NB-IOT技术的诞生与发展

只看该作者 · 2019-1-7 20:34

最近几年物联网是一个很容易被人提及的概念，甚至直接上升到了国家的战略层面，所有知道物联网的人都知道物联网未来是大势所趋。在这种大背景下，
最近几年出现的据说非常NB也非常火的低功耗广域网 --- NB-IOT（narrow band IOT，窄带蜂窝物联网），让人感觉再不去了解了解NB-IOT就要落后了。

我们先来看看NB-IOT的诞生背景。回顾当初短距无线传输标准的建立，比如典型的Zigbee标准，它是在2004年为满足低功耗、低数据量、有组网能力的局
域网的需求而建立，一般应用在工业或者智能家居等场合。而后由于物联网技术的发展，局域网的应用始终有限，比如有时候人们还是希望能在离家很远
的地方能知道家中的情况。因此，对广域网的需求也就随之出现，而典型的就是2G（GSM）模块的使用，随着通信技术的发展，就有了3G、4G等物联网用
的广域网模块来解决广域网通信问题。

2G、3G、4G的应用，使得远程通信成为可能。但是，由于这些模块的价格、功耗等问题，使得这些传统的基于运营商的广域网模块不能直接用在一些低
功耗、低数据量的场合下。因此，对于低功耗、低数据量通信需求也就孕育而生。而比较早进入到广域网、低功耗、低数据量的标准其实不是我们所熟知
的NB-IOT或者Lora，而是2009年成立的一家法国公司Sigfox提出的Sigfox标准,它的特点如下：

* 超低功耗、超窄带、抗干扰能力强
* 在环境良好的情况下终端与基站之间有50公里的通讯距离
* Sigfox直接负责Sigfox标准的制定、建立云平台、以及架设通信基站，提供一站式服务
* 工作于非授权频段（470Mhz - 510Mhz）

基于上述的这些特点，按理说，SigFox完全占得了先机并且也契合了当时对低功耗广域网的需求。但是，这家法国公司到现在为止可能还不被大家所熟知。
究其原因一个是与Sigfox的商业模式有关，因为SigFox公司提供的广域网连接是一站式服务。从标准的制定、终端的软件、云平台、甚至基站都要自己或者
联合其他运营商共同架设，并不像Zigbee或者Z-Wave等协议由多个公司组成的联盟一起推进标准的发展与应用。这意味着对于其他公司而言，Sigfox唱的
是独角戏，其他公司除了应用，并没有多少话语权，这无疑是限制Sigfox推广与应用的一个原因。另一个原因就是由于Sigfox采用的超窄带，每次终端上报
的有效数据量只有12字节，实在小的可怜，这无疑也是限制Sigfox应用的另一个原因。Sigfox的这些劣势，也让后面发展起来的各种广域网技术有了发展的
空间，而其中最具代表性的就是NB-IOT以及LoRaWAN技术。

前面我们说过，最早在广域网中应用的技术就是2G、3G、4G等技术，但是由于功耗、价格等原因满足不了一些低功耗、小数据量的需求，因此，最早的时
候是华为和沃达丰在2013年就合作开始了低带宽、低功耗网络连接技术的研究，并于2014向国际标准组织3GPP做技术提案，随后高通、中兴、爱立信、
诺基亚等公司的加入进一步完善低带宽网络连接技术最终在2016年形成了我们现在所知的NB-IOT技术。这个标准的推出解决了普通的2G、3G等模块无法
解决的问题 --- 超低功耗、低成本、低数据量通信同时兼顾了传统蜂窝网络的特点，比如覆盖广、工作于授权频段、抗干扰能力强以及信息相对更安全等等。
不仅如此，由于NB-IOT使用的网络根植于传统的移动运营商（比如电信、移动等）网络，使得NB-IOT的大规模应用要比刚刚介绍的Sigfox要快的多。因此，
各大芯片厂，比如高通、华为、intel、MTK等公司纷纷推出了自己的NB-IOT芯片（见下图），全球很多主流运营商也开始升级部署自己的基站并推出NB-IOT
套餐以适应NB-IOT的需要（见下图），传统的GSM模块厂商也开始推出基于NB-IOT标准的物联网模块，比如移远、有方等。

我们看到，由于NB-IOT的整个产业链越来越完整，从芯片到运营商到NB-IOT模块已经有越来越多的公司加入，整个产业链的竞争势必比较激烈，对于NB-IOT
模块的企业来说，其价格总会趋向合理的水平。据笔者了解到，目前NB-IOT模块大概就在30*币左右。这里我主要从应用的层面来看看NB-IOT的应用，我们
先看看NB-IOT的工作框架，见下图。

从上图我们可以看到，要使用NB-IOT网络，通信的一个重要环节就是终端的数据经过基站到达用户需要经过移动运营商，这其中就会涉及两个问题，一个就是
对于终端客户来说，终端客户是需要向移动运营商缴费的，不过就如电信的物联网套餐，费用到是不高。另一个问题就是对于企业来说，终端数据需要经过云
平台，然后从云平台到达用户终端。这意味企业要么要有自己的云平台，有自己的用户终端，要么就接入第三方的云平台以及使用第三方的用户终端。据笔者了
解到，如果NB-IOT模块要接入到电信网络，是必须要使用电信的云平台的，如果使用的是移动或者联通网络，可以选择接入自己的云平台，也可以选择运营商的
云平台或者其他第三方的专业云平台，比如中消云的平台，然后企业终端（app）对接到相应的云平台中。

在使用NB-IOT技术时，我们需要考虑两点，第一点就是费用问题，其中包括物联网套餐费用以及第三方云平台的使用费用等。第二点就是对于自身技术实力不足
的公司，需要考虑使用谁的云平台以及使用谁的用户终端（app）。上述两点对于有些企业来说无疑是缺点，这意味有些企业想进入到NB-IOT领域还是有些门槛，
在一定程度上恐怕也会限制了NB-IOT的进一步普及与发展。在这一点上，反而没有前面提到的Sigfox有优势，因为Sigfox提供的是一站式服务，基站、云平台等等
全部向用户提供。

除了上述NB-IOT的提到的一些不足以外，由于NB-IOT根植于传统的蜂窝网络，虽然蜂窝网络的覆盖面非常广，但是对于一些偏僻的，建筑非常密集的地区有时候
还是没有信号，这一点我们在有些地区使用手机的时候是有体会的。因此，虽然NB-IOT有全球顶级公司助阵，特别在中国，政府明确指出要加强NB-IoT 标准和
技术研究，打造完整的产业体系的背景下，NB-IOT依然无法满足所有的广域网需求。此时，其他广域网技术就有发展的余地，其中最具代表性的无疑是LoRaWAN。

下面是SigFox、LoRa、NB-IOT的对比图

从图中可以看到，LoRaWAN相比于NB-IOT来说，对于应用者来说，最大的不同有三点。第一个是LoRa允许自建网络，也可以使用一些LoRa运营商的网络，而NB-IOT
只能使用移动运营商的网络甚至是云平台。第二个是LoRa工作于非授权频段，而NB-IOT工作于授权频段。第三个是由于LoRa可以自建局域网，这意味着LoRa可以独自
工作在一些偏僻或者没有蜂窝信号的地方。

从上面的论述可以看出，不论是Sigfox、LoRa或者NB-IOT，他们虽然都是广域网、低功耗技术。但是他们都有不同的应用场景，不同的优缺点，能解决不同场合
的需要。所以，也并没有谁就一定能淘汰谁。不过，虽然谁也不一定能淘汰谁，但是在可预测的未来，这些广域网技术占领的市场份额肯定是不一样的。其中，
由于NB-IOT有全球各大移动运营商支持，产业链完备，以及国家在政策上的支持，发展可能也是未来最快的。而LoRa截止在2018年11月，已在全球拥有96家
网络运营商，其中大部分都不是本地的主流运营商，因此形成公共网络的难度比较大，但在私有网络群体中因为其灵活型以及产业生态优势，LoRa能得到快速
落地，也是私有物联网络的主导形式。Sigfox虽然发展速度不及NB-IOT以及LoRa，但是其Sigfox网络已经在全球60个国家部署，特别在一些欧美国家做到全境
覆盖，加之其固有特点，势必未来也能在物联网市场获得一定的份额。

从这些广域网的技术特点可以看出，这些低功耗广域网走的是差异化竞争的道路，他们都有各自的使用场合。对于广域网技术的使用者来说，任何技术的出现
本质上都是为了满足需求，只有需求才能促进技术的演变与发展，在这个过程中，旧的技术逐渐被新的技术取代是常态，而新出现的技术能解决一些问题但是
不可能解决所有问题，就像NB-IOT与LoRa的应用场合不一样，还无法做到谁就能完全代替谁。因此对于新技术的出现我们应该以平常心来对待，要根据自己的
产品需要去选择新技术，而不是根据新技术选择做什么产品，前者更多是为用户考虑，后者更多是做技术的角度考虑，两者之间的差别也决定了我们所设计的
产品的**。

只看该作者 · 2019-1-7 20:37

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