在5G加速布局的推动下,NB-IoT以其独特优势被看作加速物联网落地的最佳契机。随着NB-IoT获5G家族正式身份,产业化发展腾飞在即。

跻身5G标准,终结多标准时代

回顾通信技术发展历史,5G之前,通信标准一直处于军阀割据、群雄竞起的状态。
1G 时代是移动通信的拓荒时代,未形成统一通信标准。
2G 时代通信技术大致可以分为两种,一种是欧洲电信标准协会基于 TDMA主持开发的 GSM,另一种是高通的 CDMA。加上较为小众的日系 PHS,共三大标准。
3G 时代:中国、美国及欧洲各有一个网络标准。美国发展了 CDMA 2000,欧洲在 GSM 的基础上推出WCDMA,而中国也推出了自己的TD-SCDMA标准,登上国际舞台。
4G 时代:欧洲联合中国把美国挤出4G标准体系,欧洲的LTE FDD和中国的TD-LTE成为4G的两大标准。
全球通信标准的统一能够助力产业协同发展。在以往多标准共存的情况下,供应商、运营商、生产商的产品需要兼容不同标准,放大了产业整体成本。5G 时代标准的统一解决过了去标准碎片化、无法互联互通、无法形成足够的经济规模等诸多痛点,从而促进通信产业繁荣。5G 统一标准已成为共识,多标准时代将终结 。
NB-IoT助物联网行业乘风破浪

NB-IoT诞生于2014年5月华为和Vodafone共同提出的NB-M2M技术,而后进化为NB-CIoT;2015年7月,Nokia、Ericsson、Intel提出了NB-LTE技术,随后3GPP在上述两者之上着手制定标准,并在2016年7月确定标准,至此NB-IoT正式形成。
NB-IoT 属于低功耗广域网通信技术(LPWA)的一种,凭借“大连接、广覆盖、低功耗、 高安全”的特点,得到全球主流运营商和通信设备厂商的广泛支持。

目前 LPWA 有三类代表性的技术:LoRa、Sigfox 以及 NB-IoT。LoRa 和 SigFox 都是工作于未授权的 Sub-1GHz ISM 频段,而 NB-IoT 工作于授权频段。LoRa 是由各产业联盟共同推动的网络标准,用户不依靠运营商便可完成 LoRa 网络部署,成本低且自主化程度高; SigFox 是由法国同名公司自行开发的技术,该公司掌握核心网的建设和营运,在全球范围内进行网络基地部署;NB-IoT由通信行业最具有权威的标准化组织 3GPP 制定,并由国际电信联盟批准。
在 LPWA 场景下,NB-IoT技术优势无可替代:

  • 三大运营商所使用的 NB-IoT 频段由国家统一分配,使用者只能通过电信业者或第三方代理商取得授权技术和频段才能使用 NB-IoT相关服务,安全系数及通讯质量较高且基本不存在被清频的风险;
  • NB-IoT 构建于蜂窝网络,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级;
  • LoRa 和 Sigfox 的每日传输次数有限,适合发挥在没有实时通讯需求的领域,而NB-IoT 网络不限制传输信息次数,所携带的数据量相对较高,适用于重视网络在 LPWA 场景下,NB-IoT技术优势无可替代:

    • 三大运营商所使用的 NB-IoT 频段由国家统一分配,使用者只能通过电信业者或第三方代理商取得授权技术和频段才能使用 NB-IoT相关服务,安全系数及通讯质量较高且基本不存在被清频的风险;
    • NB-IoT 构建于蜂窝网络,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级;
    • LoRa 和 Sigfox 的每日传输次数有限,适合发挥在没有实时通讯需求的领域,而NB-IoT 网络不限制传输信息次数,所携带的数据量相对较高,适用于重视网络传输稳定性和实时性的智慧工业领域。

  • 传输稳定性和实时性的智慧工业领域。
探索建设,NB-IoT成为5G先行者

NB-IoT加入5G标准后,5G三大场景核心支持标准已准备就绪,NB-IoT将成为5G商用的先行者,它的建设探索将为5G提供有益借鉴,为5G运营商、设备商、芯片厂商、垂直行业厂商等提供发展方向。
为5G商业化应用积累大量行业经验。目前,国内NB-IoT连接数已超过1亿,NB-IoT已成为名副其实的5G先行者。在各行业应用中探索出新的商业模式和产品形态,为5G深入 to B市场,理解行业数字化需求积累丰富经验。

为5G生态建设提供有益借鉴。NB-IoT发展初期的开放实验室,为应用开发者、终端、模块和芯片制造商提供了预集成测试环境,产业生态企业可以借此开展网络解决方案验证、新应用创新、终端集成及产品认证等工作,大大降低5G产品和方案开发成本。

成为5G mMTC场景业务的关键支点。NB-IoT模组价格快速下降,并已经成为5G从业者进入垂直市场的“敲门砖”。如果企业具备部署NB-IoT资产管理、能源管理方案的能力,在面对5G商业应用需求时,更容易理解并快速为其落地。

更长的技术生命周期保证业界投资回报。NB-IoT获得5G家族正式身份,其生命周期与其他5G技术同步,将在未来10-20年作为5G mMTC为海量物联网接入服务。更长时间的生命周期能够确保运营投资回报。

统一技术演进,保证物联网新需求。NB-IoT R16标准从NB R13/R14/R15演进而来,在空口协议上保持稳定和延续性,确保与之前版本产品的兼容,符合3GPP标准演进的一贯要求。
2G退网在即,NB-IoT完美承载

从国际市场来看,2G 网络关闭早已成为普遍共识。2017 年后新加坡、加拿大、澳大利亚、 泰国、墨西哥等地运营商都相继宣布 2G/3G 的退网时间点。
从国内市场来看,三大运营商自 2018 年前就已经着手 2G/3G 网络清频和退网的工作根据 5G 物联网产业联盟数据显示,虽然通信制式的切换并非一蹴而就, 2019 年后 2G 终端数量进入下行通道。
2G 网络通信退出历史舞台后,数以亿计的联网设备需要新的承载网络来填补空白。根据蜂窝物联网连接的分布图显示:高带宽、低时延的4G、5G网络仅占到总连接的10%左右,主要应用于视频监控、数字医疗、车载导航等对实时性要求较高的业务;另外30%的场景为中低速率的物联网设备,主要应用于POS、智慧家居、储物柜等高频使用但对实时性要求低的场景。未来低速率、高时延、广覆盖应用场景占据物联网连接的60%,比如传感器、计量表、智慧停车、物流运输、智慧建筑等;由此可见,NB-IoT 主要针对60%的低速率广覆盖场景,将接棒 2G 市场并逐步对其进行替代。
此前,智能气表、智能水表、智能电动车、智慧消防已经成为NB-IoT设备连接量突破千万的四个应用场景。今天,2G物联部分业务以及LoRa, Zigbee的应用,如智慧物流、智慧工厂、消费电子、金融电子、智能家居/家电、环境监测、个人看护等也已经成为NB-IoT使能的新兴业务场景。

相对 2G 网络,NB-IoT 覆盖增强,功耗及成本降低,能满足中长期演进需求。

  • 增强覆盖: NB-IoT信息在更窄 LTE 带宽中发送,PSD(功率谱密度)增益更大,终端功率谱密度更高,有利于网络接收端的信号解调,提升了信号穿透能力。
  • 降低功耗:PSM(省电模式)和 dDRX(不连续接收)技术使 NB-IoT 功耗更低。
  • 降低成本: NB-IoT 通信协议栈基于 LTE 设计,舍弃了 LTE 物理层的上行共享信道、物理混合自动重传请求或指示信道等,并采用半双工的通信方式减少设备成本。
政策+产业驱动,NB-IoT商用爆发

从2015年首次提出NB-IoT、2016年标准冻结,到2018年生态趋于成熟、逐渐实现规模商用, NB-IoT作为物联网核心技术,得到政府的大力支持和政策的强力推动。

  • 在国家《新一代信息技术产业规划(2016-2020)》中,建设NB-IoT网络被列为信息通信业“十三五”规划重点工程之一。
  • 2017年6月,工信部发布《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》,进一步提出夯实物联网应用基础设施、推进NB-IoT网络部署和拓展行业应用的具体要求。
  • 2019年5月,工信部、国资委印发《关于开展深入推进宽带网络提速降费、支撑经济高质量发展2019专项行动的通知》,进一步升级NB-IoT网络能力和网络覆盖。
  • 2020年5月7日,工信部《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》提出:到2020年底,NB-IoT网络实现县级以上城市主城区普遍覆盖,重点区域深度覆盖;推动NB-IoT模组价格与2G模组趋同,推动存量 2G/3G 物联网业务向 NB-IoT 等网络迁移;打造一批NB-IoT应用标杆工程和NB-IoT百万级连接规模应用场景。

2020年7月9日,3GPP技术正式被接受为ITU IMT-2020 5G技术标准,包含中国提交的3GPP NR+NB IoT RIT。NB-IoT协议演进、能力持续做强,将成为窄带物联主力承载:12.12 3GPP R17 NB-IoT增强正式立项通过。
运营商这边也在加快网络部署,基站建设逐步完善。根据 GSA 统计,目前已有 157 家运营商正在投资 NB-IoT 技术,其中 106 家已经部署或 推出 NB-IoT 网络。国内三大运营商也加快 NB-IoT 部署进程。2019 年,中国移动在全国已经建成 NB-IoT 基站超过 20 万,覆盖 346 个城市。到2018 年,中国电信已经建成 NB-IoT 基站超过 40 余万个,物联网用户规模超过 8000 万。而早在 2017 年 底,中国联通已实现 300 个城市的 NB-IoT 连接的服务。截至目前,国内三大运营商中目前 NB-IoT 基站总数约为 83 万台。截至 2020 年 2 月底国内三大运营商 NB-IoT 连接用户数数突破 1 亿。此外,运营商资费合理,也有助于用户渗透率提升。根据三大运营商资费来看,NB-IoT业务价格约为 20 元/户/年。
当前,NB-IoT产业生态已经完善,产业链正在加速发展。NB-IoT 产业链主要由芯片、模组、终端、运营商、云平台构成,随着 toB 相关行业的应用升级,产业规模将不断扩大。

在芯片侧,NB-IoT 芯片向高集成度、低成本方向发展。NB-IoT 主流芯片厂商包括华为海思、联发科、紫光展锐、中兴微等传统芯片龙头。随着芯片产业化功能细分,芯片 IP 授权、芯片设计、协议栈开发等服务规模扩大,多家初创 NB-IoT 芯片公司崭露头角,其中移芯通信、芯翼信息等企业发展势头强劲。
在模组侧,NB-IoT 模组向小尺寸、具备主控功能、低成本方向发展,目前价格已下探至 2G 模组同等水平。NB-IoT 模组主要厂家有广和通、移远通信、中移 物联、有方科技、利尔达、骐俊等。

在云平台方面,知名的物联网云平台包括阿里云、华为云等。目前国内运营商也在大力布局云平台及应用,实现自有业务闭环,例如中国移动OneNET、中国电信天翼云、中国联通与沃云,充分发挥在某些垂直行业的整合及应用上的优势。

在终端产品侧,目前 NB-IoT 终端产品主要应用于水、电、燃气等行业的智能表计,智能门锁,定位终端等行业领域。目前我国智能水表、智能燃气表、烟感、电动车监控等典型应用的连接数达到数百上千万,形成了智慧水务、智慧燃气、智慧电动车、智慧消防四大连接数千万级的市场。随着 NB-IoT 网络升级和覆盖水平提高, NB-IoT 终端产品将不断向 C 端市场扩展,满足更广泛更多样的用户需求。
在政策引导、成本下降、出货量提升、产业链发力等多项共同利好因素的促进下, NB-IoT产业必将乘风而起,成为5G的探路先锋,物联网的破浪之桨。