NB-IoT/LoRa并非新事物，看其30多年間的演進(jìn)和變換

NB-IoT/LoRa這些低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并非新的事物，30多年前在蜂窩網(wǎng)絡(luò)還未商用之時(shí)，一些行業(yè)就采用M2M方式來給低速率終端聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，當(dāng)年的DataTAC、Mobitex、AlarmNet網(wǎng)絡(luò)與今天的LPWAN有相似的拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)技術(shù)近年來已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最熱門和最吸引眼球的部分，在一些場(chǎng)合，NB-IoT或LoRa都成了物聯(lián)網(wǎng)的代名詞了，仿佛一個(gè)項(xiàng)目沒有和NB-IoT或LoRa有點(diǎn)關(guān)系都不算物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目了。不過，雖然NB-IoT、LoRa是近幾年出現(xiàn)并開始商用，但此類低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的想法并不是新鮮事物，那些對(duì)低數(shù)據(jù)吞吐量有明確需求的應(yīng)用落地已經(jīng)有了超過30年的歷史。實(shí)際上，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)還未商用之前，一些行業(yè)就采用M2M方式來給低速率終端聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，使用專用的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，這些無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和今天的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)有相似的拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有些直至今日仍然在一些利基場(chǎng)景中使用。

30多年間的演進(jìn)和變換

從上世界80年代開始，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)已在全球各地開始萌芽，部分技術(shù)形成的網(wǎng)絡(luò)已發(fā)展到較大應(yīng)用規(guī)模。比較典型的包括：

(1)全球化的低速率數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)DataTAC

DataTAC是一個(gè)窄帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最初由美國MDI(MobileData International)研發(fā)。使用該技術(shù)的窄帶無線網(wǎng)絡(luò)ARDIS網(wǎng)絡(luò)，是由摩托羅拉和IBM上世紀(jì)80年代初投資建設(shè)的合資公司。這張網(wǎng)絡(luò)專為數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用而設(shè)計(jì)，運(yùn)行在800MHz頻譜上，其數(shù)據(jù)速率為19.2 kbps，而且最為知名的是擁有比高速率網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)的穿透性。除了尋呼機(jī)和黑莓的郵件外，ARDIS在其他方面中也有廣泛的應(yīng)用，比如安全、車隊(duì)追蹤、信用卡授權(quán)和銷售自動(dòng)化等。

具體來說，ARDIS是一張集群式無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，不能用于語音通信。該網(wǎng)絡(luò)上行時(shí)運(yùn)行在806 MHz到821 MHz之間，下行時(shí)運(yùn)行在851 MHz至866 MHz之間，有25KHz的信道間隔。在那個(gè)時(shí)候，ARDIS已具備一定規(guī)模，在美國都市統(tǒng)計(jì)區(qū)域(MSAs)的城市中有400座最大城市已被覆蓋，涵蓋了美國90%城市核心商業(yè)區(qū)以及80%的總?cè)丝?。ARDIS也稱得上全球化的網(wǎng)絡(luò)，它在英國、加拿大、德國、澳大利亞、馬來西亞、新加坡和泰國有分支，比如澳洲電訊、和記電訊在澳大利亞、香港都部署運(yùn)營了ARDIS網(wǎng)絡(luò)。1995-1996年期間，ARDIS在全球已擁有超過44,000個(gè)客戶(大部分是企業(yè)客戶)，在個(gè)別區(qū)域里其容量已超出極限值，不過ARDIS更多會(huì)隨著需求增加來增加容量和覆蓋。

在現(xiàn)在看來，ARDIS的費(fèi)率非常之高，對(duì)消息傳送服務(wù)來說，從每月39美元的最低套餐(包含100條消息)到每月139美元的白金套餐(包含650條消息)，對(duì)于非消息類應(yīng)用的服務(wù)，每個(gè)數(shù)據(jù)包收取6美分，或者每100字節(jié)數(shù)據(jù)收取3美分，此類套餐不可用于email。ARDIS也做了不少室內(nèi)深度覆蓋，而且由于全國性的覆蓋，ARDIS的用戶在各大城市之間可以無縫漫游。

不過，在當(dāng)時(shí)的背景下，ARDIS僅提供數(shù)據(jù)服務(wù)，而當(dāng)時(shí)人們對(duì)于基于語音的通信需求非常旺盛，加上這張網(wǎng)絡(luò)缺乏像思科、Ascend、北電等主流硬件設(shè)備廠商的支持，讓這張網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)揮的作用有限。后來，摩托羅拉和IBM均將其股份出售給電信運(yùn)營商美國移動(dòng)(American Mobile)，美國移動(dòng)將ARDIS的客戶并入了其部署的2G網(wǎng)絡(luò)中，這張?jiān)缙诘牡凸膹V域網(wǎng)絡(luò)宣告結(jié)束。

(2)源于歐洲的Mobitex

Mobitex也是一項(xiàng)窄帶數(shù)據(jù)通信技術(shù)，在上世紀(jì)80年代由瑞典TeleverketRadio研發(fā)，數(shù)年后Televerket Radio和愛立信的合資公司擁有Mobitex，來進(jìn)一步完善該技術(shù)，這家合資公司為Eritel，后來成為愛立信的一個(gè)子公司。Mobitex在歐洲運(yùn)行在400-450 MHz頻段上，在北美運(yùn)行在900MHz頻段上，該技術(shù)使用12.5KHz帶寬傳輸數(shù)據(jù)，最高速率8kbps，最大的覆蓋范圍可以達(dá)到30公里。1986年Mobitex開始在瑞典部署，后來也擴(kuò)展到英國和美國等地，與DataTAC類似，除了用于尋呼和黑莓郵件外，也用于公共交通、安全和大量M2M場(chǎng)景，其中在美國911事件和2005颶風(fēng)救援行動(dòng)中，Mobitex發(fā)揮了一定作用。

Mobitex也是一個(gè)全球化的網(wǎng)絡(luò)，在5大洲30多個(gè)國家實(shí)現(xiàn)部署(其中包括在中國小范圍部署)，而且形成大量的運(yùn)營商，比如在美國就有RAM Mobile Data、BellSouth Wireless Data、Cingular Interactive、CingularWireless和Velocita Wireless這些運(yùn)營商，在加拿大有Rogers Wireless，在英國有RAM Mobile Data等。在英國，Mobitex規(guī)模最大的應(yīng)用當(dāng)屬汽車故障修復(fù)業(yè)務(wù)，幾乎所有的汽車故障信息傳送至故障服務(wù)機(jī)構(gòu)時(shí)都采用的是基于Mobitex的網(wǎng)關(guān)軟件，預(yù)計(jì)每年有超過2000萬次故障和修復(fù)信息都是通過其傳送的。

和DataTAC類似，在越來越成熟的GSM網(wǎng)絡(luò)的陰影下，Mobitex開始走下坡路，能夠提供的應(yīng)用場(chǎng)景不斷萎縮。一個(gè)標(biāo)志性事件是，2012年12月31日，瑞典永久關(guān)閉了Mobitex網(wǎng)絡(luò)。

(3)為消防報(bào)警器而生的AlarmNet

AlarmNet從字面來看就和報(bào)警器有關(guān)，這一無線技術(shù)是安定寶(ADEMCO)在上世紀(jì)80年代中期研發(fā)的，安定寶是當(dāng)時(shí)美國一家大型的報(bào)警設(shè)備制造商，在2000年時(shí)與另一家知名安防企業(yè)C&K合并成立Ademco Group(美國安定寶集團(tuán))，并隸屬于霍尼韋爾，2004年美國安定寶集團(tuán)正式更名為霍尼韋爾安防集團(tuán)。

AlarmNet已經(jīng)與今天的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)比較相似，它使用928MHz免授權(quán)頻段，這一張網(wǎng)絡(luò)是用來監(jiān)控安定寶公司的報(bào)警設(shè)備，而AlarmNet用來發(fā)送報(bào)警信號(hào)等少量數(shù)據(jù)，所以傳輸速率也很低。AlarmNet當(dāng)時(shí)已經(jīng)具備了一定的規(guī)模，覆蓋了美國18個(gè)主要的區(qū)域和約65%的城市人口，這樣的規(guī)模已經(jīng)形成一張廣域覆蓋的大網(wǎng)。不過，在上世紀(jì)90年代末，2G蜂窩網(wǎng)絡(luò)開始普及，人們發(fā)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)可用來傳輸數(shù)據(jù)和音頻，而且覆蓋較廣，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈成熟后硬件成本非常低，因此大量需要使用無線的設(shè)備開始使用2G網(wǎng)絡(luò)，其中包括報(bào)警系統(tǒng)，因此這張網(wǎng)絡(luò)就開始和2G網(wǎng)絡(luò)融合。不過時(shí)至今日，AlarmNet仍然是霍尼韋爾報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要服務(wù)內(nèi)容。

NB-IoT和LoRa的商用，不僅僅是時(shí)機(jī)，更在于標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)

從以上三個(gè)類似于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展歷史可以看出，這些技術(shù)最終的命運(yùn)都是在2G網(wǎng)絡(luò)商用中走向衰落。從上世界90年代中期開始，GSM網(wǎng)絡(luò)在全球的普及部署，提供一個(gè)泛在的覆蓋，且硬件成本大大降低，2G芯片出貨量快速增長，M2M業(yè)務(wù)開始遷移到2G網(wǎng)絡(luò)上。GPRS的商用，給M2M業(yè)務(wù)更多數(shù)據(jù)接入的機(jī)會(huì)，很多廠商在其設(shè)備中嵌入了GPRS模組，模組成本和流量資費(fèi)越來越低廉，廠商也能負(fù)擔(dān)這一成本，這一現(xiàn)象持續(xù)了近20年。

目前，在全球運(yùn)營商將4G作為主流網(wǎng)絡(luò)且準(zhǔn)備商用5G背景下，2G網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)已實(shí)施或提上日程。物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)前景，尤其是需要低速率、低電量耗費(fèi)的無線場(chǎng)景的連接需求越來越多，在這個(gè)時(shí)機(jī)下，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)正填補(bǔ)了這一缺口。

30多年前的DataTAC、Mobitex、AlarmNet這些低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)曾一度從星星之火形成燎原之勢(shì)，但最終被2G網(wǎng)絡(luò)撲滅。在筆者看來，這一變遷是由于當(dāng)時(shí)M2M的場(chǎng)景有限，其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和2G有很明顯的替代性，而更重要的是GSM技術(shù)形成的高度標(biāo)準(zhǔn)化和全球產(chǎn)業(yè)生態(tài)將網(wǎng)絡(luò)部署運(yùn)營的門檻大大降低了。而DataTAC、Mobitex、AlarmNet當(dāng)時(shí)依然堅(jiān)持封閉技術(shù)，只有少數(shù)幾家廠商支持，缺乏產(chǎn)業(yè)生態(tài)讓其無法與2G形成競(jìng)爭(zhēng)。從當(dāng)前來看，NB-IoT、LoRa從一開始就重視標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設(shè)，而其他移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展也為其留下了應(yīng)用場(chǎng)景空間。

過去30年里，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)由盛而衰，如今又開始崛起，下一個(gè)30年會(huì)走向哪里?