蜂窝物联网如何接管世界

　　借助基于标准的低功耗广域网（LPWA）技术，蜂窝网络可以轻松且经济高效地用于高带宽和低带宽设备，从而大大简化部署。

　　蜂窝物联网使用与智能手机基本相同的技术将物理设备（如传感器）连接到互联网。它们不需要创建新的专用网络来操作您的物联网设备，而是可以搭载现有的移动网络。

　　大多数低功耗设备历来使用GPRS（通用分组无线电系统），该系统具有出色的切换能力 - 对于移动设备和基于车辆的实施非常重要 - 以及低数据成本和低功耗。然而，由于GPRS网络在许多国家面临弃用，设计师和工程师在设计物联网设备时必须做出前瞻性决策，在蜂窝物联网的背景下，这意味着主动接受新的LTE标准，而不是被动地。

　　随着GPRS的关闭，下一代蜂窝物联网应用通常会迁移到两种技术之一：LTE-M（机器的长期演进，又名Cat-M1或Cat-M）或NB-IoT（窄带物联网，又名LTE CatNB1或LTE-M2）。只有美国、荷兰、爱尔兰和澳大利亚有全国性的LTE覆盖，而GSM是东欧和非洲等地区的标准配置。

　　过去，通过蜂窝网络连接高带宽设备通常被认为过于昂贵，而低带宽设备几乎只使用 GPRS。但是，借助基于标准的低功耗广域网（LPWA）技术，蜂窝网络可以轻松且经济高效地用于高带宽和低带宽设备，从而大大简化部署。运营商在部署LPWA网络方面取得了快速进展，许多运营商现在同时使用LTE-M和NB-IoT版本的LPWA。

　　物联网行业持续增长——一些事实和数据

　　预计到2020年底，将有超过300亿台连接设备，预计到2025年，全球工业物联网市场将从2016年的1090亿美元增加到9336.2亿美元。

　　在这些数字中，蜂窝物联网市场预计将从2015年的12.6亿美元增长到2022年的53.1亿美元，在2016年至2022年的预测期内的复合年增长率为23.34%。

　　全球移动运营商爱立信预测，到2024年，仅通过NB-IoT和LTE-M技术的蜂窝物联网连接数量将达到41亿。大多数部署、连接和增长将来自东北亚，到 2024 年，东北亚的总数将达到 27 亿。

　　蜂窝物联网的主要优势

　　蜂窝物联网的优势很多，包括无处不在的覆盖范围、易于部署、更低的支持、硬件和数据成本。

　　蜂窝设备可以由分销商或系统集成商在发货给最终客户之前预先配置，从而开箱即用地连接到网络，无需最终用户配置（例如，设置安全性以连接到 Wi-Fi 接入点）。

　　使用蜂窝网络，基础设施由蜂窝运营商拥有和管理，而不是最终客户或产品供应商。这意味着没有前期基础设施成本，并降低了支持成本。由于蜂窝连接不依赖于最终用户管理的基础设施（Wi-Fi、Zigbee 等），因此产品供应商不必为基本连接问题提供“帮助台”支持服务，并且蜂窝网络的稳健性大大提高了可靠性。

　　此外，近年来蜂窝模块成本大幅下降，数据成本也大幅下降。对于只需要报告少量数据的联网机器，连接费用可能低于 1 英镑。例如，报告每日库存的自动售货机显然不需要与消费者流式传输高清音乐视频相同的昂贵数据计划。

　　从农场到城市：蜂窝物联网如何交付的示例

　　基于LTE的蜂窝物联网为未来提供了广泛的机会，项目涉及智能农业、智慧城市和公共安全等领域。

　　2016年，Telia与设备制造商7Sense在挪威开发了一个智能农业试点项目，使用连接的传感器使农民能够监控堆肥和灌溉系统。7Sense正在寻找NB-IoT，以提供比其他形式的连接更好的覆盖范围和电池寿命，并以蜂窝网络提供的易用性和服务质量为基础。

　　智慧城市有可能将物联网与生活的几乎每个方面结合起来，而且它们正在酝酿之中。比尔·盖茨 2017 年在亚利桑那州凤凰城附近的投资、中东的 NEOM 以及中国杭州的发展计划显示出广泛的全球兴趣。洛杉矶市已经完成了一个自动化的交通监控和控制系统，旨在预测和减少交通拥堵和污染。伦敦还在试验污染对策，这些措施涉及连接的物联网传感器网络，以及车载传感器，共同提供局部高污染风险的早期预警。

　　物联网连接的资产跟踪器正被用于实时监控校车，以确保它们按计划进行并确保学生的安全。该系统旨在结合RFID、GPS（全球定位系统）和GPRS技术，以安全和非侵入性的方式监测儿童。每个学生都会获得一张或多张独特的RFID卡，这些卡将嵌入到书包中。由于学生的标签在进入或离开校车时被安装在校车上的阅读器检测到，因此时间、日期和位置将被记录并传输到安全数据库。

　　移动运营商团结起来支持蜂窝物联网

　　全球的移动运营商都在团结起来支持蜂窝物联网，尽管在标准和时间表方面采用率差异很大。此次推出部分是为了支持智能计量、智能物流和智能环境监测，同时也是运营商长期战略和对5G物联网标准承诺的核心组成部分。

　　在美国，AT&T于2016年在美国推出了首个商用LTE Cat-M1站点，并于2017年第二季度在全国范围内推出了LTE Cat-M1服务，并正在测试LTE-M在各种工业物联网用例中的使用，与CalAmp在联网车辆、车队和资产管理方面合作， 智能托盘RM2，集装箱监控和资产跟踪Xirgo Technologies，智能饮料喷泉百事可乐。

　　在欧洲，Orange于2018年在法国推出了LTE-M网络，并于2018年底确认在西班牙和罗马尼亚进一步建立LTE-M网络;而德国电信正准备在2019年推出其5G就绪的LTE-M技术，并加速开发LTE-M解决方案。

　　在NB-IoT推出方面，德国电信和沃达丰集团于2018年6月在欧洲完成了使用NB-IoT的国际漫游试验。

　　与此同时，Telia于2018年3月成为芬兰第一家将NB-IoT引入其网络的运营商;Telenor于2018年11月将LTE-M与NB-IoT一起引入挪威网络，德国电信承诺在2019年年中将LTE-M引入欧洲。

　　标准仍然支离破碎

　　移动物联网网络由 3GPP 标准化，旨在支持低成本、使用低数据速率、需要长电池寿命且通常在偏远和难以到达的位置运行的蜂窝物联网应用，例如工业资产跟踪、安全监控或水和燃气计量。截至2018年12月，44家移动运营商已在全球推出83个商用移动物联网网络，采用NB-IoT和LTE-M技术。根据GSMA Intelligence的预测，到2025年，将有31亿个蜂窝物联网连接，其中包括18亿个授权的LPWA连接。

　　美国无线巨头Verizon与Sequans，Telit，U-Blox，Sierra Wireless，Gemalto，Qualcomm Technologies和Altair等行业领导者合作，创建了Cat-M1，这是一种专为物联网应用设计的LTE网络/芯片组，特别是在功耗方面特别节俭。根据Verizon的说法，Cat-M1消耗更少的电力，配备了改进的电池，并支持从水监测系统到资产跟踪器和消费电子产品的所有内容。然而，Verizon在2017年推出了Cat-M1，物联网平台才刚刚开始提供Cat-M1作为蜂窝产品。

　　Cat-M1通常被视为为物联网应用构建的第二代LTE芯片，其真正的关键优势在于它与现有的LTE网络兼容。对于Verizon和AT&T等运营商来说，这是个好消息，因为他们不必花钱建造新的天线，尽管将Cat-M网状到LTE网络中需要一个软件补丁。然而，可以肯定的是，5G和LTE技术将共存到20世纪20年代，因此Cat-M的向后兼容性是一个奖励。

　　NB-IoT的目标与Cat-M1相似;但是，它使用DSSS调制而不是LTE无线电。因此，NB-IoT不在LTE频段运行，这意味着提供商部署NB-IoT的前期成本更高。

　　CAT-M1和NB-IoT都在积极追求成为物联网产品事实上的连接解决方案。NB-IoT的主要缺点是它最初是为计量等静态应用设计的，因此它不能很好地处理移动性，并且还可能遇到延迟问题。从积极的方面来看，NB-IoT调制解调器的功率要求较低，并且可能达到比Cat-M1更低的单位成本。

　　Altair Semiconductor分析了三个关键 KPI，包括覆盖范围、成本和功耗。虽然市场认为NB-IoT在这些KPI方面比CAT-M1具有明显的优势，但该公司得出结论，CAT-M1实际上在覆盖范围和功率方面具有优势，与NB-IoT相比，成本劣势最小。

　　双频或三频作为临时解决方案

　　在接下来的几年里，成千上万的企业将设计新产品，以利用蜂窝物联网带来的机遇。求助于射频专家可以帮助克服这一挑战，尤其是在浏览出现的双模芯片组时，这些芯片组允许设备制造商构建用于全球部署的单一产品。

　　Telit，uBlox，Sierra Wireless，金雅拓和移远通信等供应商只是少数几家推出解决方案以利用蜂窝物联网市场的调制解调器提供商。

　　催化剂：5G是市场颠覆者吗？

　　尽管5G是开发新一代更好，更具可扩展性的物联网服务的主要因素，但物联网产品的广泛5G部署不太可能很快。考虑到蜂窝网络的建立速度，5G网络还需要一段时间才能普及到足以推出全球物联网产品，这假设5G是一个固定的标准。

　　NB-IoT和LTE-M通常被视为5G连接预期的超快移动速度的次要因素，NB-IoT和LTE-M1都定义了网络类别，这些类别本质上旨在使更多设备在线，但连接标准通常较低。但GSMA的报告《5G背景下的NB-IoT和LTE-M》认为，这些类别将有助于推动“大规模物联网”的发展，指的是更广泛的物联网，其中5G将成为其核心基础设施组件。

　　正如GSMA首席技术官Alex Sinclair在报告摘要中解释的那样，虽然5G当然主要与超高速移动连接有关，但“它还将服务于各种用例，这些用例通常具有截然相反的要求，例如低数据速率和长电池寿命，就像移动物联网的情况一样。这就是为什么今天已经形成的许可NB-IoT和LTE-M网络“将继续成为我们5G未来的基本组成部分，迎来一个大规模物联网时代。

　　简而言之，Cat-M1和NB-IoT的渐进式改进将继续降低未来和未来物联网应用的成本和功耗要求。产品创造者应该将注意力转向LTE，如果他们想在未来10 +年内不间断地工作。

　　决策时间 – 您应该选择哪个？

　　与以往一样，没有一个答案。这两种技术都有显著的优势，具体取决于部署的范围和细节。地理推广当然会在这个决定中发挥至关重要的作用，但由于我们处于这个市场的早期阶段，这是一个不断变化的目标。

　　对于低数据速率应用，移动性确实是LTE-M和NB-IoT之间的突出区别，LTE-M允许小区切换，而NB-IoT则不允许，因此更适合静态用例。NB-IoT可能会在功耗和成本方面更加节俭，尽管后者仍不清楚。

　　幸运的是，模块供应商已采取措施减轻这种潜在的不确定性，生产的调制解调器设计既可以进行LTE，也可以在需要时回落到GPRS。此选项提供了最佳的电流配置，并允许将来在市场稳定后安装仅LTE版本的成本降低选项。

　　总体而言，蜂窝物联网市场在标准方面处于显着变化的状态，正如我们过去所看到的那样，批发押注其中一个是一种风险。在可能的情况下，选择可以涵盖最广泛选项的自适应调制解调器是短期内最安全的面向未来的策略，尽管成本最高。幸运的是，从中期来看，竞争标准将显著成熟，未来的知名度将大大提高。..。..

　　审核编辑：郭婷