運(yùn)營商物聯(lián)網(wǎng)低功耗M2M技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望
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低功耗M2M技術(shù)及業(yè)務(wù)市場前景
隨著人與物、物與物連接的增多，未來將是千億連接的時代，加之國際標(biāo)準(zhǔn)組織對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定工作的積極推動，低功耗M2M業(yè)務(wù)的市場前景十分廣闊。目前，已有物與物的連接大多由藍(lán)牙、Wi-Fi等短距離通信技術(shù)承載，而非運(yùn)營商的移動網(wǎng)絡(luò)，低功耗M2M在技術(shù)、需求側(cè)重等方面與傳統(tǒng)移動通信業(yè)務(wù)存在的差異，也使得其運(yùn)營工作面臨挑戰(zhàn)。
GSMA的研究報告定義了7種LPWA應(yīng)用分類：農(nóng)業(yè)、環(huán)境、消費(fèi)品、工業(yè)、物流、智能樓宇以及智慧城市/公共事業(yè)。GSMA的LPUC項目組將這些應(yīng)用分類細(xì)分為以下應(yīng)用案例，具體劃分如下。
1)公共事業(yè)：天然氣以及水計量，配水網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，微型發(fā)電。
2)工業(yè)：設(shè)備狀態(tài)，工廠控制、處理以及安全監(jiān)控。
3)物流：工業(yè)資產(chǎn)，集裝箱跟蹤(位置及狀態(tài)更新)。
4)智能樓宇：報警系統(tǒng)，制動器，空調(diào)系統(tǒng)，接入控制。
5)消費(fèi)品及醫(yī)療：可穿戴，家用電器，VIP跟蹤(動物或小孩)，智能自行車，輔助生活，臨床遠(yuǎn)程監(jiān)控。
6)農(nóng)業(yè)及環(huán)境：農(nóng)業(yè)應(yīng)用(養(yǎng)殖及土地監(jiān)測、禽畜跟蹤)，環(huán)境監(jiān)測(污染、噪聲、雨、云、河水流速、健康危害、井等的數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控)。
1.1 低功耗M2M技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用情況
目前，國際上主流的低功耗M2M候選技術(shù)主要有4種：3GPP LTE演進(jìn)技術(shù)LTE eMTC、3GPP.
NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-LTE，以及非3GPP技術(shù)中Sigfox主導(dǎo)的技術(shù)和LoRa聯(lián)盟主導(dǎo)的技術(shù)。四種候選技術(shù)的主要指標(biāo)對比和部署方案如表1、表2所示。
表1 低功耗M2M候選技術(shù)主要指標(biāo)對比
表2 低功耗M2M候選技術(shù)部署方案
以上所述的4種低功耗M2M候選技術(shù)中，兩種非3GPP技術(shù)均已實現(xiàn)商用。SigFox公司的低功耗M2M網(wǎng)絡(luò)已覆蓋法國、西班牙、荷蘭和英國的部分城市，并正在開拓包括美國在內(nèi)的新市場，另外，SigFox還計劃與一些創(chuàng)業(yè)公司和設(shè)備制造商開展合作，以求創(chuàng)造出最好的資源。荷蘭電信和比利時電信選擇了LoRa技術(shù)作為其M2M行業(yè)解決方案支撐，并進(jìn)行了少量的商業(yè)化部署，法國Actility公司則將LoRa與oneM2M相結(jié)合，形成M2M整體結(jié)合方案并進(jìn)行相關(guān)的商業(yè)化推廣。在國內(nèi)，中國電信對LoRa技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)實驗，富士康等非電信運(yùn)營商企業(yè)也將LoRa技術(shù)與自身生產(chǎn)結(jié)合，如采用LoRa建立工廠網(wǎng)絡(luò)等。
從以上4種LPWA主流技術(shù)的參數(shù)對比中可以看出，相對于其他三種技術(shù)，NB-IoT在成本、可靠性等諸多方面都存在著明顯的優(yōu)勢。具體體現(xiàn)在以下4個方面。
1)廣覆蓋?；?.5G的NB-IoT能夠提供百倍于4G的連接規(guī)模和百倍于2G的靈敏度，覆蓋增益高達(dá)20dB。
2)低功耗。簡化的NB-IoT技術(shù)協(xié)議降低了芯片的功耗，同時提升功放效率，縮短了發(fā)射和接收過程消耗的時間，終端電池壽命可達(dá)20年。
3)大連接。NB-IoT具有頻譜效率高，小包數(shù)據(jù)發(fā)送的特征，終端激活比極低，每小區(qū)的連接數(shù)可高達(dá)5萬。
4)低成本。NB-IoT通過對射頻硬件、協(xié)議以及基帶實現(xiàn)復(fù)雜度的簡化，大大降低了技術(shù)實現(xiàn)成本，模組成本僅為5$。
以上四大顯著優(yōu)勢使得NB-IoT技術(shù)能夠?qū)ｉT定位“低頻、小包、時延不敏感”的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此，NB-IoT也成為了主流運(yùn)營商窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的首選技術(shù)，預(yù)計于2017年可實現(xiàn)商用。
1.2 低功耗M2M業(yè)務(wù)特點及運(yùn)營挑戰(zhàn)
低功耗M2M業(yè)務(wù)與當(dāng)前移動寬帶業(yè)務(wù)的區(qū)別主要可概括為以下三個方面。
首先，主體客戶不同。移動寬帶業(yè)務(wù)的主體客戶為個人客戶，低功耗M2M業(yè)務(wù)的主體客戶為政企客戶。其次，主體客戶的需求不同。移動寬帶業(yè)務(wù)主體客戶的需求主要是較低的網(wǎng)絡(luò)時延、較低的流量資費(fèi)和高帶寬的網(wǎng)絡(luò)連接，低功耗M2M業(yè)務(wù)主體客戶的需求則是低功耗低成本的連接、批量靈活的計費(fèi)、可配置的連接管理、快速的M2M業(yè)務(wù)部署和使用、IDC和云虛擬機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施的建立健全等。再次，兩種業(yè)務(wù)的ARPU值和連接數(shù)特點不同。與低連接數(shù)高ARPU值的移動寬帶業(yè)務(wù)不同，低功耗M2M在M2M業(yè)務(wù)中具有最多的連接數(shù)和相對較低的ARPU值。如何讓低ARPU值的M2M業(yè)務(wù)形成具有顯著收益的業(yè)務(wù)板塊，也是低功耗M2M運(yùn)營工作面臨的一大挑戰(zhàn)。
1.3 低功耗M2M業(yè)務(wù)市場預(yù)測
據(jù)市場分析公司Analysys Mason的預(yù)測報告，按單一LPWA連接平均年收入2~3美元計算，預(yù)計2015~2017年間，LPWA業(yè)務(wù)全球總年收入為4.5億美元。到2018年，LPWA業(yè)務(wù)將實現(xiàn)快速增長，連接數(shù)達(dá)到4.2億，年收入將達(dá)9.7億美元。而到2022年，LPWA的連接數(shù)將增長至27億，全球LPWA業(yè)務(wù)總年收入有望達(dá)到75億美元。圖1、2展示了全球LPWA總連接數(shù)和業(yè)務(wù)年收入的變化趨勢。根據(jù)這一市場預(yù)測我們也可以看出，運(yùn)營商在2018年之前加速完成LPWA商業(yè)化部署的迫切性。
圖1 全球廣域低功耗M2M連接年收入
運(yùn)營商M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營現(xiàn)狀
隨著行業(yè)應(yīng)用的廣泛以及客戶需求的增加，國內(nèi)外電信運(yùn)營商對M2M業(yè)務(wù)的投入都在不斷加大。在國外，大部分運(yùn)營商都已經(jīng)成立了專門針對M2M物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的運(yùn)營中心、專業(yè)支撐平臺和高素質(zhì)的專家隊伍。他山之石，可以攻玉，研究國外運(yùn)營商M2M業(yè)務(wù)的運(yùn)營現(xiàn)狀，一方面可以把握當(dāng)前國際上M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營的前沿動態(tài)和發(fā)展趨勢;另一方面，鑒于國外運(yùn)營商在M2M領(lǐng)域的發(fā)展較為領(lǐng)先，我國運(yùn)營商也可以參考借鑒其運(yùn)營思路，并從中吸取經(jīng)驗。
2.1%20國外運(yùn)營商M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營現(xiàn)狀
1)AT&T。作為最早進(jìn)入M2M市場的主要運(yùn)營商，AT&T將M2M業(yè)務(wù)作為公司發(fā)展的重心，積極實行開放平臺戰(zhàn)略。主要進(jìn)展有：
開發(fā)了M2X平臺構(gòu)建M2M設(shè)備云，可提供M2X平臺設(shè)備時間序列數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備接入和管理API、數(shù)據(jù)分析和可視化API、時間觸發(fā)和通知API支持;
基于M2X平臺構(gòu)建了M2M開發(fā)社區(qū)，可提供包含開發(fā)板、設(shè)備接入API、各開發(fā)環(huán)境SDK在內(nèi)的M2M設(shè)備開發(fā)套件支持。
2)德國電信。在運(yùn)營商中，德國電信也是積極推動M2M發(fā)展的一家。
德電于2012年推出全球首個M2M市場平臺，之后一再加大對M2M的投入，力求將其打造成公司級規(guī)模，為客戶提供一站式服務(wù)。主要進(jìn)展有：
開發(fā)了M2M設(shè)備云形成M2M開發(fā)社區(qū)，可提供M2M設(shè)備開發(fā)套件、M2M云設(shè)備接入API、M2M云設(shè)備管理API、數(shù)據(jù)可視化API支持。
利用M2M行業(yè)解決方案交流平臺推動M2M設(shè)備云，可通過其向用戶展示收集的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)解決方案、幫助用戶與行業(yè)解決方案提供商建立聯(lián)系、向用戶和解決方案提供商提供運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備云服務(wù)。
3)Orange。在法國，SigFox已在全國部署物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，Bouygues則宣布2016年支持LoRa，在此形式下，法電考慮到NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)還未凍結(jié)，急于快速部署物聯(lián)網(wǎng)而選擇了LoRa技術(shù)。Orange已于2016年第一季度推出了LoRa網(wǎng)絡(luò)。
4)Vodafone?？鐕砸苿与娫掃\(yùn)營商Vodafone曾于2014年5月與華為一起提出了NB-IoT的前身——NBM2M，并在2015年3月的巴塞羅那通信大會上展示了其端到端智能水表業(yè)務(wù)。2016年，Vodafone計劃啟動外場驗證，試點部署NB-IoT，計劃在2017年啟動國家級規(guī)模部署商用。
總結(jié)來看，對于M2M業(yè)務(wù)，國際運(yùn)營商的運(yùn)營思路可大體概括為：從單純的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營不斷向上層M2M應(yīng)用支撐服務(wù)進(jìn)行滲透。在初期主要以網(wǎng)絡(luò)連接為盈利核心，通過低價或者免費(fèi)的設(shè)備及云服務(wù)發(fā)展用戶、培育生態(tài)、匯聚數(shù)據(jù)。待到M2M生態(tài)成熟之后，實現(xiàn)三大類業(yè)務(wù)產(chǎn)品的盈利，之后再逐漸引入M2M增值服務(wù)，探索從M2M流量計費(fèi)到業(yè)務(wù)計費(fèi)轉(zhuǎn)變的運(yùn)營策略。
2.2%20國內(nèi)運(yùn)營商M2M業(yè)務(wù)運(yùn)營現(xiàn)狀
中國移動于2012年出資成立中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司，專業(yè)運(yùn)營物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)，推動物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的規(guī)模應(yīng)用。中國移動高層表示，公司要盡快研究基于900MHz或1800MHz的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，做好專項研究及試點工作，并分省份提出應(yīng)用需求，制定NB-IoT計劃。
中國電信物聯(lián)網(wǎng)分公司也在全面布局物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，推動中國電信物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)全面深化改革，希望通過公司化，實現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的實體化跨越式發(fā)展。中國電信將物聯(lián)網(wǎng)作為公司2016年的重點工作，希望盡快啟動針對電信的NB-IoT方案設(shè)計，同時找省分、行業(yè)一起做驗證測試工作，預(yù)計于2016～2017年試點NB-IoT，2017～2018年實現(xiàn)規(guī)模商用。
運(yùn)營商在物聯(lián)網(wǎng)低功耗產(chǎn)業(yè)鏈的合作機(jī)會
繼工信部發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以來，電信運(yùn)營商將物聯(lián)網(wǎng)作為一個新的收入增長點大力推進(jìn)。在這一過程中，運(yùn)營商應(yīng)當(dāng)把握住網(wǎng)絡(luò)核心，以發(fā)展用戶為目的，在物聯(lián)網(wǎng)低功耗產(chǎn)業(yè)鏈中不斷探索，尋找業(yè)務(wù)合作機(jī)會。
3.1%20終端層面生態(tài)培育與合作
運(yùn)營商在終端層面的生態(tài)培育與合作可分為以下三個部分展開。
1)通信模組：運(yùn)營商應(yīng)大力推廣能夠支持低功耗M2M通信協(xié)議的模組，推動模組和芯片成本不斷降低。
2)終端解決方案：運(yùn)營商應(yīng)對包括模組、芯片以及OS等在內(nèi)的成熟終端解決方案進(jìn)行推廣，并在成熟終端解決方案中合作引入運(yùn)營商低功耗M2M平臺SDK支持。
3)行業(yè)終端：運(yùn)營商應(yīng)積極推動終端解決方案以實現(xiàn)行業(yè)終端的整合，發(fā)布一些模式化的成功案例，定制和推廣滿足需求的物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)終端，必要時可實行終端補(bǔ)貼。
3.2%20平臺層面生態(tài)培育與合作
在平臺層面，運(yùn)營商應(yīng)基于松耦合架構(gòu)，合作建設(shè)運(yùn)營商低功耗M2M平臺。如圖3所示，此低功耗M2M平臺應(yīng)當(dāng)能夠提供包含連接管理平臺、共性業(yè)務(wù)能力平臺、云解決方案、數(shù)據(jù)開放與應(yīng)用開發(fā)平臺在內(nèi)的M2M平臺總體解決方案，并對外開放API
圖3 運(yùn)營商低功耗M2M平臺建設(shè)
進(jìn)一步地，運(yùn)營商要利用行業(yè)生態(tài)合作的機(jī)會進(jìn)行平臺生態(tài)共建?；谏鲜鲞\(yùn)營商低功耗M2M平臺，基于授權(quán)頻段下的NB-IoT接入技術(shù)，利用oneM2M標(biāo)準(zhǔn)API及自定義API與第三方合作共建oneM2M生態(tài)圈，并將運(yùn)營商低功耗M2M平臺SDK結(jié)合上述API形成白皮書和指南發(fā)布，用于終端及行業(yè)應(yīng)用解決方案方面的推廣合作。
3.3 行業(yè)解決方案層面生態(tài)培育與合作
如圖4所示，在行業(yè)解決方案層面，運(yùn)營商一方面要多渠道收集各類物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案(如智能抄表、油田監(jiān)控、智慧醫(yī)療等)，其自身也可以向合作廠商或者運(yùn)營商內(nèi)部研發(fā)團(tuán)隊定制優(yōu)質(zhì)的物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案，建立起物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案需求池;另一方面，從行業(yè)客戶以及省公司、集團(tuán)客戶部那里收集需求，進(jìn)而從中幫助客戶與行業(yè)解決方案提供商建立聯(lián)系，也可利用自身的客戶優(yōu)勢推廣行業(yè)解決方案。
圖4 物聯(lián)網(wǎng)低功耗行業(yè)解決方案層面的生態(tài)培育與合作
結(jié)論
龐大的通信業(yè)務(wù)量加之多種多樣的應(yīng)用場景，使得低功耗成為了M2M通信的一個主要需求。目前，從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、設(shè)備的研發(fā)到業(yè)務(wù)的運(yùn)營推廣，各方對于廣域低功耗M2M的研究都在積極開展中。
低功耗M2M的興起對于運(yùn)營商來說是一次前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
在這種形勢下，運(yùn)營商一定要密切跟蹤各類LPWA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，做好技術(shù)儲備，避免單一LPWA技術(shù)不能滿足所有物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的問題。
同時，積極開展各類LPWA技術(shù)方案試驗和評估，與主流通信設(shè)備和技術(shù)方案廠家建立廣泛的合作關(guān)系，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的全面開展和持續(xù)運(yùn)營。
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