是也有功耗高、信号差和通讯基站用户容量小等缺点。

而NB-IoT技术能够完美解决这一系列问题。它在同一基站中通讯用户容量是GPRS远程抄表的10倍;待机时间更可以长达10年以上;可覆盖到室内和地下室;模块的成本也更低。

另一个例子就是畜牧业。以往,养殖户主要通过人工的方式来对放养的牲畜进行监控和驱赶,但是这不仅浪费人力,也很难形成一个监管系统。而GPRS通讯基站容量很难支撑起庞大的牲畜群,设备的续航时间也不如人意。另外,由于牧场主要在中国的北部和西部边疆地区,信号覆盖强度也存在问题。

NB-IoT则能够突破GPRS技术的瓶颈,在偏远地区拥有更强、更广的信号覆盖和更大的通讯基站用户容量。

以紫光展锐的牲畜检测追踪智能项圈方案为例,它能够对牧场牲畜的健康、生理周期、位置、活动情况进行检测,提高牲畜繁殖效率、提升产奶量和提供走失定位报警。项圈通过GPS定位,数据可通过NB-IoT/GSM网络传输到牲畜信息管理平台。牧民通过网页或手机客户端就可以实时获取牲畜体征信息。

除了上述内容,NB-IoT还可以被应用在智能锁、路灯监控、井盖监控和资产定位等多个领域。“万物互联互通”的呼声越来越响亮,NB-IoT凭借其优异的特性将在未来全面数字化的社会中大展拳脚。

NB-IoT市场未来

但是单纯只有应用并不能完全支撑NB-IoT市场的发展。

资深业内人士告诉集微网记者,近年来NB-IoT的快速发展得益于技术本身的优势,同时也离不开政策的支持和整个产业链的推动。

政策方面,2017年6月,工信部发布了《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》,通知要求:一是加强NB-IoT标准与技术研究,打造完整产业体系;二是推广NB-IoT在细分领域的应用,逐步形成规模应用体系;三是优化NB-IoT应用政策环境,创造良好可持续发展条件。

产业链方面,为了配合产业转型升级,运营商以NB-IoT物联网为突破口,开启一次次大规模的NB-IoT模块招标来加速NB-IoT应用和产业发展。

标准方面,早在3GPP R13协议中,NB-IoT核心标准就已冻结;R15协议支持NR与NB-IoT的共存部署方案,从而确保了5G部署后存量的NB-IoT终端业务不受影响;R16协议明确支持NB-IoT接入5G新核心网,确保NB-IoT在5G时代技术发展的连续性;在即将于2019年年底启动立项的R17协议中,爱立信、高通等公司明确提出R17LPWA基于NB-IoT继续演进。

此外,各大芯片厂商也开启了在NB-IoT领域的一场角逐。2018年12月,中国移动终端实验室公布了NB-IoT芯片(模组)评测结果,如下图所示,在定点场景的功耗、业务时延,以及移动场景的成功率、业务时延和功耗等关键性能上,紫光展锐的春藤8908A相较同类厂商表现优异。

芯片平台及定点场景

芯片平台及定点场景

业务成功率

业务成功率

由于春藤8908A的性能优异,2018年11月,在中国联通300万片模组标单中,该芯片以55%的占比斩获中国联通NB-IoT通信模块项目芯片部分的最大份额。在不断满足国内需求的同时,展锐还先后通过了欧洲最大电信运营商德国电信及南非最大电信运营商MTN的NB认证测试,在国际市场上崭露头角。

与机遇并存的挑战

虽然NB-IoT市场未来可期,但也存在着诸多难点。例如客户的定制化需求多,再加上同行之间的竞争激烈,利润值也持续走低。

据悉,由于模块厂商在价格方面的激烈竞争,短短几年间,模块价格从70元人民币下降到20元,NB-IoT芯片价格则从5美元降低到2美元以下。

对此,紫光展锐智能物联产品线总经理鲜苗表示,当前价格已经不是制约NB-IoT发展的主因,着眼于应用端的健康生态才是当前发展的重点。

不过,硬件也需要合理的利润才能保证可持续性发展。基于低功耗和高可靠性的NB-IoT芯片的终端产品才能承载负荷物联网生态需要的操作系统、云平台与应用服务。

针对这些挑战,深耕重点细分市场,深度挖掘需求并提供优质的差异化产品,是当前NB-IoT芯片公司应当关注的。有方科技告诉集微网记者,不同于竞争对手只做模块,公司会提供整套的解决方案:云+管+端,来为客户节省大量开发成本。

另外,由于NB-IoT的主要优势之一就是低功耗。当前的物联网产品中普遍还是使用2G模块,虽然NB-IoT的功耗比2G略好一些,但在中等频率和高频率实时使用中并没有绝对优势。这也是NB-IoT需要面临的挑战之一。

对此,鲜苗则表示,NB-IoT起初可能只是2G的替代品,只有当2G网络不好用了的时候才会被迫选择NB-IoT。但从实际应用角度来看,远程抄表、无线烟感和电动车防盗这些领域恰好是2G没有触及到的地方。再加上2G必然会退出历史舞台,尽管2G向NB-IoT的转变略显缓慢,但NB-IoT的四大特性会促使一些行业在选用NB-IoT时会做出与以往使用2G时不同的产品。

总结

目前,5G已经全国正式商用,而中国运营商们也已经启动或正在准备2G/3G退网计划事宜。在这一变迁当中,NB-IoT所扮演的角色将进行一次华丽的转身。站上物联网主舞台的NB-IoT,已经成为了全球最佳、最主流、首选的LPWAN技术。

在大带宽的5G时代,如何把NB-IoT技术淋漓尽致地运用到各行各业当中,这是目前我们需要思考的问题。随着竞争越来越激烈,硬件利润越来越薄,NB-IoT芯片(模组)供应商们也要制订好应对策略,才能在这一潜力市场占得更多席位。

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