運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)低功耗M2M技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望
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低功耗M2M技術(shù)及業(yè)務(wù)市場(chǎng)前景
隨著人與物、物與物連接的增多，未來(lái)將是千億連接的時(shí)代，加之國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定工作的積極推動(dòng)，低功耗M2M業(yè)務(wù)的市場(chǎng)前景十分廣闊。目前，已有物與物的連接大多由藍(lán)牙、Wi-Fi等短距離通信技術(shù)承載，而非運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，低功耗M2M在技術(shù)、需求側(cè)重等方面與傳統(tǒng)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)存在的差異，也使得其運(yùn)營(yíng)工作面臨挑戰(zhàn)。
GSMA的研究報(bào)告定義了7種LPWA應(yīng)用分類(lèi)：農(nóng)業(yè)、環(huán)境、消費(fèi)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(xiàng)目組將這些應(yīng)用分類(lèi)細(xì)分為以下應(yīng)用案例，具體劃分如下。
1)公共事業(yè)：天然氣以及水計(jì)量，配水網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，微型發(fā)電。
2)工業(yè)：設(shè)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(bào)警系統(tǒng)，制動(dòng)器，空調(diào)系統(tǒng)，接入控制。
5)消費(fèi)品及醫(yī)療：可穿戴，家用電器，VIP跟蹤(動(dòng)物或小孩)，智能自行車(chē)，輔助生活，臨床遠(yuǎn)程監(jiān)控。
6)農(nóng)業(yè)及環(huán)境：農(nóng)業(yè)應(yīng)用(養(yǎng)殖及土地監(jiān)測(cè)、禽畜跟蹤)，環(huán)境監(jiān)測(cè)(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(shí)時(shí)監(jiān)控)。
1.1 低功耗M2M技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用情況
目前，國(guó)際上主流的低功耗M2M候選技術(shù)主要有4種：3GPP LTE演進(jìn)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(dǎo)的技術(shù)和LoRa聯(lián)盟主導(dǎo)的技術(shù)。四種候選技術(shù)的主要指標(biāo)對(duì)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(biāo)對(duì)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(shí)現(xiàn)商用。SigFox公司的低功耗M2M網(wǎng)絡(luò)已覆蓋法國(guó)、西班牙、荷蘭和英國(guó)的部分城市，并正在開(kāi)拓包括美國(guó)在內(nèi)的新市場(chǎng)，另外，SigFox還計(jì)劃與一些創(chuàng)業(yè)公司和設(shè)備制造商開(kāi)展合作，以求創(chuàng)造出最好的資源。荷蘭電信和比利時(shí)電信選擇了LoRa技術(shù)作為其M2M行業(yè)解決方案支撐，并進(jìn)行了少量的商業(yè)化部署，法國(guó)Actility公司則將LoRa與oneM2M相結(jié)合，形成M2M整體結(jié)合方案并進(jìn)行相關(guān)的商業(yè)化推廣。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)電信對(duì)LoRa技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，富士康等非電信運(yùn)營(yíng)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(luò)等。
從以上4種LPWA主流技術(shù)的參數(shù)對(duì)比中可以看出，相對(duì)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(shì)。具體體現(xiàn)在以下4個(gè)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(dá)20dB。
2)低功耗。簡(jiǎn)化的NB-IoT技術(shù)協(xié)議降低了芯片的功耗，同時(shí)提升功放效率，縮短了發(fā)射和接收過(guò)程消耗的時(shí)間，終端電池壽命可達(dá)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(dá)5萬(wàn)。
4)低成本。NB-IoT通過(guò)對(duì)射頻硬件、協(xié)議以及基帶實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的簡(jiǎn)化，大大降低了技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本，模組成本僅為5$。
以上四大顯著優(yōu)勢(shì)使得NB-IoT技術(shù)能夠?qū)ｉT(mén)定位“低頻、小包、時(shí)延不敏感”的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此，NB-IoT也成為了主流運(yùn)營(yíng)商窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的首選技術(shù)，預(yù)計(jì)于2017年可實(shí)現(xiàn)商用。
1.2 低功耗M2M業(yè)務(wù)特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)
低功耗M2M業(yè)務(wù)與當(dāng)前移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的區(qū)別主要可概括為以下三個(gè)方面。
首先，主體客戶不同。移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的主體客戶為個(gè)人客戶，低功耗M2M業(yè)務(wù)的主體客戶為政企客戶。其次，主體客戶的需求不同。移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)主體客戶的需求主要是較低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、較低的流量資費(fèi)和高帶寬的網(wǎng)絡(luò)連接，低功耗M2M業(yè)務(wù)主體客戶的需求則是低功耗低成本的連接、批量靈活的計(jì)費(fèi)、可配置的連接管理、快速的M2M業(yè)務(wù)部署和使用、IDC和云虛擬機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施的建立健全等。再次，兩種業(yè)務(wù)的ARPU值和連接數(shù)特點(diǎn)不同。與低連接數(shù)高ARPU值的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)不同，低功耗M2M在M2M業(yè)務(wù)中具有最多的連接數(shù)和相對(duì)較低的ARPU值。如何讓低ARPU值的M2M業(yè)務(wù)形成具有顯著收益的業(yè)務(wù)板塊，也是低功耗M2M運(yùn)營(yíng)工作面臨的一大挑戰(zhàn)。
1.3 低功耗M2M業(yè)務(wù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)
據(jù)市場(chǎng)分析公司Analysys Mason的預(yù)測(cè)報(bào)告，按單一LPWA連接平均年收入2~3美元計(jì)算，預(yù)計(jì)2015~2017年間，LPWA業(yè)務(wù)全球總年收入為4.5億美元。到2018年，LPWA業(yè)務(wù)將實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，連接數(shù)達(dá)到4.2億，年收入將達(dá)9.7億美元。而到2022年，LPWA的連接數(shù)將增長(zhǎng)至27億，全球LPWA業(yè)務(wù)總年收入有望達(dá)到75億美元。圖1、2展示了全球LPWA總連接數(shù)和業(yè)務(wù)年收入的變化趨勢(shì)。根據(jù)這一市場(chǎng)預(yù)測(cè)我們也可以看出，運(yùn)營(yíng)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
運(yùn)營(yíng)商M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀
隨著行業(yè)應(yīng)用的廣泛以及客戶需求的增加，國(guó)內(nèi)外電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)M2M業(yè)務(wù)的投入都在不斷加大。在國(guó)外，大部分運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)成立了專(zhuān)門(mén)針對(duì)M2M物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的運(yùn)營(yíng)中心、專(zhuān)業(yè)支撐平臺(tái)和高素質(zhì)的專(zhuān)家隊(duì)伍。他山之石，可以攻玉，研究國(guó)外運(yùn)營(yíng)商M2M業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，一方面可以把握當(dāng)前國(guó)際上M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的前沿動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì);另一方面，鑒于國(guó)外運(yùn)營(yíng)商在M2M領(lǐng)域的發(fā)展較為領(lǐng)先，我國(guó)運(yùn)營(yíng)商也可以參考借鑒其運(yùn)營(yíng)思路，并從中吸取經(jīng)驗(yàn)。
2.1%20國(guó)外運(yùn)營(yíng)商M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀
1)AT&T。作為最早進(jìn)入M2M市場(chǎng)的主要運(yùn)營(yíng)商，AT&T將M2M業(yè)務(wù)作為公司發(fā)展的重心，積極實(shí)行開(kāi)放平臺(tái)戰(zhàn)略。主要進(jìn)展有：
開(kāi)發(fā)了M2X平臺(tái)構(gòu)建M2M設(shè)備云，可提供M2X平臺(tái)設(shè)備時(shí)間序列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、設(shè)備接入和管理API、數(shù)據(jù)分析和可視化API、時(shí)間觸發(fā)和通知API支持;
基于M2X平臺(tái)構(gòu)建了M2M開(kāi)發(fā)社區(qū)，可提供包含開(kāi)發(fā)板、設(shè)備接入API、各開(kāi)發(fā)環(huán)境SDK在內(nèi)的M2M設(shè)備開(kāi)發(fā)套件支持。
2)德國(guó)電信。在運(yùn)營(yíng)商中，德國(guó)電信也是積極推動(dòng)M2M發(fā)展的一家。
德電于2012年推出全球首個(gè)M2M市場(chǎng)平臺(tái)，之后一再加大對(duì)M2M的投入，力求將其打造成公司級(jí)規(guī)模，為客戶提供一站式服務(wù)。主要進(jìn)展有：
開(kāi)發(fā)了M2M設(shè)備云形成M2M開(kāi)發(fā)社區(qū)，可提供M2M設(shè)備開(kāi)發(fā)套件、M2M云設(shè)備接入API、M2M云設(shè)備管理API、數(shù)據(jù)可視化API支持。
利用M2M行業(yè)解決方案交流平臺(tái)推動(dòng)M2M設(shè)備云，可通過(guò)其向用戶展示收集的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)解決方案、幫助用戶與行業(yè)解決方案提供商建立聯(lián)系、向用戶和解決方案提供商提供運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備云服務(wù)。
3)Orange。在法國(guó)，SigFox已在全國(guó)部署物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，Bouygues則宣布2016年支持LoRa，在此形式下，法電考慮到NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)還未凍結(jié)，急于快速部署物聯(lián)網(wǎng)而選擇了LoRa技術(shù)。Orange已于2016年第一季度推出了LoRa網(wǎng)絡(luò)。
4)Vodafone?？鐕?guó)性移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商Vodafone曾于2014年5月與華為一起提出了NB-IoT的前身——NBM2M，并在2015年3月的巴塞羅那通信大會(huì)上展示了其端到端智能水表業(yè)務(wù)。2016年，Vodafone計(jì)劃啟動(dòng)外場(chǎng)驗(yàn)證，試點(diǎn)部署NB-IoT，計(jì)劃在2017年啟動(dòng)國(guó)家級(jí)規(guī)模部署商用。
總結(jié)來(lái)看，對(duì)于M2M業(yè)務(wù)，國(guó)際運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)思路可大體概括為：從單純的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)不斷向上層M2M應(yīng)用支撐服務(wù)進(jìn)行滲透。在初期主要以網(wǎng)絡(luò)連接為盈利核心，通過(guò)低價(jià)或者免費(fèi)的設(shè)備及云服務(wù)發(fā)展用戶、培育生態(tài)、匯聚數(shù)據(jù)。待到M2M生態(tài)成熟之后，實(shí)現(xiàn)三大類(lèi)業(yè)務(wù)產(chǎn)品的盈利，之后再逐漸引入M2M增值服務(wù)，探索從M2M流量計(jì)費(fèi)到業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)轉(zhuǎn)變的運(yùn)營(yíng)策略。
2.2%20國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀
中國(guó)移動(dòng)于2012年出資成立中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司，專(zhuān)業(yè)運(yùn)營(yíng)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的規(guī)模應(yīng)用。中國(guó)移動(dòng)高層表示，公司要盡快研究基于900MHz或1800MHz的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，做好專(zhuān)項(xiàng)研究及試點(diǎn)工作，并分省份提出應(yīng)用需求，制定NB-IoT計(jì)劃。
中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)分公司也在全面布局物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，推動(dòng)中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)全面深化改革，希望通過(guò)公司化，實(shí)現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的實(shí)體化跨越式發(fā)展。中國(guó)電信將物聯(lián)網(wǎng)作為公司2016年的重點(diǎn)工作，希望盡快啟動(dòng)針對(duì)電信的NB-IoT方案設(shè)計(jì)，同時(shí)找省分、行業(yè)一起做驗(yàn)證測(cè)試工作，預(yù)計(jì)于2016～2017年試點(diǎn)NB-IoT，2017～2018年實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用。
運(yùn)營(yíng)商在物聯(lián)網(wǎng)低功耗產(chǎn)業(yè)鏈的合作機(jī)會(huì)
繼工信部發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以來(lái)，電信運(yùn)營(yíng)商將物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新的收入增長(zhǎng)點(diǎn)大力推進(jìn)。在這一過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)當(dāng)把握住網(wǎng)絡(luò)核心，以發(fā)展用戶為目的，在物聯(lián)網(wǎng)低功耗產(chǎn)業(yè)鏈中不斷探索，尋找業(yè)務(wù)合作機(jī)會(huì)。
3.1%20終端層面生態(tài)培育與合作
運(yùn)營(yíng)商在終端層面的生態(tài)培育與合作可分為以下三個(gè)部分展開(kāi)。
1)通信模組：運(yùn)營(yíng)商應(yīng)大力推廣能夠支持低功耗M2M通信協(xié)議的模組，推動(dòng)模組和芯片成本不斷降低。
2)終端解決方案：運(yùn)營(yíng)商應(yīng)對(duì)包括模組、芯片以及OS等在內(nèi)的成熟終端解決方案進(jìn)行推廣，并在成熟終端解決方案中合作引入運(yùn)營(yíng)商低功耗M2M平臺(tái)SDK支持。
3)行業(yè)終端：運(yùn)營(yíng)商應(yīng)積極推動(dòng)終端解決方案以實(shí)現(xiàn)行業(yè)終端的整合，發(fā)布一些模式化的成功案例，定制和推廣滿足需求的物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)終端，必要時(shí)可實(shí)行終端補(bǔ)貼。
3.2%20平臺(tái)層面生態(tài)培育與合作
在平臺(tái)層面，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)基于松耦合架構(gòu)，合作建設(shè)運(yùn)營(yíng)商低功耗M2M平臺(tái)。如圖3所示，此低功耗M2M平臺(tái)應(yīng)當(dāng)能夠提供包含連接管理平臺(tái)、共性業(yè)務(wù)能力平臺(tái)、云解決方案、數(shù)據(jù)開(kāi)放與應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)在內(nèi)的M2M平臺(tái)總體解決方案，并對(duì)外開(kāi)放API
圖3 運(yùn)營(yíng)商低功耗M2M平臺(tái)建設(shè)
進(jìn)一步地，運(yùn)營(yíng)商要利用行業(yè)生態(tài)合作的機(jī)會(huì)進(jìn)行平臺(tái)生態(tài)共建?；谏鲜鲞\(yùn)營(yíng)商低功耗M2M平臺(tái)，基于授權(quán)頻段下的NB-IoT接入技術(shù)，利用oneM2M標(biāo)準(zhǔn)API及自定義API與第三方合作共建oneM2M生態(tài)圈，并將運(yùn)營(yíng)商低功耗M2M平臺(tái)SDK結(jié)合上述API形成白皮書(shū)和指南發(fā)布，用于終端及行業(yè)應(yīng)用解決方案方面的推廣合作。
3.3 行業(yè)解決方案層面生態(tài)培育與合作
如圖4所示，在行業(yè)解決方案層面，運(yùn)營(yíng)商一方面要多渠道收集各類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案(如智能抄表、油田監(jiān)控、智慧醫(yī)療等)，其自身也可以向合作廠商或者運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部研發(fā)團(tuán)隊(duì)定制優(yōu)質(zhì)的物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案，建立起物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案需求池;另一方面，從行業(yè)客戶以及省公司、集團(tuán)客戶部那里收集需求，進(jìn)而從中幫助客戶與行業(yè)解決方案提供商建立聯(lián)系，也可利用自身的客戶優(yōu)勢(shì)推廣行業(yè)解決方案。
圖4 物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案層面的生態(tài)培育與合作
結(jié)論
龐大的通信業(yè)務(wù)量加之多種多樣的應(yīng)用場(chǎng)景，使得低功耗成為了M2M通信的一個(gè)主要需求。目前，從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、設(shè)備的研發(fā)到業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)推廣，各方對(duì)于廣域低功耗M2M的研究都在積極開(kāi)展中。
低功耗M2M的興起對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是一次前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
在這種形勢(shì)下，運(yùn)營(yíng)商一定要密切跟蹤各類(lèi)LPWA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，做好技術(shù)儲(chǔ)備，避免單一LPWA技術(shù)不能滿足所有物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的問(wèn)題。
同時(shí)，積極開(kāi)展各類(lèi)LPWA技術(shù)方案試驗(yàn)和評(píng)估，與主流通信設(shè)備和技術(shù)方案廠家建立廣泛的合作關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的全面開(kāi)展和持續(xù)運(yùn)營(yíng)。
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