2016年物联网通信技术行业现状及未来发展趋势分析【图】

    物联网通信技术按照传输距离的大小可分为短距离通信技术和广域网通信技术。短距离通信技术代表有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave 等。长距离通信技术包括运营商的 2g/3g/4g 技术，以及近几年才兴起的 LPWAN（低功耗广域物联网）技术。其中 LPWAN 技术又能分为两类，一类是工作在非授频段的技术，如 Lora、Sigfox等；另一类是工作在授权频段的技术，如 GSM、CDMA、WCDMA 等较成熟的 2G/3G 蜂窝通信技术，以及目前逐渐部署应用、支持不同 category 终端类型的 LTE 及其演进技术，这类技术基本都在 3GPP（主要制定 GSM、 WCDMA、LTE 及其演进技术的相关标准）或 3GPP2（主要制定 CDMA 相关标准）等国际标准组织进行了标准定义。NB-IoT（Narrow Band -Internet of Things，窄带物联网）即是 2015 年 9 月在 3GPP 标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信 LPWAN 技术。

常见物联网通信技术

    在 NB-IoT提出之前，3GPP 就一直在推动相关机器类通信 MTC 技术的发展。首先业界都认可未来IoT万物互联的发展趋势，而在万物互联的时代，具备低成本、低功耗、广覆盖、低速率特点的 LPWAN 技术将扮演重要角色。3GPP 研究的方向一是面对非 3GPP 技术挑战，开展 GSM 技术的进一步演进和全新接入技术的研究。而方向二是考虑未来替代 2G/3G 物联网模块，研究低成本、演进的 LTE-MTC 技术。而 NB-IoT正是源于方向一中全新接入技术的研究。此外，除了上述两个方向，3GPP 同样一直在研究更低功耗的节电技术，以及在系统架构和网络侧同步更新支持相关演进技术。

3GPP Rel-13 中IoT相关项目关系简图

    在研究方向一的“FS_IoT_LC”的项目中，主要有 3 项技术被提出，分别是：扩展覆盖 GSM 技术 EC-GSM（Extended Coverage-GSM），NBCIoT技术和 NB-LTE 技术。其中 NB-CIoT由华为、高通和Neul联合提出（Neul为英国物联网公司，在 2014 年 9 月被华为收购），NB-LTE 由爱立信、中兴、诺基亚等厂商联合提出，最终在 2015 年 9 月的 RAN#69 次全会经过激烈讨论，最终协商统一为一种技术方案，即 NB-IoT。2016 年 6 月 16 日，在韩国釜山召开的 3GPP RAN 全会上，NB-IoT（窄带蜂窝物联网）对应的 3GPP 协议相关内容获得了 RAN 全会批准，正式宣告了这项受无线产业广泛支持与关注的 NB-IoT标准核心协议历经 2 年多的研究终于全部完成。

NB-IoT的形成历程

    NB-IoT是 LPWAN 技术中的“新秀”。不同于工作在未授权频谱的LoRa、SigFox，NB-IoT构建于蜂窝网络，可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，以降低部署成本、实现平滑升级。此外，NB-IoT具备低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业。NB-IoT具体技术特点如下：

    1、NB-IoT部署灵活：NB-IoT主要有独立部署、保护带部署与带内部署等三种部署方式。独立部署方式主要是独立的在运营商网络外利用新的带宽部署，保护带部署的方式是在已有的 LTE 网络保护带上部署而带内部署的方式利用的是现有 LTE 网络中 LTE 载波中的任何资源快部署。运营商只需要对现有的网站进行软件升级而不需要更换现网的硬件设备。

    2、NB-IoT能做到长距离广域传输：在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍，即使在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。实际生活中的 2G/3G/4G 等技术是为了人与人连接而设计的，对于物联网终端而言，它们可能一直位于地下室、与外界隔着很多堵强墙的房间里，所以对信号的穿透能力要求很高。 NB-IoT技术在设计初就为了尽可能覆盖更可能大的区域，完美契合了这方面的需求。

    3、海量连接：NB-IoT和目前蜂窝联结（2G/3G/4G 网络）相比，单小区可接入户数大约能达到 50000 个，几乎为以前的 50 倍。联结海量，能满足未来物联网百亿联结需求。

    4、低功耗：通信设备的功耗往往与数据量与速率相关，NB-IoT针对的是小数据量、小速率的应用，同时 NB-IoT通过借助PSM和eDRX可实现更长待机。其中 PSM（Power Saving Mode，节电模式）技术是 Rel-12 中新增的功能，在此模式下，终端仍旧注册在网但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。而eDRX是 Rel-13 中新增的功能，进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动，相对于 PSM，大幅度提升了下行可达性。

    5、低成本：低速率、低功耗、低带宽、带来低成本优势。速率低、功耗低、带宽低带来缓存小，功率放大器小，均衡算法简单的优势。企业预期带个连接模块的成本不超过 5 美元，而其他技术的终端成本均高于 NB-IoT。

NB-IoT的三种部署方式

PSM 和eDRX节电机制

NB-IoT通信模组与其他终端对比

    NB-IoT技术应用场景按对象可分为四大类：家居、个人、公共事业和工业。家居场景主要对应安防管理、家电控制、环境控制等场景；个人场景主要对应可穿戴设备、儿童照料、智能自行车等场景；公共事业场景主要对应智能抄表、报警探测器、智能垃圾桶等场景而工业场景则主要对应物流追踪、物品追踪与智慧农业等场景。

NB-IoT应用场景

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