邢宇龍 王淑玲 賈雪琴 胡 云

中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院 北京 100048

概述

面對人人通信逐漸飽和、增量不增收的殘酷局面，傳統(tǒng)運(yùn)營商都在積極尋求創(chuàng)新突破。物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的海量連接潛力以及連接背后的巨量市場為運(yùn)營商提供了一個業(yè)務(wù)創(chuàng)新拓展的好機(jī)遇。據(jù)IDC預(yù)測，到2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接將達(dá)到300億；到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)連接將達(dá)到700億。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展將為電信運(yùn)營商帶來用戶規(guī)模、戰(zhàn)略地位、資源利用、應(yīng)用創(chuàng)新等多方面機(jī)遇；因此，全球的運(yùn)營商均積極擁抱物聯(lián)網(wǎng)，紛紛將IoT列為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向，成立專門的IoT組織，以更好地整合內(nèi)部資源，形成IoT業(yè)務(wù)發(fā)展合力[1-2]。目前，立足于管道，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈合作共贏，打造端到端的服務(wù)能力，已成為國內(nèi)外運(yùn)營商發(fā)展IoT的共識，具體舉措上也趨于一致，包括把控IoT入口、做優(yōu)管道連接、加速平臺布局、端到端業(yè)務(wù)服務(wù)提供等[3-4]。

在中國聯(lián)通2016年發(fā)布的聚焦戰(zhàn)略中，物聯(lián)網(wǎng)被定位為其中一個重要的聚焦業(yè)務(wù)，明確指示“規(guī)模拓展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)新空間”，培育新的增長級。盡管中國聯(lián)通已建成覆蓋全國的優(yōu)質(zhì)通信網(wǎng)絡(luò)，但是物物連接巨量性、多樣性、與人聯(lián)網(wǎng)需求的差異性都給傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來了一定的挑戰(zhàn)。在此背景下，本文立足于中國聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，結(jié)合中國聯(lián)通自身網(wǎng)絡(luò)情況和物聯(lián)網(wǎng)未來技術(shù)演進(jìn)趨勢并從物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)出發(fā)，給出未來聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的建議和思考[5]。

1 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)演進(jìn)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)情況

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展兇猛，將迎來百億級的連接數(shù)和萬億級的市場規(guī)模，市場潛力巨大。面對巨大的物聯(lián)網(wǎng)市場空間，產(chǎn)業(yè)鏈各方積極參與其中，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)正逐步成型。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)主要由芯片、終端(模組)廠家組成，包括高通、華為、中興等。隨著技術(shù)的進(jìn)步、需求的演進(jìn)，低功耗、高可靠性、高集成度的半導(dǎo)體芯片成為了當(dāng)下的研究熱點(diǎn)之一。產(chǎn)業(yè)鏈的中間環(huán)節(jié)是聯(lián)通終端和應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)提供商。物聯(lián)網(wǎng)的連接技術(shù)豐富多樣，包括了聚焦短距離傳輸?shù)腤i-Fi、藍(lán)牙、Zigbee、z-wave，也涵蓋了由電信運(yùn)營商運(yùn)營的2G、3G、4G蜂窩物聯(lián)技術(shù)以及當(dāng)下極受關(guān)注的NBIoT、eMTC等LPWA技術(shù)。在IDC的研究報(bào)告中指出，LPWA對傳統(tǒng)的接入技術(shù)有較大的替代作用，預(yù)計(jì)至2020年，LPWA的連接數(shù)將超過傳統(tǒng)的蜂窩。目前電信運(yùn)營商均在大力推動NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并通過匹配模組補(bǔ)貼資金等措施，推動產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和發(fā)展，成為國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最重要推動者。產(chǎn)業(yè)鏈的下游是平臺服務(wù)商、系統(tǒng)集成及應(yīng)用服務(wù)提供商。平臺是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)有效管理的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)平臺作為設(shè)備匯聚、應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)分析的重要環(huán)節(jié)，向下實(shí)現(xiàn)對終端的“管、控、營”，向上為應(yīng)用開發(fā)、服務(wù)提供及系統(tǒng)集成提供PaaS服務(wù)。系統(tǒng)集成及應(yīng)用服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)部署實(shí)施與實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)集成商需根據(jù)不同客戶的需求，實(shí)現(xiàn)將物聯(lián)網(wǎng)的硬件部分和軟件部分集成為一套具體的、完整的解決方案的任務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)類型眾多且應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，系統(tǒng)提供商應(yīng)根據(jù)不同應(yīng)用制定差異化的解決方案。

與傳統(tǒng)的以終端為導(dǎo)向的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不同，目前的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值發(fā)生了巨大變化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)價(jià)值主要集中在平臺和應(yīng)用服務(wù)，占據(jù)產(chǎn)業(yè)價(jià)值一半左右，管道連接在IoT產(chǎn)業(yè)價(jià)值中只占不到15%。平臺在IoT產(chǎn)業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位，成為打通終端、應(yīng)用的控制點(diǎn)，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的樞紐；因此，產(chǎn)業(yè)鏈各方紛紛加速向平臺布局，以搶占發(fā)展先機(jī)。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度及價(jià)值分布牽引著各參與方在物聯(lián)網(wǎng)中的布局。對于傳統(tǒng)電信運(yùn)營商來說，除了提供優(yōu)質(zhì)管道連接外，需要借力連接平臺和使能平臺，積極布局/整合終端資源，向產(chǎn)業(yè)鏈的上下游延伸，形成圍繞平臺的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的這幾十年里，業(yè)務(wù)需求一直在演進(jìn)，技術(shù)的演進(jìn)也從未停止。圖1為物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)整體演進(jìn)趨勢及與之相適應(yīng)的典型業(yè)務(wù)示意圖。在電信運(yùn)營商為主導(dǎo)的蜂窩接入技術(shù)陣營中，新的技術(shù)逐漸被提出，以滿足物聯(lián)網(wǎng)的差異化需求。傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)向三個方向同步演進(jìn)：1)大帶寬、高速率應(yīng)用場景；2)低時(shí)延、高可靠應(yīng)用場景；3)低功耗大連接場景，代表技術(shù)有NB-IoT和LTE-eMTC等。短距接入技術(shù)向低功耗廣覆蓋方向演進(jìn)，代表技術(shù)為802.11ah；同時(shí)，出現(xiàn)了一些新興的非授權(quán)頻譜廣域技術(shù)，包括LoRa和Sigfox等。從各陣營的演進(jìn)方向上來看，各自都在考慮物聯(lián)網(wǎng)的低功耗、廣覆蓋的需求。NB-IoT、LTE-eMTC等蜂窩LPWA技術(shù)憑借功耗低、覆蓋廣的優(yōu)勢，受到運(yùn)營商的青睞，已成為全球運(yùn)營商開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的最佳切入點(diǎn)。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)演進(jìn)方向

NB-IoT和eMTC作為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型代表，其在3GPP中的演進(jìn)如圖2所示。為了滿足MTC更低傳輸速率及更低功耗的需求，3GPP R12新增Cat.0的UE傳輸?shù)燃墸琔E工作帶寬為20MHz，支持半雙工，最大發(fā)射功率為23dBm；R13中，eMTC進(jìn)一步簡化終端功能，UE工作帶寬為1.4MHz。R13中，NB-IoT作為一個全新的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，空口相比LTE進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，180kHz窄帶系統(tǒng)和上行3.75kHz的子載波間隔能有效提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋。R13中，NB-IoT和eMTC UE都支持半雙工，且都支持節(jié)電技術(shù)PSM和eDRX。R14階段，NBIoT和eMTC都增加定位、SC-P2M下行廣播等功能，NB-IoT移動性進(jìn)行了增強(qiáng)；R15階段，NB-IoT和eMTC在功耗和連接能力方面進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化和增強(qiáng)，提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性[6-7]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的演進(jìn)決定著運(yùn)營商在未來物聯(lián)網(wǎng)布局中技術(shù)的選擇策略，應(yīng)根據(jù)不同的技術(shù)優(yōu)勢以及當(dāng)前產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度選擇應(yīng)用前景廣闊的接入技術(shù)，提供優(yōu)質(zhì)網(wǎng)路連接。

1.3 運(yùn)營商物聯(lián)網(wǎng)策略分析

為了應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，各運(yùn)營商都在考慮提前布局，培育市場，尋找新的收入增長點(diǎn)。目前，國內(nèi)外運(yùn)營商發(fā)展IoT的共同舉措包括：1)通過eSIM、模組認(rèn)證等方式把控IoT入口；2)通過NB-IoT、eMTC等管道建設(shè)做優(yōu)網(wǎng)絡(luò)連接；3)以開放為原則，加快連接管理、業(yè)務(wù)使能、垂直行業(yè)應(yīng)用等的平臺布局，形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)；4)深入垂直行業(yè)，提供端到端整體解決方案。在國內(nèi)，中國移動和中國電信紛紛在低頻布局NB-IoT/eMTC。中國移動斥資400億建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)匹配相應(yīng)的終端補(bǔ)貼政策，已建成14萬站，滿足全國346個城市的覆蓋需求。在平臺方面，自研OneNet使能平臺，并通過定制化研制物聯(lián)網(wǎng)終端模組，牽引整個終端產(chǎn)業(yè)鏈，目前已形成了較大的用戶群體和客戶規(guī)模。中國電信在800M頻段上，開展LTE和NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，已完成31萬站建設(shè)，同時(shí)匹配2億資金用于模組補(bǔ)貼。平臺方面，引進(jìn)愛立信的DCP平臺，深度參與行業(yè)應(yīng)用及解決方案的推出[8-10]。

圖2 3Gpp LPWA演進(jìn)

從國內(nèi)的形勢來看，目前三家運(yùn)營商已經(jīng)開始了對物聯(lián)網(wǎng)用戶的爭奪，初期的爭奪點(diǎn)將在NB-IoT網(wǎng)絡(luò)上引爆。中國聯(lián)通是國內(nèi)首家開始NB-IoT網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)工作的運(yùn)營商，目前已在全國宣布了NB-IoT的正式商用。平臺上，中國聯(lián)通選定Jasper作為連接管理平臺，平臺的先發(fā)、技術(shù)優(yōu)勢明顯，也為拓展市場貢獻(xiàn)了較大的力量。隨著國內(nèi)競爭態(tài)勢的加劇，中國聯(lián)通在提供優(yōu)質(zhì)連接服務(wù)的同時(shí)，需要向產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸，提前布局平臺，往整體應(yīng)用服務(wù)拓展[11-12]。

2 中國聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展策略及思考

2.1 總體定位

聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)定位為全球領(lǐng)先物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商：打造一流網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，實(shí)現(xiàn)全球互通平臺，多元化開放合作，引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)往產(chǎn)業(yè)聚合商和應(yīng)用服務(wù)商的轉(zhuǎn)型，如圖3所示。

1)管道連接領(lǐng)先。以蜂窩網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)引入，增強(qiáng)智能管道提供能力，打造國內(nèi)領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，拓展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全國物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)化運(yùn)營。

2)使能服務(wù)擴(kuò)展。以開放為原則，發(fā)力使能平臺，面向物聯(lián)網(wǎng)用戶和開發(fā)者，提供業(yè)務(wù)支撐及孵化能力，圍繞平臺形成中國聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

3)終端產(chǎn)業(yè)牽引。結(jié)合行業(yè)應(yīng)用及中國聯(lián)通業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，推動終端定制化，通過合作聯(lián)盟、資源整合方式，實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)牽引。

4)整合產(chǎn)業(yè)資源。聚焦重點(diǎn)領(lǐng)域深度參與行業(yè)應(yīng)用，聚集網(wǎng)絡(luò)、平臺、終端能力，提供端到端解決方案，構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推進(jìn)ICT服務(wù)轉(zhuǎn)型。

2.2 平臺發(fā)展策略

如圖4所示，物聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案的核心，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上的云服務(wù)商、物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商、集成商、運(yùn)營商等角色通過并購、戰(zhàn)略合作等方式，逐步將物聯(lián)網(wǎng)平臺商納入自身物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，因此物聯(lián)網(wǎng)平臺是打造端到端物聯(lián)網(wǎng)解決方案的核心。運(yùn)營商著力發(fā)展連接平臺和使能平臺。對于連接管理平臺，提供全球一體化的連接接入。使能平臺采用多元化布局的方式，滿足物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)垂直化、碎片化的應(yīng)用需求。

2.3 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略

2.3.1 無線技術(shù)選擇

通過對圖1物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)演進(jìn)的分析以及技術(shù)業(yè)務(wù)適應(yīng)性的對比，并綜合考慮國家政策、國內(nèi)外運(yùn)營商發(fā)展戰(zhàn)略、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)成熟度等因素，制定適合聯(lián)通發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)策略：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先部署，eMTC待產(chǎn)業(yè)成熟，適時(shí)引入。NB-IoT和eMTC適合運(yùn)營商全國網(wǎng)運(yùn)營，滿足不同應(yīng)用需求。LoRa等非標(biāo)的技術(shù)作為廣域物聯(lián)網(wǎng)補(bǔ)充，定位企業(yè)網(wǎng)解決方案。

圖3 中國聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

圖4 IoT平臺策略

2.3.2 頻率選擇

通過對900MHz、1800MHz鏈路預(yù)算、覆蓋性能、升級方案、建網(wǎng)成本的分析，同時(shí)考慮中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)頻率選擇策略為：采用900MHz、1800MHz混合組網(wǎng)方式，各省市跟隨U900、L900、L1800部署，選擇900或1800MHz進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。覆蓋方案為：明確需求的區(qū)域加快部署，潛在需求的區(qū)域適當(dāng)超前部署。

2.3.3 核心網(wǎng)部署策略

物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)向基于云化的NFV虛擬化架構(gòu)演進(jìn)已成為業(yè)界發(fā)展趨勢。中國聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)將采用共平臺云化架構(gòu)，集中部署NFV網(wǎng)元，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)伸縮，統(tǒng)一調(diào)度，業(yè)務(wù)自動發(fā)放，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平滑升級與擴(kuò)容，最大化利用硬件資源，降低投資成本。

物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)部署實(shí)施方案為大區(qū)“2+X節(jié)點(diǎn)集中新建vEPC網(wǎng)絡(luò)”，如圖5、圖6所示。物聯(lián)網(wǎng)中心節(jié)點(diǎn)由現(xiàn)網(wǎng)2個節(jié)點(diǎn)(南京和廣州)分裂為2+X個節(jié)點(diǎn)，有助于緩解時(shí)延和流量迂回問題，同時(shí)集中建設(shè)相比分省建設(shè)更有利于集中運(yùn)維管理，在大區(qū)中心新建vEPC，承載2/3/4G及NB-IoT業(yè)務(wù)，使得彈性擴(kuò)縮容成為可能，擴(kuò)容周期縮短。eMTC核心網(wǎng)選擇傳統(tǒng)EPC還是vEPC來承載，隨著技術(shù)的成熟再做論證和選擇。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)“2+x”示意圖

圖6 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流向

2.4 終端發(fā)展策略

中國聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)終端總體發(fā)展策略為終端產(chǎn)業(yè)牽引。緊密結(jié)合行業(yè)應(yīng)用及中國聯(lián)通業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，推動終端定制化，通過合作聯(lián)盟、資源整合方式，實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)牽引。此外，還可以通過模組認(rèn)證或物聯(lián)網(wǎng)開放實(shí)驗(yàn)室等方式，向業(yè)界統(tǒng)一提供終端模塊等產(chǎn)品。

3 結(jié)束語

面對人口紅利終結(jié)、流量經(jīng)營“剪刀差”持續(xù)擴(kuò)大的現(xiàn)實(shí)，傳統(tǒng)電信運(yùn)營商正在積極尋求戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的代表勢必會掀起新一輪信息化的浪潮，給產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)帶來全新的發(fā)展機(jī)遇。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，運(yùn)營商除了提供優(yōu)質(zhì)管道連接外，更應(yīng)該將業(yè)務(wù)向上下游拓展，打通端到端服務(wù)，形成圍繞平臺和應(yīng)用服務(wù)的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。中國聯(lián)通作為國內(nèi)三大電信運(yùn)營商之一，正在積極落實(shí)“規(guī)模拓展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)新空間”聚焦戰(zhàn)略，將物聯(lián)網(wǎng)從增值業(yè)務(wù)定位為基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，通過加強(qiáng)推進(jìn)管道能力建設(shè)、平臺能力拓展、端到端服務(wù)能力提供，積極與產(chǎn)業(yè)鏈上下游伙伴一起構(gòu)建完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，共享萬物互聯(lián)新時(shí)代。