物联网通信技术如何连接未连接的物

基于卫星的 NB-IoT 网络和企业自建私有 NB-IoT 网络，都是通过扩大物联网连接方式，实现“连接未连接的物”，扩大 5G 大连接的范畴，尽量使物联网通信技术覆盖所有场景。

笔者曾在《2020 全国物联网全景图谱报告》前言中提到，物联网通信技术正在“扩大连接范围，连接未连接的物”。过去几年中，NB-IoT 作为专用于物联网的通信技术，除了由主流运营商部署外，也在不断扩大部署形式，扩展运营商 NB-IoT 不能覆盖的范畴，力求做到大部分低功耗、大连接的远距离物联网场景都有相应连接方案。

基于卫星的 NB-IoT

NB-IoT 一个新的扩展方向是向天基物联网发展，即通过卫星提供全球无处不在的 NB-IoT 网络，这样不论身处海洋还是深山中，都可以实现物联网连接。

初创公司 Skylo Technologies 为全球物联网用户提供泛在连接服务，其中一个亮点是计划于 2020 年夏季推出基于卫星的全球化 NB-IoT 网络，这一 NB-IoT 网络旨在为移动性设备提供服务，主要应用于农业、交通、航海、应急等领域。Skylo 公司成立于 2017 年，并于当年年底获得三家机构 1300 万美元的 A 轮融资，其中一家机构是谷歌前 CEO Eric Schmidt 的风投公司；近日，该公司又获得了软银领投的 1.03 亿美元的 B 轮投资。

Skylo 公司基于卫星的 NB-IoT 网络是采用地球同步通信卫星连接 Skylo 部署在地球上的网关，网络运行频段除了专门的同步卫星通信业务频段外，也运行在 3GPP 所定义的频段上。这是一个双向通信的网络，除了网关将数据回传给卫星外，由于专有的天线技术，卫星无需额外设备也可以将数据反馈至网关。其中，那些网关是 8*8 英寸的盒子，一般安装在渔船、火车车厢以及其他场景设备上，网关盒子作为收发器，收集本地传感器数据，并通过卫星网络将数据传输至云端平台。
 
目前已有大量卫星通信的方案，但卫星通信一般成本很高，而这张 NB-IoT 网络成本并不高。根据 Skylo 公司 CEO 所述，该网络连接成本比现有卫星通信方案节约 95%的成本。具体来说，该网络连接资费大约为每个用户每月 1 美元，硬件成本即网关低于 100 美元。Skylo 公司的卫星 NB-IoT 网络首先在印度提供服务，首家客户是印度铁路公司，印度铁路公司将在其车厢安装 Skylo 的网关，使用 Skylo 的 NB-IoT 网络。
 
根据 GSMA 发布的数据，截止 2020 年 1 月，全球已有 92 张商用 NB-IoT 网络。在全球主流运营商都部署 NB-IoT 网络的同时，基于卫星的 NB-IoT 网络正在践行着“连接未连接物”的使命，一方面对运营商蜂窝网络形成补充，另一方面在一定程度上也和蜂窝网络形成竞争。

实际上，Skylo 并非独家提供卫星 NB-IoT 的厂商，美国另一家物联网公司 Ligado Networks 表示其准备在 1500MHz-1700MHz 频段上使用 NB-IoT 标准建设一个卫星网络；卢森堡一家名为 OQ Technology 的公司已经在一些商业卫星上测试软件定义无线电（SDR）的 NB-IoT 无线接入。除此之外，我们也看到近年来大量初创公司均推出廉价的低轨卫星物联网方案，国内也有数家民营卫星公司推动卫星物联网进展，当然国内还未出现基于卫星的 NB-IoT 网络。

私有 NB-IoT 网络

GSMA 所公布的截止 1 月有 92 张 NB-IoT 网络商用，这些网络均为主流运营商向所在区域提供的公共物联网网络，而随着 NB-IoT 逐渐成熟，私有 NB-IoT 网络开始出现，为一些关键行业提供更为安全可靠的保障。

2019 年 6 月，位于美国加州的一家名为 Puloli 的公司宣布推出首个私有 NB-IoT 网络，该网络采用 700MHz 频谱，部署在佛罗里达北部，基本覆盖该地区大多数人口，是为该地区一家公用事业企业提供部署的。对于私有网络，Puloli 探索出一套网络即服务（NaaS）的商业模式，负责网络设计、部署和运营。除了网络服务外，该私有 NB-IoT 网络采用 Pycom 公司基于 Sequans Monarch 芯片的 NB-IoT 模组，该模组支持 700MHz 频段。
 
由于是私有网络，Puloli 对此进行专门的频段定制，在 700MHz 频段中使用 1MHz 作为下行，另外 1MHz 作为上行。当然，由于 700MHz 频段已经被 21 家基础设施机构购买，包括电力、燃气、水务、石油以及铁路公司，因此频谱是部署私有网络最具挑战的环节。Puloli 与一家名为 Select Spectrum 的频谱咨询机构合作，该机构为无线电频谱的买卖提供规划、咨询和数据分析服务，最终确定频谱定制方案。

部署私有网络并非一件新鲜事物，在移动通信发展的各个历史阶段，都有很多重点行业和重点企业基于自身业务的需要，自建或者委托建设一张归属于自己的私有网络，与运营商提供的公共网络做到物理上的隔离来保障安全性。因此，在全球主流运营商积极部署 NB-IoT 公共网络的同时，NB-IoT 私网也开始出现，也是一个正常的现象。
 
当然，从目前发展情况看，NB-IoT 私网并未形成一个大量部署的态势。实际上，早在 2016 年 6 月 NB-IoT 标准冻结之初，华为就推出了基于 NB-IoT 的私网方案 eLTE-IoT，华为企业网官方微信对此做出以下描述：
 
eLTE-IoT 解决方案是为企业自建的免授权物联网市场，提供基于 Sub-GHz 免授权频谱的低功耗中长距物联网无线技术。针对低数据速率、大规模终端数目及广覆盖要求等典型的 M2M 应用场景，eLTE-IoT 可以为政企等行业客户，如智慧城市、电力和燃气 / 水务厂商开辟广阔的物联网市场。eLTE-IoT 的芯片将完全重用 3GPP NB-IoT 的芯片，和免授权频谱上的 LTE 技术类似，eLTE-IoT 产业链的参与者，也是 3GPP NB-IoT 的玩家。
 
既然能够复用 NB-IoT 本身产业生态，那么随着 NB-IoT 产业的发展，NB-IoT 私网产业链也会准备就绪。不过，除了产业链外，需求、商业模式等方面也需要准备就绪。近年来，仅电力等少数行业中有 NB-IoT 私有网络的应用。
 
在当前 5G 快速发展的背景下，NB-IoT 已纳入 5G mMTC 候选标准中。此前，全球多国和大量行业都在探索发展 5G 私网，不少国家也开始为企业建设 5G 私网分配频谱，形成 5G 赋能行业的一种典型的形式。企业自建 5G 私网，在很大程度上用于物与物的通信，连接企业各类物联网设备，而其中低功耗、大连接的部分将由 NB-IoT 来承载。从这个角度来看，未来 NB-IoT 私有网络更多是通过 5G 私网来呈现。
 
不论是基于卫星的 NB-IoT 网络，还是企业自建私有 NB-IoT 网络，都是通过扩大物联网连接方式，实现“连接未连接的物”，扩大 5G 大连接的范畴，尽量使物联网通信技术覆盖所有场景。