許多行業(yè)觀察者都將大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（Massive IoT：mIoT）應(yīng)用稱為即將推出的5G移動網(wǎng)絡(luò)的殺手級應(yīng)用。但是，這并不意味著許多先進的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，包括以無人機為基礎(chǔ)的服務(wù)將需要等到5G被標(biāo)準化和商用化之后才能夠成為現(xiàn)實。 1.引言 當(dāng)前基于4G LTE的兩大物聯(lián)網(wǎng)（IoT）即LTE-M和NB-IoT已經(jīng)能夠支持包括資產(chǎn)跟蹤，智能電表以及其它關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用如在商用LTE網(wǎng)絡(luò)上的進行無人機控制的能力. 許多行業(yè)觀察者都將大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（Massive IoT：mIoT）應(yīng)用稱為即將推出的5G移動網(wǎng)絡(luò)的殺手級應(yīng)用。但是，這并不意味著許多先進的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，包括以無人機為基礎(chǔ)的服務(wù)將需要等到5G被標(biāo)準化和商用化之后才能夠成為現(xiàn)實。即使在現(xiàn)在基于現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)許多先進的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也在不斷涌現(xiàn)，例如高通公司花了數(shù)月時間使用商用LTE網(wǎng)絡(luò)來控制無人機（UAV：unmanned aerial vehicles）。 為了支持大規(guī)模地連接的設(shè)備，3GPP在Release 13協(xié)議規(guī)范中推出了包括窄帶IoT（NB-IoT）和eMTC（增強機型通信）等支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的協(xié)議標(biāo)準，以及在更早的協(xié)議版本中更常見基于LTE連接的LTE-M協(xié)議標(biāo)準，如圖1所示。 圖1 旨在增強對大規(guī)模MTC應(yīng)用支持的3GPP LTE協(xié)議的逐步演進步驟 第一個3GPP 5G NR協(xié)議版本提供支持eMBB（增強型移動寬帶）和URLLC（超可靠，低延遲通信）應(yīng)用的技術(shù)，這些技術(shù)解決高性能物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的應(yīng)用場景。然而，它不會針對低復(fù)雜度的IoT應(yīng)用（也稱為大規(guī)模機器通信或者mMTC（Massive MTC））。 那么我們?nèi)绾尾拍軐崿F(xiàn)連接大型IoT的5G愿景？要清楚的是，術(shù)語“大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)”是指數(shù)十億的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括事物和機器，壽命10年及以上，即使在最偏遠的地方也需要無處不在的連接，例如深埋在地下的傳感器。 為了實現(xiàn)大規(guī)模（按照3GPP定義，每平方公里至少有1百萬個設(shè)備），移動網(wǎng)絡(luò)必須更有效地支持通常不會頻繁通信的最簡單的設(shè)備，并且具有超能效，因此可以提供極長的例如10年以上的電池壽命。聽起來很有挑戰(zhàn)性，但是我們不必等待5G到來才開始連接大量的物聯(lián)網(wǎng)。 如圖1所示，3GPP已經(jīng)在版本13（Release 13）中引入了兩套互補的窄帶LTE 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)：eMTC（增強機型通信）和NB-IoT（物聯(lián)網(wǎng)）。兩者都針對較低的復(fù)雜性和功率，更高的覆蓋范圍和更高的器件密度進行了優(yōu)化，同時能夠與其他LTE服務(wù)（如常規(guī)的移動寬帶）無縫共存。 eMTC（增強機型通信）和NB-IoT（物聯(lián)網(wǎng)）共同拓展了LTE的技術(shù)組合，以支持更廣泛的低功耗IoT應(yīng)用場景。 2.蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面開花 今天基于事物互聯(lián)網(wǎng)即物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的應(yīng)用遍布在我們的日常生活中，如共享單車，連接的恒溫器，攝像機和其他智能家居設(shè)備，以及為水電煤等公用事業(yè)運營商提供類似于智能電網(wǎng)的資源使用情況的詳細了解、部署等。 但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)推動新的更多的垂直行業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型時，在某個時刻物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)必將變得十分巨大起來， 3GPP將每平方公里擁有100萬臺及以上的連接設(shè)備稱為“大規(guī)模（Massive）”，所以屆時傳感器將遍及全球，其中許多是相對簡單的設(shè)備，不一定需要采用支持超高容量和非常低延遲的5G技術(shù)，對于這些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用LTE-M和NB-IoT就是最佳的選擇。 LTE-M和NB-IoT是互補的，因為它們的協(xié)議規(guī)范的不同能力來支持廣泛的存在差異的應(yīng)用場景。LTE-M使用1.4MHz LTE信號帶寬能夠提供1 Mbps的峰值下行鏈路和上行鏈路速度，NB-IoT支持使用180kHz信道帶寬，支持50 Kbps下行鏈路和上行鏈路的峰值速率?！癓TE-M”能夠支持VoLTE等基本功能，并為范圍廣泛的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用場景（包括資產(chǎn)跟蹤器和可穿戴設(shè)備）提供全面的移動性支持。而另一方面，NB-IoT可以物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備縮小到極端的簡單，并且可以提供更深的覆蓋范圍，支持像電表和傳感器這樣的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。 圖2 互補的eMTC和NB-IoT解決了大量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景 我們真的需要eMTC和NB-IoT來連接大量的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備嗎？答案是肯定的，因為互為補充的eMTC和NB-IoT是為不同類型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景而設(shè)計的。 eMTC可以使用1.4 MHz的帶寬提供高達1 Mbps的吞吐量，并支持基本功能，例如VoLTE和完全移動性，適用于廣泛的IoT用例，包括資產(chǎn)跟蹤器和可穿戴產(chǎn)品。而另一方面，對于低吞吐量，延遲容忍的應(yīng)用，例如測量儀表和傳感器等，NB-IoT可以縮小到極端簡單。 它使數(shù)據(jù)速率僅為10 kbps等級，信號帶寬為200 kHz，并且可提供更高的覆蓋范圍。此外，NB-IoT可以部署在現(xiàn)有的LTE頻帶內(nèi)，在兩個常規(guī)LTE載波之間的保護帶中，或者以獨立模式部署，并且同時為重新使用已經(jīng)建設(shè)好的GSM（2G / GPRS）頻譜提供了一個簡單的遷移路徑。 圖3 下行鏈路中NB-IoT獨立部署，在LTE帶內(nèi)以及LTE保護帶內(nèi)部署的示例圖示。 3GPP除Release 13協(xié)議版本之外，還有一個豐富的LTE 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的演進路線圖，這將為進一步的改進提供更多的支持，以滿足未來的巨量的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）連接需求。例如，Release 14將會為eMTC和NB-IoT帶來新的功能，例如單小區(qū)組播，實現(xiàn)易于實現(xiàn)空口中（over-the-air：OTA）對固件升級，以及增強設(shè)備定位功能以進行資產(chǎn)定位跟蹤。此外，還有兩個正在進行的Release 15版本的協(xié)議工作項目在進一步增強eMTC和NB-IoT功能，包括喚醒接收機以及TDD支持NB-IoT等新的功能。 圖4 3GPP 協(xié)議Release13及更高版本中的LTE 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）演進圖 應(yīng)該清楚的是，LTE IoT今天開始連接大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，eMTC和NB-IoT將會在未來幾年內(nèi)不斷發(fā)展 - 利用LTE網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，壽命和全球覆蓋（甚至也可以無縫地實現(xiàn)從2G演進過來）。最終將形成一個5G NR支持的大型物聯(lián)網(wǎng)（IoT）解決方案。 一些面向未來應(yīng)用的先進設(shè)計技術(shù)將包括NOMA（非正交多址：non-orthogonal multiple access），利用RSMA（資源分配多址訪問;resources speared multiple access）實現(xiàn)無需授權(quán)的傳輸 - 在需要的情況下設(shè)備可以在不需要許可的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)，以及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（mesh networking ）這將擴展LTE網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備到設(shè)備的通信功能。 另一個激動人心的方面是擴展到無牌頻譜（unlicensed spectrum）。 MulteFire聯(lián)盟（MulteFire Alliance ：）正在試圖讓LTE IoT可以在無許可頻譜中運行，以擴展并超越由MulteFire 1.0所支持的移動寬帶和高性能IoT功能。利用窄帶LTE IoT技術(shù)將為專用LTE網(wǎng)絡(luò)（private LTE）帶來新的機遇，并可以實現(xiàn)LPWA（低功率廣域）的應(yīng)用場景。 為了加強對極具市場前景的LTE物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的控制，高通正在提供支持eMTC設(shè)備類別Cat-M1，NB-IoT設(shè)備類別Cat-NB1和E-GPRS等的商用多模解決方案。高通的MDM9206是一款靈活的單SKU（Stock Keeping Unit（庫存量單位））解決方案，可通過單一硬件，軟件和RF設(shè)計實現(xiàn)全球部署。 圖5 高通支持多種模式應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)芯片 幾周前，高通與Mobike（摩拜單車）和中國移動進行的聯(lián)合實地測試 - 測試中將利用高通的的LTE IoT多模式解決方案。 圖6 高通，中國移動和Mobike（摩拜單車）測試LTE IoT多模芯片 該測試將使用中國移動的2G / 4G多模網(wǎng)絡(luò)和Mobike（摩拜單車）的智能鎖，以及由高通的調(diào)制解調(diào)器支持的IoT應(yīng)用；LTE調(diào)制解調(diào)器支持的LTE連接和集成的GNSS位置定位功能旨在幫助Mobike客戶準確識別可用的自行車，加快智能鎖的解鎖過程并協(xié)助實時管理共享自行車。 此外，高通的全球多模式LTE調(diào)制解調(diào)器與該公司的低功耗藍牙解決方案一起計劃在智能Mobike Preferred Location（sMPL）平臺中使用，以支持亞米級別的定位，從而幫助Mobike（摩拜單車）實時監(jiān)控其自行車的位置和整體 狀態(tài)，包括來自不同地區(qū)的自行車數(shù)量，位置和交通信息。 該平臺還旨在為摩拜單車的工作人員提供自行車的交付，調(diào)度，操作和維護等的精確說明。 全球的移動運營商也開始推出支持Cat-M1和Cat-NB1設(shè)備的商用LTE IoT網(wǎng)絡(luò)。我們看到20多家移動運營商已經(jīng)公開宣布了部署LTE IoT的承諾，更多的eMTC和/或NB-IoT技術(shù)正在進行商業(yè)化準備。 雖然5G將增強對物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的支持，但現(xiàn)有的LTE已經(jīng)能夠支持多種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 圖7 截至2017年6月，運營商承諾部署LTE IoT - LTE IoT 在全球發(fā)展勢頭強勁 據(jù)悉，工信部近日發(fā)文要求加快NB-IoT在國內(nèi)落地，到今年年底建成基站規(guī)模40萬個，到2020年建成基站規(guī)模150萬個。 隨著全聯(lián)接時代到來，傳統(tǒng)的電力、交通、能源、化工、制造等行業(yè)都在積極探尋自身的轉(zhuǎn)型升級之路。作為由電信力量主導(dǎo)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準，NB-IoT技術(shù)在深度覆蓋、超大鏈接、超低功耗、超低成本等方面均有突出優(yōu)勢，已成為推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進程的重要抓手。 根據(jù)工信部下發(fā)的通知，建設(shè)NB-IoT基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展基于NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用，有助于推進網(wǎng)絡(luò)強國和制造強國建設(shè)、促進“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”和“互聯(lián)網(wǎng) ”發(fā)展。 工信部要求，加快完成國內(nèi)NB-IoT設(shè)備、模組等技術(shù)要求和測試方法標(biāo)準制定；加快eSIM/軟SIM在NB-IoT網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方案研究。要求加快推進網(wǎng)絡(luò)部署，到2017年末，實現(xiàn)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋直轄市、省會城市等主要城市，基站規(guī)模達到40萬個；到2020年，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全國普遍覆蓋，面向室內(nèi)、交通路網(wǎng)、地下管網(wǎng)等應(yīng)用場景實現(xiàn)深度覆蓋，基站規(guī)模達到150萬個。 同時，要求推廣NB-IoT在細分領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步形成規(guī)模應(yīng)用體系，2017年實現(xiàn)基于NB-IoT的M2M連接超過2000萬，2020年總連接數(shù)超過6億。 2016年6月16日，NB-IoT技術(shù)協(xié)議獲得3GPP通過，成為史上建立最快的3GPP標(biāo)準之一，目前已經(jīng)凍結(jié)并可在全球部署。全球主流運營商均對此積極布局，并催生出一系列的商用場景；近期，國內(nèi)三大運營商相繼啟動了NB-IoT預(yù)商用。 圖8 工信部要求到2020年在中國建成150萬個NB-IoT基站規(guī)模 總而言之，LTE IoT的未來是非常光明的，LTE 將攜LTE-M和NB-IoT技術(shù)向前昂首邁進5G時代，物聯(lián)網(wǎng)將繼續(xù)成為5G的殺手級應(yīng)用之一。 本文轉(zhuǎn)載自 (mbbeetchina)