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窄带物联⺴（NB-IoT） 发展的思考 2016年4⽉ 2⺫录 什么是NB-IoT 对如何发展NB-IoT的思考 总结 为什么要发展NB-IoT 3物联⺴业务种类繁多，难以⽤单⼀技术满⾜ 中档类 LPWA类 （低功耗、⼲覆盖） 典型业务 • 视频监控 • 机器⼈ • 智慧医疗 • 可穿戴设备（需语⾳） • 智能家防 （需视频） 数据收集和控制类： • ⽆线抄表 • 环境监测 • 智能家居 • 物流 • 可穿戴设备 （⽆需语⾳） 业务特点 • 速率1Mbps，视频信息 • 流量⾼ • 功耗不敏感 • 100kbps速率1Mbps，需语⾳ • 功耗不敏感 • 速率100kbps，以⽂本为主 • 流量不⾼ • ⼀般功耗敏感 • 覆盖要求更⾼ 物联⺴连接分类 ⾼速率 连接规模巨⼤ l LPWA（LowPowerWideArea）类业务：物联⺴世界存在⼤量的传感类、控制类连接需求，这些连接速率要求很低，但对功耗和成本⾮常敏感，且分布很⼲、海量，现有3G/4G技术从成本上⽆法满⾜需求；⺫前2G虽然已在承担⼀部分对功耗要求相对不⾼的业务需求，但明显还有⼤量需求⽆法满⾜，也不是⻓期发展的⽅案 4运营商现有⺴络难以承担LPWA的重任 LPWA类业务连接是全球产业关注的重要市场，也是公司⾯向⼤连接战略应当考虑满⾜的场景之⼀，但现有2G/3G/4G⺴络难以承担这类业务 1 终端功耗过⾼[1] 3 典型场景⺴络覆盖不⾜，例如：室内的⽆线抄表、边远地区的环境监控和地下资源监控 2 ⽆法满⾜海量终端应⽤需求 4 终端种类多、批量⼩，业务开发⻔槛⾼，综合成本⾼ 当前物联⺴应⽤⾯临多个问题 现有4G技术速率⾼、成本⾼，2G能⼒弱且⽆法⻓期存在，不能满⾜LPWA业务需求 超强覆盖 如：相⽐GSM增强20dB 超低功耗 如：5Wh电池续航10年 超低成本 模组成本⼩于5美元， 甚⾄未来要求2美元 超⼤连接 如：⼤于5万连接每⼩区 LPWA业务要求 LPWA应⽤部分痛点 注[1]：使⽤5Wh电池，2G终端待机⼤概2个⽉左右 5 5 NB-IoT采⽤超窄带、重复传输、精简⺴络协议等设计，以牺牲⼀定速率、时延、移动性性能，获取⾯向LWPA物联⺴的承载能⼒。 NBIoT的200kHz带宽，易于2G⺴络腾频和升级⽀持，同时⼦载波采⽤15/3.75kHz(与LTE⼦载波相同或1/4)，可以独⽴部署，也可以与LTE共载波部署；NBIoT初步满⾜⼤连接要求，未来还可以进⼀步升级满⾜5G需求，成为5G的⼀部分。 NB-IoT是3GPP专为运营商定制的LPWA蜂窝解决⽅案 ⽆线⺴ - 窄带设计，提升功率谱密度（23dBm@3.75kHz） - 重复传输，提升覆盖能⼒ - eDRX，⻓周期DRX，提升连接态睡眠时间（2.56秒-4⼩时） - PSM，引⼊新状态，在IDLE态基础上关闭射频，进⼀步省电 - 简化协议栈、简化RF - 简化基带处理复杂度，相对于普通LTE，基带复杂度降低10%，射频降低约65% - ⾼集成度设计 - ⾼功率谱密度带来极度覆盖下更⾼的频谱效率 - 更⼩的资源粒度，降低⼩包传输下的资源浪费 - 信令流程简化，例如附着流程、TAU流程等 - 数据承载优化，例如控制⾯⽅案、⽤户⾯⽅案、⾮IP传输等 - 协议栈精简，例如取消切换、CSFB等 - 状态机更新，例如ECM-Suspended、PSM等 核⼼⺴ 终端 深度覆盖 （增强20dB） 低功耗 （续航10年） 低成本 （芯⽚＜5美⾦） ⼤连接 （5万连接/⼩区） 6⺫录 什么是NB-IoT 对如何发展NB-IoT的思考 总结 为什么要发展NB-IoT 7物联⺴市场潜⼒巨⼤，即将进⼊⼤规模井喷式发展 数据来源和测算依据： 公司发展战略部根据IDC2015年11⽉报告、Cisco2013年报告、MachinaResearch2015年6⽉报告、McKinsey报告等测算 2015年 2020年 ⼈的连接数（亿） 物的连接数（亿） 500 100 100 200 300 400 500 全球 中国 全球 中国 80% 20% 连接数： ‒ 2020年全球市场规模500亿 ‒ 中国市场突破100亿，其中90亿物的连接 市场规模： ‒ 2025年全球物联市场规模19万亿元 ‒ 中国物联市场突破3.5万亿元 全球（亿元） 中国（亿元） 数据来源和测算依据： 公司发展战略部基于⻨肯锡2015年7⽉报告测算 29 170 l ⺫前⼤众消费市场⽇趋饱和，导致运营商盈利增⻓趋缓，亟待寻求新的盈利增⻓点 l 据市场调研机构预测，未来5-10年物联⺴连接数和市场规模将发⽣⼤规模井喷式发展 8万物互联已成为全球运营商、科技企业和产业联盟积极布局的重要战略⽅向 全球主流运营商将IoT产业作为营收增⻓新引擎 传统电信企业及系统解决⽅案提供商发⼒IoT业务 互联⺴企业⼲泛布局IoT产业 产业联盟积极构建IoT⽣态系统 • Vodafone：⾃建并运营了全球第三⼤M2M平台（GDSP），计划2019年实现M2MSIM卡在全球90%以上区域的⽆缝漫游 • AT&T：已认证2600+IoT设备，联⺴IoT设备约2500万，过去2年IoT⽤户数增加2.5倍；重点布局⻋联⺴、物流跟踪管理、智慧电⺴等业务 • SKTelecom：2015.1发布基于oneM2M标准的IoT开放平台ThingPlug；2016年计划在全国范围部署基于LoRa协议的LPWA⺴络 • 爱⽴信：2016.1在CES发布三⼤物联⺴解决⽅案：智能抄表、⽤户/物联⺴数据分析解决⽅案、⾯向⼤规模IoT的⺴络软件17A • 华为：2015.5发布敏捷物联解决⽅案，包括轻量级物联⺴操作系统LiteOS、敏捷物联⺴关、敏捷控制器 • IBM：2015年宣布投资30亿美元打造物联⺴事业部，创建IBM物联⺴⾏业开放云平台 • 微软：2015.9发布IoT开发套件AzureIoTSuite • Google：2015.5发布基于安卓的嵌⼊式IoT操作系统Brillo及通信协议Weave；先后收购Nest、Dropcam和Revolv布局智能家居 • Apple：2014年发布智能家居平台HomeKit，可通过iPhone/iPad控制搭载HomeKit的产品 • 腾讯：发布QQ物联智能硬件开放平台、微信硬件平台、TencentOS系统布局智能硬件⽣态系统；截⽌2015.8，微信硬件平台接⼊设备为2500万 • OneM2M：2012.7正式成⽴，物联⺴领域国际标准化组织，成员包括ATIS、CCSA、ETSI、ARIB等 • AllSeenAlliance：2013年由Linux基⾦会牵头成⽴，致⼒于推进万物互联的跨⾏业联盟，已有200+公司（如⾼通、微软、海尔等）加⼊，提供开源跨系统的通信软件架构AllJoyn • OpenConnectivityFoundation：2014年由Intel、三星牵头成⽴，和AllSeen定位类似，已有165+成员公司，提供开源跨系统通信软件架构IoTivityproject • Wi-FiAlliance：2016.1公布适合物联⺴的WiFiHaLow 9运营商必须基于⾃⾝的独特优势切⼊，并寻求新的商业模式 基于⾮授权频谱 ⾃组⺴ ⾮蜂窝物联⺴现状及问题 l 存在干扰问题，导致传输可靠性降低 l 传输安全性低 l LoRa、Sigfox：产业规模⼩，⽆法形成规模市场效应 l WiFi、Zigbee等短距通信技术：覆盖能⼒弱，⼀般需采⽤两级组⺴⽅案，配置复杂、维护/使⽤⻔槛⾼ 基于授权 频谱 丰富的⺴络运维经验 l 传输可靠性更⾼ l 传输安全性更强 l 帮助物联⺴业务提供商解决⺴络部署和维护问题，可实现终端即插即⽤，⼤幅降低业务部署⻔槛 运营商切⼊物联⺴的独特优势 运营商需借助⾃⾝优势，抓住万物互联发展新机遇，扩⼤新连接，实现新增⻓，但需挖掘物联⺴的新型商业模式，以便更好发挥我公司善于利⽤连接驱动增⻓的发展模式 10l NB-IoT在覆盖、功耗、成本、连接数等⽅⾯性能最优，最符合LPWA类业务需求 l NB-IoT⽆法满⾜对移动性及速率要求较⾼、数据量⼤、需要语⾳业务的应⽤需求，可考虑eMTC、Cat1等候选技术 l NB-IoT在900MHz部署，腾频难度低，但是需要新建或改造⺴络，有⼀定复杂度 指标 新技术 ⾮蜂窝 基于现有蜂窝⺴的物联⺴能⼒优化 LPWA需求 NB-IoT LoRa Sigfox EC-GSM TD-LTE Cat.1 TD-LTECat.0 TD-LTECat.M (eMTC) LTEFDDCat.M(eMTC) 覆盖 极深⼲度覆盖 164dB 155dB 160dB 154dB@终端23dBm发射功率 146.7dB 146.7dB 155.7dB 155.7dB 功耗1 10年 约10年 3-5年 约10年 约10年 ⼩于0.1年 约5年 约10年 约10年 平均模组成本2 ⼩于5美元 ⼩于5美元 约7美元 ⼩于5美元 约5美元 约15美元 约10美元 ⼩于10美元 ⼩于10美元 连接数 5万每⼩区 约5万 约1万 约1万 约2万 1200 （RRC连接态） 同Cat1 约1.8万 约1.8万 速率 上⾏峰值 160bps 70kbps 5.5kbps 100bps 170kbps 1Mbps 200kbps 200kbps FD:1Mbps HD:375kbps 下⾏峰值 160bps 30kbps 5.5kbps 100bps 290kbps 7Mbps 750kbps 750kbps FD:800kbps HD:300kbps 其他 移动性 低速／⽆业务连续性要求 低速／⼩区重选 低速／⼩区重选 ⾼速／⼩区切换 语⾳能⼒ 不要求 不⽀持 不⽀持 不⽀持 ⽀持 不⽀持 标准中计划⽀持，但能⼒尚不确定 产业⽀持及成熟度 —— 最早16年Q3 ⾮主流通信企业⽀持，已商⽤ 仅爱⽴信、诺基亚有产品计划 现⺴已⽀持 最早16年Q2 最早16年Q3 注1：续航时间根据3GPPLPWA模型推算得出，电池容量为5Wh，详情⻅备⽚。实际续航时间与电池特性、业务量、⺴络状况等密切相关。 注2：成本为初步估计值，仅供参考。 NB-IoT相⽐于其它窄带物联⺴技术存在优势 11全球运营商及领先的电信设备商积极布局NB-IoT，⼒求占领产业制⾼点 上⾯公司是GSMANBIoTForum的成员，后⾯还在扩⼤。我公司是论坛的创始单位和副主席单位。另外，我公司在GTI成⽴NB-IoTAdHoc及NB-IoTOpenLab，携⼿华为等主流设备商在MWC2016展⽰NB-IoT环境监测应⽤ 12NB-IoT产业处于研发加速阶段，业界关注度⾼ NB-IoT技术标准简化，产业链投⼊⼒度⼤，产品研发周期较传统3G/4G有望⼤幅缩短，但作为全新的系统，成熟需要过程，因此仍需⼤⼒推进 芯⽚ 模组 终端 ⽆线 核⼼⺴ 3GPP标准化完成 推出预商⽤产品 部分⼚家具 备商⽤能⼒ 更多⼚家具备商⽤能⼒ 2016.Q2 2016.Q3 2016.Q4 2017.H1 2017.H2 13⺫录 什么是NB-IoT 对如何发展NB-IoT的思考 总结 为什么要发展NB-IoT 14NB-IoT商⽤需考虑的关键技术问题 NB-IoT商⽤⺴络 业务发展 ⺴络建设 运营⼿段 商业 模式 ⽤户卡 和码号 ⽆线 核⼼⺴ 传输 安全 终端 业务 计费 ⽀撑 系统 经营 ⽅式 ⺴管 平台 数据 中⼼ 15新模式：基于NB-IoT连接创造新服务价值 各国运营商挖掘IoT的典型和创新级应⽤，推动实现规模效应 IoT 智慧城市 智慧健康 智慧⼯业 智慧⽣活和⼯作 案例1：Orange定位业务 利⽤Lora⺴络定位汽⻋、钥匙、⼉童并反馈位置信息⾄⼿机 案例2：匈⽛利电信公司成功进⾏街灯远程管理外场测试 利⽤Lora⺴络对城市街灯的开关进⾏远程控制 在流量收费和连接收费基础上，开放平台能⼒，发展提供应⽤和服务的新型商业模式 流量收费 连接收费 基于应⽤和服务的新型收费模式 • 对Io