運營商物聯(lián)網(wǎng)低功耗M2M技術(shù)的應用現(xiàn)狀與展望

低功耗M2M技術(shù)及業(yè)務市場前景

隨著人與物、物與物連接的增多，未來將是千億連接的時代，加之國際標準組織對技術(shù)標準制定工作的積極推動，低功耗M2M業(yè)務的市場前景十分廣闊。目前，已有物與物的連接大多由藍牙、Wi-Fi等短距離通信技術(shù)承載，而非運營商的移動網(wǎng)絡，低功耗M2M在技術(shù)、需求側(cè)重等方面與傳統(tǒng)移動通信業(yè)務存在的差異，也使得其運營工作面臨挑戰(zhàn)。

GSMA的研究報告定義了7種LPWA應用分類：農(nóng)業(yè)、環(huán)境、消費品、工業(yè)、物流、智能樓宇以及智慧城市/公共事業(yè)。GSMA的LPUC項目組將這些應用分類細分為以下應用案例，具體劃分如下。

1)公共事業(yè)：天然氣以及水計量，配水網(wǎng)絡監(jiān)控，微型發(fā)電。

2)工業(yè)：設備狀態(tài)，工廠控制、處理以及安全監(jiān)控。

3)物流：工業(yè)資產(chǎn)，集裝箱跟蹤(位置及狀態(tài)更新)。

4)智能樓宇：報警系統(tǒng)，制動器，空調(diào)系統(tǒng)，接入控制。

5)消費品及醫(yī)療：可穿戴，家用電器，VIP跟蹤(動物或小孩)，智能自行車，輔助生活，臨床遠程監(jiān)控。

6)農(nóng)業(yè)及環(huán)境：農(nóng)業(yè)應用(養(yǎng)殖及土地監(jiān)測、禽畜跟蹤)，環(huán)境監(jiān)測(污染、噪聲、雨、云、河水流速、健康危害、井等的數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控)。

1.1 低功耗M2M技術(shù)標準及應用情況

目前，國際上主流的低功耗M2M候選技術(shù)主要有4種：3GPP LTE演進技術(shù)LTE eMTC、3GPP.

NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-LTE，以及非3GPP技術(shù)中Sigfox主導的技術(shù)和LoRa聯(lián)盟主導的技術(shù)。四種候選技術(shù)的主要指標對比和部署方案如表1、表2所示。

表1 低功耗M2M候選技術(shù)主要指標對比

表2 低功耗M2M候選技術(shù)部署方案

以上所述的4種低功耗M2M候選技術(shù)中，兩種非3GPP技術(shù)均已實現(xiàn)商用。SigFox公司的低功耗M2M網(wǎng)絡已覆蓋法國、西班牙、荷蘭和英國的部分城市，并正在開拓包括美國在內(nèi)的新市場，另外，SigFox還計劃與一些創(chuàng)業(yè)公司和設備制造商開展合作，以求創(chuàng)造出最好的資源。荷蘭電信和比利時電信選擇了LoRa技術(shù)作為其M2M行業(yè)解決方案支撐，并進行了少量的商業(yè)化部署，法國Actility公司則將LoRa與oneM2M相結(jié)合，形成M2M整體結(jié)合方案并進行相關(guān)的商業(yè)化推廣。在國內(nèi)，中國電信對LoRa技術(shù)進行了相關(guān)實驗，富士康等非電信運營商企業(yè)也將LoRa技術(shù)與自身生產(chǎn)結(jié)合，如采用LoRa建立工廠網(wǎng)絡等。

從以上4種LPWA主流技術(shù)的參數(shù)對比中可以看出，相對于其他三種技術(shù)，NB-IoT在成本、可靠性等諸多方面都存在著明顯的優(yōu)勢。具體體現(xiàn)在以下4個方面。

1)廣覆蓋?；?.5G的NB-IoT能夠提供百倍于4G的連接規(guī)模和百倍于2G的靈敏度，覆蓋增益高達20dB。

2)低功耗。簡化的NB-IoT技術(shù)協(xié)議降低了芯片的功耗，同時提升功放效率，縮短了發(fā)射和接收過程消耗的時間，終端電池壽命可達20年。

3)大連接。NB-IoT具有頻譜效率高，小包數(shù)據(jù)發(fā)送的特征，終端激活比極低，每小區(qū)的連接數(shù)可高達5萬。

4)低成本。NB-IoT通過對射頻硬件、協(xié)議以及基帶實現(xiàn)復雜度的簡化，大大降低了技術(shù)實現(xiàn)成本，模組成本僅為5$。

以上四大顯著優(yōu)勢使得NB-IoT技術(shù)能夠?qū)ｉT定位“低頻、小包、時延不敏感”的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，因此，NB-IoT也成為了主流運營商窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的首選技術(shù)，預計于2017年可實現(xiàn)商用。

1.2 低功耗M2M業(yè)務特點及運營挑戰(zhàn)

低功耗M2M業(yè)務與當前移動寬帶業(yè)務的區(qū)別主要可概括為以下三個方面。

首先，主體客戶不同。移動寬帶業(yè)務的主體客戶為個人客戶，低功耗M2M業(yè)務的主體客戶為政企客戶。其次，主體客戶的需求不同。移動寬帶業(yè)務主體客戶的需求主要是較低的網(wǎng)絡時延、較低的流量資費和高帶寬的網(wǎng)絡連接，低功耗M2M業(yè)務主體客戶的需求則是低功耗低成本的連接、批量靈活的計費、可配置的連接管理、快速的M2M業(yè)務部署和使用、IDC和云虛擬機等基礎設施的建立健全等。再次，兩種業(yè)務的ARPU值和連接數(shù)特點不同。與低連接數(shù)高ARPU值的移動寬帶業(yè)務不同，低功耗M2M在M2M業(yè)務中具有最多的連接數(shù)和相對較低的ARPU值。如何讓低ARPU值的M2M業(yè)務形成具有顯著收益的業(yè)務板塊，也是低功耗M2M運營工作面臨的一大挑戰(zhàn)。

1.3 低功耗M2M業(yè)務市場預測

據(jù)市場分析公司Analysys Mason的預測報告，按單一LPWA連接平均年收入2~3美元計算，預計2015~2017年間，LPWA業(yè)務全球總年收入為4.5億美元。到2018年，LPWA業(yè)務將實現(xiàn)快速增長，連接數(shù)達到4.2億，年收入將達9.7億美元。而到2022年，LPWA的連接數(shù)將增長至27億，全球LPWA業(yè)務總年收入有望達到75億美元。圖1、2展示了全球LPWA總連接數(shù)和業(yè)務年收入的變化趨勢。根據(jù)這一市場預測我們也可以看出，運營商在2018年之前加速完成LPWA商業(yè)化部署的迫切性。

圖1 全球廣域低功耗M2M連接年收入