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NB-IoT 发展痛点分析——来自资深一线工程师的详细解读

18年08月22日      墨道 释说芯语

[导读]NB-IoT作为物联网应用,首先需要运营商的支持。三大运营商分别开展了自己的业务,电信凭借其便利的技术条件,率先在全国全面商用……

随着世界无线网络的发展,3GPP标准的推广和落地,国家政策的大力支持(NB-IoT的频段已经得到了全球的频率认证,这和LoRa相比,一个是亲生的娃,一个是领养的娃,相信大家都知道了其中的待遇差距),NB-IoT在中国轰轰烈烈的展开了。

NB-IoT作为物联网应用,首先需要运营商的支持。三大运营商分别开展了自己的业务,电信凭借其便利的技术条件,率先在全国全面商用;联通为了赶上这次浪潮,也关闭了2G业务为NB业务提供频带;移动就没有这么便利,因为需要重新建立基站,导致其行动严重落后。不管如何,在运营商层面已经全面支持NB-IoT。据笔者了解到,移动和联通有望在NB业务和5G业务上合并,共同抢占新形势下的两个热门领域,在业务上来对抗电信(对于5G牌照,国家只颁布了两个)。

对于NB-IoT的应用,现在已经深入到了社会的方方面面:智慧城市(江西鹰潭市已经成为全国NB-IoT智慧城市的示范城市),从水表,路灯到停车场,热表窨井盖等等,都为城市的智能化添加了浓厚的一笔。不但在智慧城市有NB-IoT的应用,现在的共享业务也引入了NB-IoT:据笔者了解到共享洗衣机,共享空调,智能门锁等,牛联网,病虫害预防等都采用NB-IoT技术,并且都有成功的案例。

现在NB-IoT的芯片供应商从海思,到MTK到高通,每个厂家对于NB-IoT的业务开展也是针锋相对:到现在为止,各家芯片厂商都出了全网通的芯片。在支持的网络制式上,海思的有单频段的,也有多频段的,这样可以大大占领各个等级市场。MTK做的中规中矩,做了全网通芯片,高通则财大气粗,不但做了全网通的,还支持CATM网络和EGPRS网络,这样在全球NB-IoT业务中占领了先机。不但如此,芯片厂家还在3GPP业务上做足功夫,比如支持R13,R14,SIB16等等,都是对NB-IoT业务的扩充和完善,促进终端使用者尽快切换到NB-IoT上。

虽然政府、芯片厂商和当前的大环境都在推广和推崇NB-IoT业务,但是NB-IoT业务并没有之前宣传的那样(相对于2G或者4G业务)有那么明显的优势。

第一,模组用十年只是一个愿景。

NB-IoT在推广初期提出来一个口号,一个电池(5000mAH)使用十年,相信大家看到后都对这个口号为之一振。但是,这个计算是基于一个理论数值。现在看下一个厂家模组厂家的产品手册在连接态的功耗情况:

220mA @23dBm (Band 8/5/20)

250mA @23dBm (Band 28)

80mA @12dBm (Band 8/5/20/28)

65mA @0dBm (Band 8/5/20/28

NB-IoT模块功耗如上,在加上电池自放电,环境条件引起电池加速老化等因素,采用NB-IoT技术的终端产品在无线信号条件恶劣情况下加大发射功率,同样会引起功耗的提升,这都会影响终端产品电池的使用年限。

我们以水表的NB业务应用为例, 每天定期上报一次数据包, 报文大小为200字节, 采用PSM模式

365days * 1751uAH * 10*1.5(冗余)=9586mAH。

现在的终端厂家,现在已经将电池的使用年限下降到2-3年,或者为了满足5年的需求,无奈的增加电池容量。

第二,超强穿透力也是有一定限度。

NB-IoT芯片在宣传时提出(与常规的2G或者4G产品产品相比)NB产品的穿透能力能有效提高20dB,也就是提高了100倍。这对于智能家居或者水表类客户来说是个巨大的优势:因为家庭用的空调等至智能家居联网设备或者水表等产品,都是安放在无线环境不好的地方。如果如NB-IoT产品说的有这么超强的穿透力,那么终端采用NB-IoT技术联网不是问题。但是,愿景光明,道路曲折:水表等表类产品,安装的环境很封闭,或者说无线网络很难渗透过去,这样就导致了很多安装在现场的水表(窨井下,楼梯间)无法上传数据,让水表厂家和NB-IoT技术满脸的尴尬。但是,在其他位置,注网成功率和上传数据成功率还是很好的。

第三,网络环境的部署需要国家大力支持。

三家运营商对于NB基站的建设已经花了大力气,电信需要对基站进行升级,联通需要停止2G业务部署下NB网络,而移动需要硬件的投入。就三家的情况来说,联通和移动很被动,需要大力投入,这也从一方面说明联通和移动的NB网络部署缓慢的原因。

据笔者了解,现在主要城区,电信NB网络已经很好的覆盖了,甚至在一些县城也完成了NB网络的覆盖。而移动和联通则还需要一段路要走。据透露,移动和联通有可能进行某种形式的合并,这样或许就大大加大了他们NB-IoT业务的发展。

第四,客户的业务数据归属很重要。

现在的社会是一个数据的社会,谁掌握了行业数据或者从行业数据分析出来行业动态,谁就能在这个竞争激烈的市场中分一杯羹,显然各家运营商也明白这个道理:对于客户的业务数据,每家客户都不想分享给别人,因此很多厂家就想方设法的避开各家运营商的管理平台。据了解,电信做的最彻底,不用他们的平台无法使用coap或者LWM2M协议。但是现在有些客户就开始往TCP协议上转,最后不排除TCP协议也要经过电信的IoT平台。移动和联通为了占领市场,可以使用平台也可以不用平台,也给你开通服务器白名单,这大大吸引了终端厂家选择移动和联通的运营商,而2G或者4G的业务使用中,通常使用TCP、UDP或者MQTT协议,这对于NB-IoT模组的切换也是一个优势。

第五,模组费用和SIM卡的资费还没有降下来。

NB-IoT芯片愿景是做到$1的低价,但是到现在为止,还看不到这个前景。据笔者了解,现在NB模组已经降到¥40之内,伴随着NB-IoT业务的发展,有可能赶上2G模组的价格,但是芯片到$1的价格,还有很长的路要走。不过欣慰的是,现在各家运营商都在打包出售NB-IoT模组+SIM卡的机制,这也在一定程度上减轻了终端客户的费用压力。

第六,超强的数据连接不是真正的实时连接。

NB-IoT的小区容量很大大(NB-IoT终端入网成功后, 核心网和IoT平台会一直保存用户会话状态, 终端在PSM,eDRX休眠情况下, 网络侧维持IP会话,终端IP地址保持不变。 终端再次上报数据时,可继续使用此前获取的IP地址发送数据。终端重新接入(重启电源), IP地址才会变更),这也说明了为什么NB-IoT技术说自己的小区容量大,是因为大部分时间,大部分NB-IoT设备都在“睡觉”。但是NB-IoT的“并发用户”有限,NB网络使用15Khz终端接入, 180Khz带宽,“并发用户数”理论为12个,如果在同一个时刻有多台设备进行入网,一方面会导致底噪升高,设备入网困难,另一方面,超出的设备需要排队入网。但是这对于低速率,低数据实时需求的NB业务来说,不是一个痛点。

NB-IoT的发展主要看政府的引导力度和时间度,芯片厂商对芯片功能的优化和添加,有效解决其他数据传输方式的痛点才能促进NB-IoT的健康快速发展。笔者从各种IoT大会上了解到,中国工信部要求加快NB-IoT落地技术的落地,到2020年建基站150万个,实现超6亿的连接,这对于NB-IoT行业的繁荣来说是一个巨大的促进因素。同时随着网络连接、云服务、大数据分析和低成本传感器等所有核心技术的就绪,NB-IoT已经从萌芽期步入迅速发展的阶段。

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编辑:nicle

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