NB-IoT将大步迈向商业化

2019-04-20
14:00:06
来源: 半导体行业观察

从过去到现在,物联网的定义正不断变化。在今年,物联网的定义为:将智能设备连接到云端,以便从感测器或致动器来传输数据,这些数据可以直接或间接地货币化,并实现解决方案的创新。而这样的过程中,还可以节省人力或创造新的生活模式。此外,AI和边际运算都将与物联网快速融合,到 2019 年底,这两者都将成为物联网定义的组成部分。

在2017年 12 月, 3GPP 发布 R14 NB-IoT 标准,并于 2018 年宣布 NB-IoT 开始商业应用。回顾前几代行动通信,每个发展阶段都明显改变了人们的日常型态,并强化了数据传输的便利性。具体来说, 2G 通信提供了行动语音呼叫、 3G 通信开始了行动网络,至于 4G 行动网络则开启了行动视讯串流的多媒体服务。在现今的 4G 电信基础设施下,人们可以透过网络获取数据,甚至依据需求来增加数据性质与数量,进而为物联网创造更多的商机。

 

NB-IoT带领物联网迈向商业应用

建立R14的 NB-IoT 规范,目的在于满足大多数物联网终端设备的应用情境。物联网终端设备通常支援 60kbps 的上行链路峰值速率,和 20kbps 的下行链路峰值速率,用户的设备频宽上限为 200kHz ,主要目的是在于符合物联网应用中,较小数据封包的需求。该规范的目标在于使 NB-IoT 能够降低功耗,这是克服行动通信以及物联网市场应用的最关键挑战之一。此外, R14 还规范 NB-IoT 在成本与 RF 收发器及用户的市场预期价格之间取得一个平衡点。

NB-IoT透过较低的传输速率和降低的功耗,来响应大多数物联网使用情境的要求。但是,在某些情况下,一些物联网应用程序需要使用其他行动通信协议。例如,行动设备和基地台之间的通信,就必须克服切换的问题,当设备从一个基地台区域行进到另一个基地台区域时,这些切换的问题可能会破坏行动设备和基地台之间的链路。为了避免切换失败, LTE Cat.M1 更适合于物联网通信,因为它提供了更宽的传输频宽,以便允许数据封包可容纳更多的容错代码。

智慧水表及电表是运用NB-IoT的最佳范例,水、电表通常安装于隐蔽处,传统无线网络难以覆盖, NB-IoT 便可改善这些状况。

 

LPWA应用快速升温

随着LPWA( Low Power Wide Area ;低功耗广域网络)需求大幅成长,这将为 NB-IoT 带来更大的应用商机。未来智能电表将从非蜂巢式结构,转换成为独立的蜂巢式 LPWA 电表。而智能停车也将获得更大的成长空间,特别是在 NB-IoT LTE-M 的全面部署之后。

事实上,NB-IoT/LTE-M技术具广覆盖、低成本、低功耗之优势, LPWA 可应用于智慧三表、智慧城市、智慧建筑及资产追踪等物联网创新领域。 LPWA 布署可于既有的 LTE 电信网络架构进行升级使用,建置容易且提供具可靠性的服务品质。智慧水表及智慧电表便是运用 NB-IoT/LTE-M 技术的最佳范例,水、电表通常安装于下水道等隐蔽处,传统无线网络难以覆盖之区域, NB-IoT/LTE-M 技术即可改善这些状况。

此外,NB-IoT的 SoC 单芯片也将成为新趋势。包括 IoT SoC 单芯片与系统级封装 SiP ,其中 MCU 与解调器 / 基频芯片的整合,将成为物联网发展的下一波浪潮,它将改变物联网的动态模组市场。这主要是由高通、华为、 GCT 、联发科、 Sequans Nordic Altair 等半导体厂商所共同推动的。而这些厂商,都正在积极寻求将 NB-IoT 单芯片推向市场的价格甜蜜点。

就现阶段观察,业界正朝着智能化模组发展,全时安全的云端连结,并利用云端运算的资源。但是,接下来将看到越来越多采用模组化的方式来执行智能化边际运算的案例,或利用AI来驱动边际运算的功能。这种边际运算由顶级云端运算厂商所推动,例如 Google 、微软、亚马逊、 FogHorn 等,以及包括与 ST NXP Qualcomm Silicon-labs USI 等多家半导体和模组供应商密切合作的公司。

根据研究机构Counterpoint指出,到 2019 年底,全球物联网装置连结数量将达到达到 16 亿。在 2018 年,我们已经可以看到部分采用 LTE-M NB-IoT LPWA 应用部署,这通常取决于地理位置和各运营商的 LPWA 网络策略。在接下来的时间里,这样的趋势将会加速,因为最初部署 LTE-M 的一些运营商,现在正在将 NB-IoT 导入到其物联网发展策略的蓝图中。例如中国将继续引领全球物联网的蜂巢式网络连接, Vodafone 将成为中国境外最大的运营商,而 AT T 将继续领导美国的物联网网络连接。但事实上,连接只占物联网价值链收入的 12 %,且包括传统连网和 LPWA 技术的每用户平均收入也正不断下降。

许多新兴国家都正在开始采用行动LPWA物联网方案。像印度、巴西和非洲这样的新兴市场可以为物联网的应用提供巨大的规模,但与中国相比,这些区域在连接一切的道路上,进度可能依然落后其他地区。尽管如此,新兴市场却依然为物联网提供了庞大的成长机会,在印度,就有类似 Jio 这样的运营商正大力推动物联网,其他包括 Telefonica MTN Vodafone 等厂商也都是积极的市场参与者,并计划利用 NB-IoT 来大规模部署 LPWAN 网络在其应用市场中。在 2019 年,尽管还无法全面性部署,但也将成为未来大规模应用的垫脚石。

 

2020年NB-IoT的物联网商机

NB-IoT的优势包括覆盖范围广、功耗低(约 5 10 年无需更换电池)、成本低,并且能够使用现有的 2G/3G/LTE 蜂巢式网络基础设施来连接大量的设备。目前 NB-IoT 已被 Vodafone 、中国移动、中国电信和中国联通等一线电信运营商采用。此外,包括华为、高通、英特尔和 Sanechips 等上游 IC 制造商,也都已经开始提供 NB-IoT 芯片和模组等解决方案。

作为最近的标准化技术,NB-IoT也正面临现有的 Sigfox LoRa 等技术的价格竞争压力。然而, NB-IoT 供应链对芯片、模组、终端装置、运营商和应用市场的集中度较高,并还有许多通信产业的厂商支持。包括许多知名的电信运营商、设备制造商和关注低功耗网络应用的公司都采用了这种新技术。此外,许多研究和分析也都预测 NB-IoT 具有良好的未来前景,因为它相对具有更大应用优势。

尽管具有优势,然而NB-IoT现阶段必须致力于降低芯片与模组的成本,来带动更大的市场需求,否则 NB-IoT 将难以与其他更具价格竞争力的 LPWAN 技术解决方案竞争。此外, NB-IoT 还必须在网络利用率和优化等方面,提高部署的时间效率与成本。就目前的观察来看, 85 %的蜂巢式基地台只需要升级其软件就可以支援 NB-IoT 的操作,而其余的则将需要硬体方面的升级来满足 NB-IoT 需求,这将会需要营运商增加基础设施的投资成本。

 

结语

尽管网络部署存在各种挑战,特别是对于影响网络覆盖和信号传输的复杂和恶劣环境中的设施,需要各种最佳化工具来提高信号品质。但是,这些前期投资将可为物联网市场带来巨大的市场商机。实际上,预计到2020年,全球 M2M 设备的数量将可望达到 70 亿个。

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