愛立信移動市場報告：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)讓城市更智能

　　最新版《愛立信移動市場報告》預測,到2022年,將有約290億臺聯(lián)網(wǎng)終端,其中約180億物聯(lián)網(wǎng)終端。無處不在的蜂窩網(wǎng)絡,非常適合實現(xiàn)價格低廉的物聯(lián)網(wǎng)連接,物聯(lián)網(wǎng)設備通過蜂窩網(wǎng)絡,讓城市變得更為智能。

　　互補型物聯(lián)網(wǎng)技術

　　物聯(lián)網(wǎng)領域出現(xiàn)了兩大細分市場:即關鍵應用連接和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接。關鍵物聯(lián)網(wǎng)連接的特點是要求很強的可靠性和可用性,以及超低的延遲。而大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的特點是具有海量連接、低數(shù)據(jù)量、低成本終端和對能耗的嚴格要求。

　　這兩個領域有大量具有不同連接要求的大量用例。蜂窩網(wǎng)絡適用于支持這兩個領域,雖然沒有單個技術適合于所有潛在情況。為了滿足不同潛在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應用用例的要求,幾個蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術正在標準化,包括擴展覆蓋GSM-IoT、Cat-M1和窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)。

　　根據(jù)技術可用性,用例需求和部署場景,這些解決方案可以互補。例如,EC-GSM服務于所有GSM市場的應用,Cat-M1支持廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應用,包括內(nèi)容豐富的應用,而NB-IoT針對超低吞吐量應用進行了簡化,并提供極好的覆蓋和部署靈活性。運營商是選擇一個解決方案,還是結合幾個解決方案取決于幾個因素,如技術覆蓋、網(wǎng)絡技術策略和具體的目標市場。

　　超低端大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應用

　　要檢查蜂窩網(wǎng)絡承載物聯(lián)網(wǎng)流量的能力,需要了解物聯(lián)網(wǎng)服務的真實場景及其網(wǎng)絡影響因素。我們的場景包括由一系列不同物聯(lián)網(wǎng)服務組成的流量模型,包括對每個終端消息大小和流量強度的假設,以及在密集城市環(huán)境中部署的終端數(shù)量。它專注于對吞吐量要求有限的超低端物聯(lián)網(wǎng)應用,例如計量和監(jiān)控用例,因為這些應用將成為許多市場中部署的首批大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務。

　　大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)流量場景

　　每平方公里有1萬戶家庭的密集城市環(huán)境,類似倫敦、北京或紐約的中心地區(qū),被用作大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務場景的基礎。假設在該地區(qū)部署了一系列不同類型的互聯(lián)終端,包括水、煤氣表和電表、自動售貨機、租賃自行車位置監(jiān)控器和汽車中(基于每個家庭一輛汽車,每四個流量一組計算平均值。)監(jiān)控駕駛員行為的加速度傳感器。上圖中總結了每個終端的流量特征。(在這種情況下,上行鏈路流量為主導,下行鏈路流量用于應用確認(ACK和終端之間的控制平面信令(RRC), 無線接入網(wǎng)絡相對較小) 此場景中使用的聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量代表成熟的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)場景。在初始部署階段,終端密度將較低,相應的流量負載也不會那么高。

　　這些服務代表了現(xiàn)實的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)用例范圍,這些用例預計將部署在城市環(huán)境中。

　　這些服務的部署環(huán)境和流量模型不同:遠程控制儀表可能面臨室內(nèi)覆蓋挑戰(zhàn),而安裝在自行車上的終端通常位于室外。儀表流量可能每天集中傳輸一次,而其他終端可能需要每10分鐘傳輸一次。

　　大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)流量很小,一個服務的典型數(shù)據(jù)包大約為100-150個字節(jié),其中考慮了終端ID的有效載荷、時間戳和報告數(shù)據(jù)值。

　　此外,每個數(shù)據(jù)包都有大約65個字節(jié)的IP開銷和更高層報頭;媒體訪問控制(MAC)層開銷為15個字節(jié),移動網(wǎng)絡上行鏈路每個事件的標準控制信令為59個字節(jié)?？傊?每個事件產(chǎn)生大約250-300個字節(jié),由物聯(lián)網(wǎng)終端傳輸。

　　上頁圖中顯示了產(chǎn)生的流量需求。它清晰表明,盡管終端的密度非常高,每個終端的流量很低,每單位面積的流量限制為每平方公里幾千比特/每秒(kbps), 而移動寬帶業(yè)務在密集城市地區(qū)為每平方公里接近千兆比特/每秒(Gbps)。

　　部署NB-IoT載波,實現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務場景

　　NB-IoT適用于超低端物聯(lián)網(wǎng)應用。基站可以與終端通信的下行/上行最高瞬時數(shù)據(jù)速率為227 / 250kbps,而每個終端的持續(xù)最大吞吐量為21 / 63kbps,足以支持城市情景中的服務。雖然其容量低于移動寬帶,但系統(tǒng)級仿真顯示,一個180 kHz 的NB-IoT載波可以承載數(shù)十kbps——具體取決于載波配置。假設單個NB-IoT載波在3個扇區(qū)站點部署,城市環(huán)境典型的站點間距離為500米,可實現(xiàn)每平方公里數(shù)百kbps的區(qū)域容量。這比我們密集的城市情景中大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務流量的需求大得多。

　　下圖說明了在我們的城市情景中,大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)累積流量與單個NB-IoT載波的容量之間的關系。所有大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務的總流量總計占總可用容量的6%,這表明在需要另一個NB-IoT運營商之前,可以支持在所考慮的情況下將大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)流量增加15倍。此外,Cat-M1與NB-IoT相比支持更高的數(shù)據(jù)速率和容量。

　　除業(yè)務所需的容量外,覆蓋挑戰(zhàn)性位置中的終端至關重要。因此,NB-IoT和Cat-M1設計提供比GSM和LTE顯著更好的覆蓋。這種改進的覆蓋允許無線電信號穿透附加壁壘或紅外反射(IRR)金屬化玻璃窗,可以到達部署在室內(nèi)深處或地下室(典型的儀表位置)的終端。

　　創(chuàng)造商機

　　蜂窩網(wǎng)絡可以處理大量大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)終端,對網(wǎng)絡容量的影響最小。我們的方案顯示,單一NB-IoT載波(部署在保護頻帶或帶內(nèi),占用10 MHz LTE載波的2%)明顯超出了所考慮的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務的需求。這些發(fā)現(xiàn)意味著NB-IoT的初步部署可滿足潛在的更高數(shù)據(jù)需求和流量強度,也能夠支持其他類型的服務。

　　通常,運營商可能不怎么升級現(xiàn)有網(wǎng)絡以支持物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務,但是該領域的潛在價值巨大?？梢詮膯蝹€基站為成千上萬的物聯(lián)網(wǎng)終端提供連接是重要的推動力量,可以帶來新商機。

　　物聯(lián)網(wǎng)展望

　　隨著新興應用和商業(yè)模式的涌現(xiàn),以及標準化和終端成本的下降,互聯(lián)終端的數(shù)量不斷增長。

　　預測到2022年,將會有290億互聯(lián)終端,其中物聯(lián)網(wǎng)終端將達到181億。

　　2018年,手機數(shù)量預計將超過物聯(lián)網(wǎng)終端,其中包括互聯(lián)汽車、機器、電表、可穿戴終端和其他消費電子產(chǎn)品。2016年至2022年,在新用例的推動下,物聯(lián)網(wǎng)終端預計將以21%的復合年增長率增長。