愛立信移動市場報(bào)告：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)讓城市更智能

　　最新版《愛立信移動市場報(bào)告》預(yù)測,到2022年,將有約290億臺聯(lián)網(wǎng)終端,其中約180億物聯(lián)網(wǎng)終端。無處不在的蜂窩網(wǎng)絡(luò),非常適合實(shí)現(xiàn)價(jià)格低廉的物聯(lián)網(wǎng)連接,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過蜂窩網(wǎng)絡(luò),讓城市變得更為智能。

　　互補(bǔ)型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域出現(xiàn)了兩大細(xì)分市場:即關(guān)鍵應(yīng)用連接和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接。關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)連接的特點(diǎn)是要求很強(qiáng)的可靠性和可用性,以及超低的延遲。而大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是具有海量連接、低數(shù)據(jù)量、低成本終端和對能耗的嚴(yán)格要求。

　　這兩個(gè)領(lǐng)域有大量具有不同連接要求的大量用例。蜂窩網(wǎng)絡(luò)適用于支持這兩個(gè)領(lǐng)域,雖然沒有單個(gè)技術(shù)適合于所有潛在情況。為了滿足不同潛在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用用例的要求,幾個(gè)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在標(biāo)準(zhǔn)化,包括擴(kuò)展覆蓋GSM-IoT、Cat-M1和窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)。

　　根據(jù)技術(shù)可用性,用例需求和部署場景,這些解決方案可以互補(bǔ)。例如,EC-GSM服務(wù)于所有GSM市場的應(yīng)用,Cat-M1支持廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,包括內(nèi)容豐富的應(yīng)用,而NB-IoT針對超低吞吐量應(yīng)用進(jìn)行了簡化,并提供極好的覆蓋和部署靈活性。運(yùn)營商是選擇一個(gè)解決方案,還是結(jié)合幾個(gè)解決方案取決于幾個(gè)因素,如技術(shù)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)策略和具體的目標(biāo)市場。

　　超低端大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　要檢查蜂窩網(wǎng)絡(luò)承載物聯(lián)網(wǎng)流量的能力,需要了解物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的真實(shí)場景及其網(wǎng)絡(luò)影響因素。我們的場景包括由一系列不同物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)組成的流量模型,包括對每個(gè)終端消息大小和流量強(qiáng)度的假設(shè),以及在密集城市環(huán)境中部署的終端數(shù)量。它專注于對吞吐量要求有限的超低端物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,例如計(jì)量和監(jiān)控用例,因?yàn)檫@些應(yīng)用將成為許多市場中部署的首批大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

　　大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)流量場景

　　每平方公里有1萬戶家庭的密集城市環(huán)境,類似倫敦、北京或紐約的中心地區(qū),被用作大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)場景的基礎(chǔ)。假設(shè)在該地區(qū)部署了一系列不同類型的互聯(lián)終端,包括水、煤氣表和電表、自動售貨機(jī)、租賃自行車位置監(jiān)控器和汽車中(基于每個(gè)家庭一輛汽車,每四個(gè)流量一組計(jì)算平均值。)監(jiān)控駕駛員行為的加速度傳感器。上圖中總結(jié)了每個(gè)終端的流量特征。(在這種情況下,上行鏈路流量為主導(dǎo),下行鏈路流量用于應(yīng)用確認(rèn)(ACK和終端之間的控制平面信令(RRC), 無線接入網(wǎng)絡(luò)相對較小) 此場景中使用的聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量代表成熟的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)場景。在初始部署階段,終端密度將較低,相應(yīng)的流量負(fù)載也不會那么高。

　　這些服務(wù)代表了現(xiàn)實(shí)的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)用例范圍,這些用例預(yù)計(jì)將部署在城市環(huán)境中。

　　這些服務(wù)的部署環(huán)境和流量模型不同:遠(yuǎn)程控制儀表可能面臨室內(nèi)覆蓋挑戰(zhàn),而安裝在自行車上的終端通常位于室外。儀表流量可能每天集中傳輸一次,而其他終端可能需要每10分鐘傳輸一次。

　　大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)流量很小,一個(gè)服務(wù)的典型數(shù)據(jù)包大約為100-150個(gè)字節(jié),其中考慮了終端ID的有效載荷、時(shí)間戳和報(bào)告數(shù)據(jù)值。

　　此外,每個(gè)數(shù)據(jù)包都有大約65個(gè)字節(jié)的IP開銷和更高層報(bào)頭;媒體訪問控制(MAC)層開銷為15個(gè)字節(jié),移動網(wǎng)絡(luò)上行鏈路每個(gè)事件的標(biāo)準(zhǔn)控制信令為59個(gè)字節(jié)?？傊?每個(gè)事件產(chǎn)生大約250-300個(gè)字節(jié),由物聯(lián)網(wǎng)終端傳輸。

　　上頁圖中顯示了產(chǎn)生的流量需求。它清晰表明,盡管終端的密度非常高,每個(gè)終端的流量很低,每單位面積的流量限制為每平方公里幾千比特/每秒(kbps), 而移動寬帶業(yè)務(wù)在密集城市地區(qū)為每平方公里接近千兆比特/每秒(Gbps)。

　　部署NB-IoT載波,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)場景

　　NB-IoT適用于超低端物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用?；究梢耘c終端通信的下行/上行最高瞬時(shí)數(shù)據(jù)速率為227 / 250kbps,而每個(gè)終端的持續(xù)最大吞吐量為21 / 63kbps,足以支持城市情景中的服務(wù)。雖然其容量低于移動寬帶,但系統(tǒng)級仿真顯示,一個(gè)180 kHz 的NB-IoT載波可以承載數(shù)十kbps——具體取決于載波配置。假設(shè)單個(gè)NB-IoT載波在3個(gè)扇區(qū)站點(diǎn)部署,城市環(huán)境典型的站點(diǎn)間距離為500米,可實(shí)現(xiàn)每平方公里數(shù)百kbps的區(qū)域容量。這比我們密集的城市情景中大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)流量的需求大得多。

　　下圖說明了在我們的城市情景中,大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)累積流量與單個(gè)NB-IoT載波的容量之間的關(guān)系。所有大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的總流量總計(jì)占總可用容量的6%,這表明在需要另一個(gè)NB-IoT運(yùn)營商之前,可以支持在所考慮的情況下將大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)流量增加15倍。此外,Cat-M1與NB-IoT相比支持更高的數(shù)據(jù)速率和容量。

　　除業(yè)務(wù)所需的容量外,覆蓋挑戰(zhàn)性位置中的終端至關(guān)重要。因此,NB-IoT和Cat-M1設(shè)計(jì)提供比GSM和LTE顯著更好的覆蓋。這種改進(jìn)的覆蓋允許無線電信號穿透附加壁壘或紅外反射(IRR)金屬化玻璃窗,可以到達(dá)部署在室內(nèi)深處或地下室(典型的儀表位置)的終端。

　　創(chuàng)造商機(jī)

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以處理大量大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)終端,對網(wǎng)絡(luò)容量的影響最小。我們的方案顯示,單一NB-IoT載波(部署在保護(hù)頻帶或帶內(nèi),占用10 MHz LTE載波的2%)明顯超出了所考慮的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的需求。這些發(fā)現(xiàn)意味著NB-IoT的初步部署可滿足潛在的更高數(shù)據(jù)需求和流量強(qiáng)度,也能夠支持其他類型的服務(wù)。

　　通常,運(yùn)營商可能不怎么升級現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)以支持物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),但是該領(lǐng)域的潛在價(jià)值巨大?？梢詮膯蝹€(gè)基站為成千上萬的物聯(lián)網(wǎng)終端提供連接是重要的推動力量,可以帶來新商機(jī)。

　　物聯(lián)網(wǎng)展望

　　隨著新興應(yīng)用和商業(yè)模式的涌現(xiàn),以及標(biāo)準(zhǔn)化和終端成本的下降,互聯(lián)終端的數(shù)量不斷增長。

　　預(yù)測到2022年,將會有290億互聯(lián)終端,其中物聯(lián)網(wǎng)終端將達(dá)到181億。

　　2018年,手機(jī)數(shù)量預(yù)計(jì)將超過物聯(lián)網(wǎng)終端,其中包括互聯(lián)汽車、機(jī)器、電表、可穿戴終端和其他消費(fèi)電子產(chǎn)品。2016年至2022年,在新用例的推動下,物聯(lián)網(wǎng)終端預(yù)計(jì)將以21%的復(fù)合年增長率增長。