許多行業(yè)觀察者都將大規(guī)模物聯(lián)網（Massive IoT：mIoT）應用稱為即將推出的5G移動網絡的殺手級應用。但是，這并不意味著許多先進的物聯(lián)網應用場景，包括以無人機為基礎的服務將需要等到5G被標準化和商用化之后才能夠成為現實。 1.引言 當前基于4G LTE的兩大物聯(lián)網（IoT）即LTE-M和NB-IoT已經能夠支持包括資產跟蹤，智能電表以及其它關鍵的物聯(lián)網（IoT）應用如在商用LTE網絡上的進行無人機控制的能力. 許多行業(yè)觀察者都將大規(guī)模物聯(lián)網（Massive IoT：mIoT）應用稱為即將推出的5G移動網絡的殺手級應用。但是，這并不意味著許多先進的物聯(lián)網應用場景，包括以無人機為基礎的服務將需要等到5G被標準化和商用化之后才能夠成為現實。即使在現在基于現有的通信網絡和技術許多先進的物聯(lián)網應用也在不斷涌現，例如高通公司花了數月時間使用商用LTE網絡來控制無人機（UAV：unmanned aerial vehicles）。 為了支持大規(guī)模地連接的設備，3GPP在Release 13協(xié)議規(guī)范中推出了包括窄帶IoT（NB-IoT）和eMTC（增強機型通信）等支持大規(guī)模物聯(lián)網應用的協(xié)議標準，以及在更早的協(xié)議版本中更常見基于LTE連接的LTE-M協(xié)議標準，如圖1所示。 圖1 旨在增強對大規(guī)模MTC應用支持的3GPP LTE協(xié)議的逐步演進步驟 第一個3GPP 5G NR協(xié)議版本提供支持eMBB（增強型移動寬帶）和URLLC（超可靠，低延遲通信）應用的技術，這些技術解決高性能物聯(lián)網（IoT）的應用場景。然而，它不會針對低復雜度的IoT應用（也稱為大規(guī)模機器通信或者mMTC（Massive MTC））。 那么我們如何才能實現連接大型IoT的5G愿景？要清楚的是，術語“大規(guī)模物聯(lián)網”是指數十億的物聯(lián)網設備，包括事物和機器，壽命10年及以上，即使在最偏遠的地方也需要無處不在的連接，例如深埋在地下的傳感器。 為了實現大規(guī)模（按照3GPP定義，每平方公里至少有1百萬個設備），移動網絡必須更有效地支持通常不會頻繁通信的最簡單的設備，并且具有超能效，因此可以提供極長的例如10年以上的電池壽命。聽起來很有挑戰(zhàn)性，但是我們不必等待5G到來才開始連接大量的物聯(lián)網。 如圖1所示，3GPP已經在版本13（Release 13）中引入了兩套互補的窄帶LTE 物聯(lián)網（IoT）技術：eMTC（增強機型通信）和NB-IoT（物聯(lián)網）。兩者都針對較低的復雜性和功率，更高的覆蓋范圍和更高的器件密度進行了優(yōu)化，同時能夠與其他LTE服務（如常規(guī)的移動寬帶）無縫共存。 eMTC（增強機型通信）和NB-IoT（物聯(lián)網）共同拓展了LTE的技術組合，以支持更廣泛的低功耗IoT應用場景。 2.蜂窩物聯(lián)網技術全面開花 今天基于事物互聯(lián)網即物聯(lián)網（IoT）的應用遍布在我們的日常生活中，如共享單車，連接的恒溫器，攝像機和其他智能家居設備，以及為水電煤等公用事業(yè)運營商提供類似于智能電網的資源使用情況的詳細了解、部署等。 但是，隨著物聯(lián)網繼續(xù)推動新的更多的垂直行業(yè)向數字化轉型時，在某個時刻物聯(lián)網的連接數必將變得十分巨大起來， 3GPP將每平方公里擁有100萬臺及以上的連接設備稱為“大規(guī)模（Massive）”，所以屆時傳感器將遍及全球，其中許多是相對簡單的設備，不一定需要采用支持超高容量和非常低延遲的5G技術，對于這些物聯(lián)網應用LTE-M和NB-IoT就是最佳的選擇。 LTE-M和NB-IoT是互補的，因為它們的協(xié)議規(guī)范的不同能力來支持廣泛的存在差異的應用場景。LTE-M使用1.4MHz LTE信號帶寬能夠提供1 Mbps的峰值下行鏈路和上行鏈路速度，NB-IoT支持使用180kHz信道帶寬，支持50 Kbps下行鏈路和上行鏈路的峰值速率。“LTE-M”能夠支持VoLTE等基本功能，并為范圍廣泛的物聯(lián)網（IoT）應用場景（包括資產跟蹤器和可穿戴設備）提供全面的移動性支持。而另一方面，NB-IoT可以物聯(lián)網設備縮小到極端的簡單，并且可以提供更深的覆蓋范圍，支持像電表和傳感器這樣的物聯(lián)網設備。 圖2 互補的eMTC和NB-IoT解決了大量的物聯(lián)網應用場景 我們真的需要eMTC和NB-IoT來連接大量的物聯(lián)網（IoT）設備嗎？答案是肯定的，因為互為補充的eMTC和NB-IoT是為不同類型的物聯(lián)網應用場景而設計的。 eMTC可以使用1.4 MHz的帶寬提供高達1 Mbps的吞吐量，并支持基本功能，例如VoLTE和完全移動性，適用于廣泛的IoT用例，包括資產跟蹤器和可穿戴產品。而另一方面，對于低吞吐量，延遲容忍的應用，例如測量儀表和傳感器等，NB-IoT可以縮小到極端簡單。 它使數據速率僅為10 kbps等級，信號帶寬為200 kHz，并且可提供更高的覆蓋范圍。此外，NB-IoT可以部署在現有的LTE頻帶內，在兩個常規(guī)LTE載波之間的保護帶中，或者以獨立模式部署，并且同時為重新使用已經建設好的GSM（2G / GPRS）頻譜提供了一個簡單的遷移路徑。 圖3 下行鏈路中NB-IoT獨立部署，在LTE帶內以及LTE保護帶內部署的示例圖示。 3GPP除Release 13協(xié)議版本之外，還有一個豐富的LTE 物聯(lián)網（IoT）技術的演進路線圖，這將為進一步的改進提供更多的支持，以滿足未來的巨量的物聯(lián)網（IoT）連接需求。例如，Release 14將會為eMTC和NB-IoT帶來新的功能，例如單小區(qū)組播，實現易于實現空口中（over-the-air：OTA）對固件升級，以及增強設備定位功能以進行資產定位跟蹤。此外，還有兩個正在進行的Release 15版本的協(xié)議工作項目在進一步增強eMTC和NB-IoT功能，包括喚醒接收機以及TDD支持NB-IoT等新的功能。 圖4 3GPP 協(xié)議Release13及更高版本中的LTE 物聯(lián)網（IoT）演進圖 應該清楚的是，LTE IoT今天開始連接大量的物聯(lián)網設備，eMTC和NB-IoT將會在未來幾年內不斷發(fā)展 - 利用LTE網絡的規(guī)模，壽命和全球覆蓋（甚至也可以無縫地實現從2G演進過來）。最終將形成一個5G NR支持的大型物聯(lián)網（IoT）解決方案。 一些面向未來應用的先進設計技術將包括NOMA（非正交多址：non-orthogonal multiple access），利用RSMA（資源分配多址訪問;resources speared multiple access）實現無需授權的傳輸 - 在需要的情況下設備可以在不需要許可的情況下發(fā)送數據，以及網狀網絡技術（mesh networking ）這將擴展LTE網絡的設備到設備的通信功能。 另一個激動人心的方面是擴展到無牌頻譜（unlicensed spectrum）。 MulteFire聯(lián)盟（MulteFire Alliance ：）正在試圖讓LTE IoT可以在無許可頻譜中運行，以擴展并超越由MulteFire 1.0所支持的移動寬帶和高性能IoT功能。利用窄帶LTE IoT技術將為專用LTE網絡（private LTE）帶來新的機遇，并可以實現LPWA（低功率廣域）的應用場景。 為了加強對極具市場前景的LTE物聯(lián)網技術的控制，高通正在提供支持eMTC設備類別Cat-M1，NB-IoT設備類別Cat-NB1和E-GPRS等的商用多模解決方案。高通的MDM9206是一款靈活的單SKU（Stock Keeping Unit（庫存量單位））解決方案，可通過單一硬件，軟件和RF設計實現全球部署。 圖5 高通支持多種模式應用的物聯(lián)網芯片 幾周前，高通與Mobike（摩拜單車）和中國移動進行的聯(lián)合實地測試 - 測試中將利用高通的的LTE IoT多模式解決方案。 圖6 高通，中國移動和Mobike（摩拜單車）測試LTE IoT多模芯片 該測試將使用中國移動的2G / 4G多模網絡和Mobike（摩拜單車）的智能鎖，以及由高通的調制解調器支持的IoT應用；LTE調制解調器支持的LTE連接和集成的GNSS位置定位功能旨在幫助Mobike客戶準確識別可用的自行車，加快智能鎖的解鎖過程并協(xié)助實時管理共享自行車。 此外，高通的全球多模式LTE調制解調器與該公司的低功耗藍牙解決方案一起計劃在智能Mobike Preferred Location（sMPL）平臺中使用，以支持亞米級別的定位，從而幫助Mobike（摩拜單車）實時監(jiān)控其自行車的位置和整體 狀態(tài)，包括來自不同地區(qū)的自行車數量，位置和交通信息。 該平臺還旨在為摩拜單車的工作人員提供自行車的交付，調度，操作和維護等的精確說明。 全球的移動運營商也開始推出支持Cat-M1和Cat-NB1設備的商用LTE IoT網絡。我們看到20多家移動運營商已經公開宣布了部署LTE IoT的承諾，更多的eMTC和/或NB-IoT技術正在進行商業(yè)化準備。 雖然5G將增強對物聯(lián)網（IoT）的支持，但現有的LTE已經能夠支持多種物聯(lián)網應用 圖7 截至2017年6月，運營商承諾部署LTE IoT - LTE IoT 在全球發(fā)展勢頭強勁 據悉，工信部近日發(fā)文要求加快NB-IoT在國內落地，到今年年底建成基站規(guī)模40萬個，到2020年建成基站規(guī)模150萬個。 隨著全聯(lián)接時代到來，傳統(tǒng)的電力、交通、能源、化工、制造等行業(yè)都在積極探尋自身的轉型升級之路。作為由電信力量主導的物聯(lián)網標準，NB-IoT技術在深度覆蓋、超大鏈接、超低功耗、超低成本等方面均有突出優(yōu)勢，已成為推動物聯(lián)網產業(yè)進程的重要抓手。 根據工信部下發(fā)的通知，建設NB-IoT基礎設施、發(fā)展基于NB-IoT技術的應用，有助于推進網絡強國和制造強國建設、促進“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”和“互聯(lián)網 ”發(fā)展。 工信部要求，加快完成國內NB-IoT設備、模組等技術要求和測試方法標準制定；加快eSIM/軟SIM在NB-IoT網絡中的應用方案研究。要求加快推進網絡部署，到2017年末，實現NB-IoT網絡覆蓋直轄市、省會城市等主要城市，基站規(guī)模達到40萬個；到2020年，NB-IoT網絡實現全國普遍覆蓋，面向室內、交通路網、地下管網等應用場景實現深度覆蓋，基站規(guī)模達到150萬個。 同時，要求推廣NB-IoT在細分領域的應用，逐步形成規(guī)模應用體系，2017年實現基于NB-IoT的M2M連接超過2000萬，2020年總連接數超過6億。 2016年6月16日，NB-IoT技術協(xié)議獲得3GPP通過，成為史上建立最快的3GPP標準之一，目前已經凍結并可在全球部署。全球主流運營商均對此積極布局，并催生出一系列的商用場景；近期，國內三大運營商相繼啟動了NB-IoT預商用。 圖8 工信部要求到2020年在中國建成150萬個NB-IoT基站規(guī)模 總而言之，LTE IoT的未來是非常光明的，LTE 將攜LTE-M和NB-IoT技術向前昂首邁進5G時代，物聯(lián)網將繼續(xù)成為5G的殺手級應用之一。 本文轉載自 (mbbeetchina)