賈雪琴+張云勇

認(rèn)為低功耗物聯(lián)網(wǎng)（IoT）業(yè)務(wù)所面臨的挑戰(zhàn)主要包括：在網(wǎng)絡(luò)和終端方面，模組成本高，耗電量大，網(wǎng)絡(luò)覆蓋不理想；在運營方面，增量不增收，業(yè)務(wù)碎片化。窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）能有效解決當(dāng)前低功耗業(yè)務(wù)所面臨的問題，相比LoRa等非授權(quán)頻譜低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)，在移動性、可靠性和安全性等方面具有優(yōu)勢，更適合規(guī)模化運營。提出了運營商的NB-IoT運營策略，包括迅速部署NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，突破網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，聚焦重點行業(yè)，加強產(chǎn)業(yè)合作。認(rèn)為NB將會成為LPWA的主流技術(shù)。

低功耗物聯(lián)網(wǎng)；窄帶物聯(lián)網(wǎng)；運營策略

Main challenges faced by low power enabled Internet of things （IoT） services include two aspects： high module cost， high power consumption， bad network coverage for network and terminal； the increasing connectivity （while the income does not increase）， and the fragmentation of services in operation. Comparing with other un-authorized spectrum low power wide area （LPWAN）， e.g.， LoRa， narrowband IoT （NB-IoT） has many advantages in terms of mobility， reliability and security， so it is more suitable for large scale operation. NB-IoT operation strategies are proposed in this paper， including quickly deploying NB-IoT network， expanding the network connection services to upper services， focusing on key industries and strengthening industrial cooperation. NB will become the main technology of LPWA.

low power enabled IoT； NB-IoT； operation strategies

1 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及其面臨的

挑戰(zhàn)

1.1 總體情況

當(dāng)前，全球電信運營商普遍面臨市場飽和、增長乏力等問題。人與人通信的移動終端數(shù)量增長，已看到天花板。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)增長加快，成為運營商新的增長點。根據(jù)運營商統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年中國市場的移動機器到機器（M2M）連接數(shù)已過億。

在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，面向低功耗、廣覆蓋的低功耗廣域技術(shù)（LPWA）應(yīng)用前景廣闊，其巨大的市場潛力及低成本芯片、模組優(yōu)勢吸引運營商積極投入[1-3]。

1.2 適用LPWA的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)涉及的業(yè)務(wù)范圍非常廣泛，比如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)、可穿戴、智慧家庭等。其中，數(shù)據(jù)傳輸具有小數(shù)據(jù)包，頻發(fā)，時延不敏感，連接容量大等特點的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)比較適合采用LPWA。根據(jù)全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）的研究，有7種物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸滿足上述特點，見表1。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)和終端的挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)和終端提出了很大挑戰(zhàn)，但有些性能要求是當(dāng)前已廣泛商用的2G/3G/4G、無線局域網(wǎng)（WLAN）及其他無線技術(shù)所無法滿足的。

·海量終端接入：城區(qū)每平方千米終端數(shù)為30萬個；

·覆蓋范圍廣：要求區(qū)域覆蓋達(dá)到99.99%，尤其是室內(nèi)和上行覆蓋，相對于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)覆蓋則提升了20 dB以上；

·終端成本低：芯片價格為1～2美元，終端成本小于5美元；

·終端功耗超低：電池可以支持終端模塊工作10年；

·時延要求差異大：汽車自動駕駛、遠(yuǎn)程手術(shù)等業(yè)務(wù)端到端時延要求為1 ms，而遠(yuǎn)程抄表、水管網(wǎng)線監(jiān)測等業(yè)務(wù)對端到端時延要求不高。

1.4 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對運營的挑戰(zhàn)

（1）低功耗業(yè)務(wù)增量不增收

當(dāng)LPWA得到廣泛部署后，連接數(shù)會大幅提升。據(jù)預(yù)測，2020年基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的連接數(shù)將達(dá)到30億。

以2020年的預(yù)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)各類物聯(lián)網(wǎng)終端對于網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的不同要求，我們一般認(rèn)為：通過低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）接入的低速率連接數(shù)接近70%；通過增強機器類型通信（eMTC）技術(shù)接入的中速率連接數(shù)約超過20%；通過3G/4G接入的高速率連接數(shù)不足10%。形成由低速到高速的金字塔形狀，如圖1左側(cè)所示[4]。

然而，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對運營商連接數(shù)的提升，并不能為運營商收入帶來相應(yīng)體量的增長。由于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）連接產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量極少，連接成本的敏感性高，大部分NB-IoT連接的每月每用戶平均收入（ARPU）值僅為1～2元甚至更低，故帶來的連接收入并不高。

由3G/4G接入的車聯(lián)網(wǎng)，視頻監(jiān)測控制等高帶寬、低時延業(yè)務(wù)的平均ARPU值較高，可達(dá)到NB-IoT業(yè)務(wù)ARPU值的20～50倍，是運營商流量經(jīng)營的主體。

以此推算，雖然通過NB-IoT的接入的終端數(shù)量占蜂窩連接70%，但未來連接收入的主體仍來自于占10%的高帶寬終端，即70%終端產(chǎn)生10%連接收入，10%終端產(chǎn)生70%連接收入，形成一個倒金字塔的形狀，如圖1右側(cè)所示。

根據(jù)圖1所示的模型，可以預(yù)測：2020年NB-IoT能為運營商帶來的年收入不足500億元。500億元的年收入蛋糕放在全球的運營商面前實在是太小了。因為僅中國的三大運營商2015年的營業(yè)收入總和就已經(jīng)超過了1萬億元人民幣。

以此看來，龐大的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)連接并不會給運營商帶來多大收入增量。雖然在移動互聯(lián)網(wǎng)為流量主導(dǎo)的時期，運營商可以通過智能管道，采用精細(xì)化流量經(jīng)營來實現(xiàn)更多增值。而在物聯(lián)網(wǎng)時期，僅僅靠提供連接管道運營商會更快速地陷入增量不增收的泥潭。

（2）業(yè)務(wù)碎片化

“碎片化”是物聯(lián)網(wǎng)的天生屬性。碎片化的天性是源于物聯(lián)網(wǎng)需要與各行各業(yè)融合的特點。

運營商傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)產(chǎn)品都是易于標(biāo)準(zhǔn)化，易于復(fù)制，并適合大規(guī)模推廣的。比如語音、短信、專線、彩信等，全國的客戶經(jīng)理經(jīng)過培訓(xùn)都很容掌握，因為這些產(chǎn)品的配置、維護(hù)都是標(biāo)準(zhǔn)化和程式化的。

而在物聯(lián)網(wǎng)中，面對的行業(yè)非常多，需求差異非常大，對組網(wǎng)和終端/模組的定制需求非常旺盛。比如，車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)和終端/模組的需求是時延敏感、傳輸高可靠；而抄表業(yè)務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)和終端/模組的需求是時延不敏感、低功耗、低成本。

由于業(yè)務(wù)需求的碎片化，技術(shù)方案必然多樣，所以出現(xiàn)了多個物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化組織、多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相互補充和競爭的情況。

2 NB-IoT特點及產(chǎn)業(yè)鏈

現(xiàn)狀

NB-IoT是第3代合作伙伴計劃（3GPP）針對低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)推出的一種新型窄帶蜂窩無線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5-7]，其第1個標(biāo)準(zhǔn)版本于2016年6月份正式凍結(jié)，預(yù)計2017年會出現(xiàn)大規(guī)模商用。

作為低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)無線接入技術(shù)，NB-IoT具有廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本4個方面的優(yōu)勢。

·廣覆蓋：相比傳統(tǒng)全球移動通信系統(tǒng)（GSM）網(wǎng)絡(luò)，NB-IoT可以提供20 dB的覆蓋增益，鏈路預(yù)算達(dá)到-164 dB；

·大連接：NB-IoT每扇區(qū)可以支持5～10萬個設(shè)備連接；

·低功耗：NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)終端，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)模型，最長待機時間可達(dá)10年；

·低成本：預(yù)計NB-IoT模組成本單價在5美元左右，相比3G/4G模組有顯著的成本優(yōu)勢。

相比LoRa[8]等工作于免授權(quán)頻譜的低功耗廣域無線接入技術(shù)，NB-IoT工作于授權(quán)頻譜并且基于蜂窩技術(shù)設(shè)計，天然可以為用戶提供更加安全、更加可靠的通信服務(wù)。我們給出了NB-IoT和LoRa的一些簡單的技術(shù)對比。

·功耗：NB-IoT和LoRa終端設(shè)備理想狀態(tài)下均可實現(xiàn)10年左右的電池壽命，LoRa在發(fā)射功率方面更低，NB-IoT則具有更好的節(jié)能管理和深度睡眠功能，支持非連續(xù)接收延長（eDRX）和節(jié)電模式（PSM）。

·成本：LoRa相比NB-IoT起步較早，目前模組成本略低于NB-IoT，后期預(yù)計兩者成本相差不大，取決于出貨量。

·安全：NB-IoT在數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備認(rèn)證方面均可以提供電信級的安全，LoRa則是通過多層加密的方式提供數(shù)據(jù)安全支持。

·可靠性：NB-IoT基于授權(quán)頻譜技術(shù)，并保證丟包重傳，通信體驗穩(wěn)定，而LoRa則基于免授權(quán)頻譜，會存在干擾問題，導(dǎo)致丟包。

·覆蓋：NB-IoT相比LoRa具有更高的鏈路預(yù)算和更大的發(fā)射功率，雖然頻譜上不如LoRa頻率低，但是具有更好的實際覆蓋能力。

·標(biāo)準(zhǔn)化：NB-IoT和LoRa背后均有標(biāo)準(zhǔn)組織支持，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高。相比LoRa聯(lián)盟，3GPP在無線通信技術(shù)方面具有更多的合作廠商且明確支持NB-IoT未來的演進(jìn)增強，因此NB-IoT在未來標(biāo)準(zhǔn)化方面的技術(shù)支持力度會好于LoRa。

由于NB-IoT背后受到3GPP的力挺，加上已經(jīng)有部分運營商宣布了NB-IoT的商用計劃，雖然目前NB-IoT還未正式大規(guī)模商用，但是在產(chǎn)業(yè)鏈方面已經(jīng)獲得眾多廠商的明確支持。

從運營商對NB-IoT的響應(yīng)和投入看，NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)得到了許多主流運營商的響應(yīng)，很多全球頂尖運營商都已圍繞NB-IoT發(fā)布了各自的發(fā)展方略，展開實驗局。2016年全球50家主流運營商中，有一半支持NB-IoT。在中國，福建聯(lián)通于2016年11月啟動了中國首個窄帶實際業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化NB-IoT商用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)[9]。

隨著2016年6月份NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)確定發(fā)布，已經(jīng)有一大批測試網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，而且商用網(wǎng)絡(luò)也會出現(xiàn)，2017年將進(jìn)入規(guī)模部署階段。

除行業(yè)應(yīng)用外，據(jù)悉，消費類行業(yè)如白色家電廠家也開始采用NB-IoT芯片進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

可以預(yù)見，NB-IoT生態(tài)正在以一種勢不可擋的態(tài)勢成型。作為應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)新時代諸多挑戰(zhàn)的一大利器，NB-IoT將引發(fā)整個物聯(lián)網(wǎng)的革命性變化，成就萬物互聯(lián)的新時代，為各行各業(yè)帶來巨大機遇。

3 NB-IoT運營策略

3.1 迅速部署NB-IoT網(wǎng)絡(luò)

雖然LPWA在連接層面能為運營商帶來的收入增益非常有限，但是它卻具有撬動眾多億萬美元垂直行業(yè)市場的能力。未來的藍(lán)海市場是產(chǎn)業(yè)鏈各方追逐的方向。

NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)于2016年年中才凍結(jié)。在其凍結(jié)之前，同屬于LPWA技術(shù)的LoRa已經(jīng)在某些國家建了全國性網(wǎng)絡(luò)并已開始運營（如荷蘭電信[10]和韓國SKT[11]）。這在產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)培育上，后發(fā)的NB面臨了一些壓力。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，因大量對功耗敏感的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備和業(yè)務(wù)的存在，市場對LPWA的需求非常迫切。因非授權(quán)LPWA具有部署靈活，建網(wǎng)快速等天然優(yōu)點，在運營商未商用NB之前，某些市場會選擇非授權(quán)頻段技術(shù)。

由于絕大部分物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)屬于企業(yè)業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)的特點是粘性大，示范性強，并且容易被同類業(yè)務(wù)參考和大規(guī)模復(fù)制。因此，從NB標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)到商用的時間窗應(yīng)該是越小越好。

迅速部署NB是電信運營商必須做出的選擇。

3.2 從網(wǎng)絡(luò)連接擴展到價值量更高

的業(yè)務(wù)

傳統(tǒng)上，運營商的核心業(yè)務(wù)主要包括話音、短信和數(shù)據(jù)。圍繞著這3類業(yè)務(wù)，運營商扮演著管道提供商的角色。

咨詢公司的預(yù)測數(shù)據(jù)[12]顯示：網(wǎng)絡(luò)連接的收入在整個物聯(lián)網(wǎng)的收入中將只占很小一部分，大約在15%以下。如何破解運營商的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)收入遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NB建網(wǎng)成本困局？答案是必須提供網(wǎng)絡(luò)連接之外的業(yè)務(wù)和能力。

如圖2所示，以德國電信為例，其通過自建物聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)、連接管理平臺，并與Culmulocity合作建立設(shè)備管理平臺、應(yīng)用使能平臺以及可視化和分析平臺，在可視化和分析平臺的基礎(chǔ)上來提供集成和咨詢業(yè)務(wù)。通過這種布局，德國電信的收入來源從價值量最低的網(wǎng)絡(luò)連接擴大到了價值量較高的集成和咨詢服務(wù)。

所以，運營商應(yīng)迅速將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理平臺作為其核心能力建設(shè)，并基于設(shè)備管理平臺，為各類第三方應(yīng)用管理平臺提供基礎(chǔ)應(yīng)用程序接口（API）、軟件開發(fā)工具包（SDK）能力，從“管”的提供者向“云”的提供者延伸；另一方面，面向不同行業(yè)、不同應(yīng)用場景提供定制化物聯(lián)網(wǎng)卡、通信模組，也向著終端領(lǐng)域延伸。從智能管道向“云-管-端”綜合方案轉(zhuǎn)變，成為運營商在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中的主要方向，營收可以向網(wǎng)絡(luò)的上下游延伸。

3.3 區(qū)分重點行業(yè)和非重點行業(yè)

針對物聯(lián)網(wǎng)碎片化的天性和需要與行業(yè)結(jié)合的特點，運營商既需要走進(jìn)行業(yè)，又必須把握好進(jìn)入的深度和力度，以平衡成本支出與收益。面對眾多的垂直行業(yè)，客觀現(xiàn)實要求運營商有區(qū)別地對待垂直行業(yè)及其下的細(xì)分市場，即識別出重點垂直行業(yè)和非重點垂直行業(yè)。

根據(jù)中國NB-IoT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的分析結(jié)果[13]，NB-IoT技術(shù)可適用于八大垂直行業(yè)，見表2。

從表2中，可以選擇出NB的重點行業(yè)。對重點垂直行業(yè)，可按其具體需求為其提供能力增強的物聯(lián)網(wǎng)模組、終端、網(wǎng)絡(luò)配置、平臺和應(yīng)用使能，具體見圖3中左側(cè)的兩個藍(lán)色圓角方框。

對非重點垂直行業(yè)，可利用通用平臺為其提供網(wǎng)絡(luò)連接之上的服務(wù)，見圖3右上方的兩個藍(lán)色圓角方框。

3.4 加強產(chǎn)業(yè)合作

積極加入產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、標(biāo)準(zhǔn)化組織，對垂直行業(yè)做科學(xué)分析，研究行業(yè)特點和市場規(guī)模，找準(zhǔn)具體行業(yè)，朝著做深、做細(xì)的方向做好布局。同時識別出行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，建立強強合作關(guān)系，以彌補運營商的行業(yè)知識的短板。

4 結(jié)束語

LPWA技術(shù)作為推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)已經(jīng)可以商用。面對物聯(lián)網(wǎng)和LPWA，運營商的機遇巨大，但挑戰(zhàn)更大，比如：如何采用授權(quán)頻段的NB技術(shù)？如何利用非授權(quán)頻段的其他LPWA？如何選擇重點垂直行業(yè)及其細(xì)分市場？如何建立基礎(chǔ)能力以實現(xiàn)從賣連接到賣服務(wù)的價值擴充？如何與產(chǎn)業(yè)合作以建立良好的生態(tài)等都是正在探索的問題。

雖然還有很多未解決的問題，但在市場和運營商的雙重推動下，在未來的幾年時間里，NB將會成為LPWA的主流技術(shù)。

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