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与LTE-M相比,NB-IoT有哪些优势?

时间:2020-07-18浏览:3993

NB-IoT是适用于M2M和物联网项目的一种无线通信标准。其属于低功耗广域网的类别,可以较低的成本在更大的范围内进行数据传输,较适合于需要传输少量数据、低带宽和较长电池寿命的设备。

  在NB-IoT应用程序中,通常需要频率较低地传输较小的数据量,近年来,不断有移动运营商已经或准备部署NB-IoT,致力于为客户提供窄带物联网服务。

  NB-IoT也被称为LTE Cat-NB,其他术语如LTE Cat- NB1和Cat N1也适用于2016年发布的NB-IoT规范。现今,也有Cat N2或Cat NB2设备使用后期推出的增强型NB-IoT规范,目前正在走向商业化。

与LTE-M相比,NB-IoT有哪些优势?

  根据ABI Research的数据,到2026年,NB-IoT和LTE-M将占据36亿LPWAN网络连接的60%以上。在剩下的40%份额中,LoRa和Sigfox将占到非蜂窝LPWAN网络连接的80%以上。

  蜂窝LPWAN VS 非蜂窝LPWAN,即NB-IoT VS LoRaWAN

  NB-IoT、eMTC或LTE-M、EC-GSM-IoT(虽然并不是每个人都认同它们属于LPWAN范畴)是LPWAN家族中的首批成员,把即将全面商用的5G除开,它们也是多年来唯一的蜂窝LPWAN标准。

  蜂窝本质上是一个由基站所覆盖的区域,当你位置发生较大变化时,手机会切换连接不同的基站。

  从实践的角度来看,蜂窝LPWAN标准的出现促使传统的蜂窝移动运营商提供NB-IoT、LoRaWAN或LTE-M服务。这给蜂窝网络技术的服务质量和运营商及其业务生态系统带来一定的好处。

  有相关数据表明:至少到2023年,甚至是更晚,LoRa和Sigfox将占据非蜂窝LPWAN连接的大部分份额。非蜂窝LPWAN标准有很多,以这些非蜂窝标准之一的LoRa为例,会发现很多移动运营商出于实际和商业的原因也会提供这种服务。

  就像其他蜂窝标准一样,NB-IoT使用授权频谱,而非蜂窝LPWAN网络技术使用未经授权的频谱。

  NB-IoT和Massive IoT

  在实践中,比较常见的是NB-IoT和LTE-M之间的比较,这是制造商、服务提供商和网络运营商构建移动产业生态系统的两种选择。它们都希望参与者在两者之间做出选择,而且从蜂窝的角度来看,这是十分有意义的。

  如果LPWAN对你而言是新的事物,或者有人声称它是新的事物时,这并不是因为它实际上是一个新出现的无线物联网通信类别,而是因为,经过多年的沉淀,它与被推出的不同技术和移动行业新的商业用例相关。

  LPWAN有时也被归类为Massive IoT,这是另一个行业术语,是指那些通常传输小数据量的“数十亿”量级的设备,这些设备通常经过一个较长的周期才会发送一次数据,并且有更长的电池寿命。

  在讨论规范、用例、开发等问题之前,需简要谈谈规范和标准化。移动行业标准化机构3 GPP在其中发挥了重大作用:

1、NB-IoT标准被冻结在Rel.13:LTE Cat-NB1中

2、在Rel.14中,添加了上文所提及的增强规范:LTE Cat-NB2

3、标准中使用的节能模式可以追溯到更早的版本


  在2019年,全球NB-IoT设备的年出货量增加近两倍,达到1.42亿台。

  NB-IoT VS LTE-M:主流蜂窝LPWAN技术之间的一些差异

  笔者先带领大家来看看NB-IoT和LTE-M之间的一些典型差异,这是一个经常会遇到的问题,当想知道哪种LPWAN或普及度较高的物联网通信标准最适合于自己的需要,比如说NB-IoT是否适用于某一项目时,不能只看功能和技术规格。同时,鉴于商业利益,要注意你所寻求的信息的来源。

  在任何时候,都应该为应用需要覆盖的区域与值得信赖的合作伙伴取得合作。功能特性通常用理论上的可能性和极大值表示,而不是考虑应用程序的设置方式。

  尤其是在速度和电池寿命方面。有几种节省能源的方法,但这些方法并不适用于所有的用例。连接性也适用于更广泛的图景,最后,网络的可靠性、质量和管理以及潜在合作伙伴及其生态系统的路线图也很重要。事实上,你可能已经在其他项目的运营商或连接提供商的生态系统中与适当的合作伙伴一起工作过了。这些合作伙伴于商业案例和项目的成功是必不可少的。

  与LTE-M等LPWAN网络方案相比,NB-IoT有其独有的一些特点.

  01、NB-IoT:不如LTE-M“强大”

  目前可用的蜂窝LPWAN标准,主要是NB-IoT和eMTC/LTE-M。在速度、数据传输能力、对真正的移动用例的支持等方面,NB-IoT是最不“强大”的;但在其他领域,NB-IoT更优秀。

  通常情况下,NB-IoT将更多地部署在智慧停车、智能路灯、废物管理等智慧城市应用程序,智能农业、智能家居应用、智能仪表、制造自动化、智能电网应用、烟雾探测器、工业物联网等具有较多低功耗设备的应用中。

  因此,NB-IoT的应用范围其实很广,因许多用例类别囊括更多的用例,笔者所举的例子并不是详尽无遗的。另外值得注意的是,在非蜂窝LPWAN和NB-IoT中,用例之间有着很大的重叠。

  02、NB-IoT的延迟

  与LTE-M相比,NB-IoT不太适合于网络延迟要求严苛的情况。

  因此,在需要接近实时反应数据的应用程序中,LTE-M更适合。NB-IoT和LTE-M都在通向5G的道路上扮演着重要角色,在5G网络中,强调速度的用例有了很好的突破口。通信标准的选择并不是唯一的考虑要素。如果用户需要快速分析特定的传感器数据,且这不是特指具体的通信技术,那么可以将目光锁定边缘计算,该项技术可以在某个云或数据中心进行任何通信之前,分析更接近数据源的数据。

  再说到NB-IoT:延迟通常等于或小于10秒(约1.6至10秒);在LTE-M中,只有100到150 ms的延迟。

  03、NB-IoT与移动性

  与LTE-M相比,NB-IoT对移动性没有充分的支持。

  NB-IoT在固定资产和设备的应用程序和用例中更为普遍。这并不意味着,NB-IoT不能被用于移动资产和设备,它只是有限的。例如,市场上存在带有跟踪器的实时NB-IoT应用程序,共享自行车应用程序,具有移动组件但吞吐量很小的环境应用程序,智能物流等等。

  对于NB-IoT,设备在移动时,需重新选择电池;而对于LTE-M,设备在移动时,不需要重新选择电池。重新选择电池会对电池寿命产生较大的影响,所以,诸如智能仪表或销售终端等固定资产是NB-IoT的主要应用领域,但并不是唯一的。

  04、NB-IoT:专注于能源功耗

  与LTE-M相比,NB-IoT在能源功耗方面更具优势。

  这一点对物联网项目而言至关重要。如果物联网设备需要使用较多的电池,且这些电池更换的频率很高,那么项目的总成本就会增加。在荷兰,有一个物联网项目,该项目旨在保护该国的多条堤坝免受老鼠的啃食。如果需要更换该项目中所有硬件或类似硬件中的电池,成本会很高,因为这是一项需要人工服务的工作。因此,电池寿命越长,ROI和业务案例的整体价值就越高。极低的功耗还意味着潜在的大量设备可能存在更多的应用空间。

  从理论上讲,NB-IoT的电池寿命可以高达10年。在这方面,它比LTE-M优秀。

  应用程序的充分设置将定义实际的电池寿命。在任何时候,必须检查应用程序的设置和选项,这些设置和选项可能会消耗电能,此外就是设置好节能模式。当然,电池的寿命也取决于其本身的特性。

  05、NB-IoT的室内/地下渗透能力

  对用户来说,项目用例的一个重要的因素可能是NB-IoT的室内渗透能力。

  因为NB-IoT使用窄带,也就意味着它有更高密度的传输功率,这与其他的覆盖增强能力一起,使室内渗透达到的整体效果更好。.

  NB-IoT适用于偏远和难以到达的建筑物,或者是在地底下某一位置,一个比较经典的例子就是地下室里的智能电表。LTE-M也适用于室内覆盖,但NB-IoT的效果会更好。就覆盖范围和穿透力而言:NB-IoT的最大耦合损耗为164 dB,与GPRS相比,链路预算高出20 dB。

  06、NB-IoT其它的功能

  其它特征:NB-IoT无法提供与LTE-M相同程度的双向性。

  它确实可以在空中进行固件更新,但会对耗电量产生影响。作为一种蜂窝技术,它在服务质量和安全性方面具有优势。

  平均数据率(下行链路速度和上行链路速率)显然要视情况而定,并且根据已经报告的各种平均数据速率,它们通常低于最大值。

  07、NB-IoT的覆盖区域

  NB-IoT最初部署在欧洲和亚洲。就像很多无线物联网协议一样,不仅是LPWAN协议,目前为止,NB-IoT的主要市场是中国。

  到2026年,NB-IoT和LTE-M将占据36亿LPWAN网络连接份额的60%以上

  在美国和北美,运营商首先部署了LTE-M网络。虽然与大多数运营商最初的想法不一致,他们现在也推出了一些NB-IoT产品,其中包括AT&T和Verizon。在欧洲,许多运营商在推出NB-IoT之后,目前正在进一步研究LTE-M。有些公司提供LoRa与LTE-M相结合的产品,或者是LoRa与NB-IoT相结合的产品,它们的战略各不相同。

  这些变化并不像看上去那么令人惊讶或奇怪。在美国,运营商之所以以LTE-M起家,后来又推出了NB-IoT,原因也是多种多样的。比如之前部署在那里的网络将要被关闭,而部署蜂窝网络是一个不错的选择。

  LTE-M被推荐并首次部署在美国的原因之一是,北美已经有无处不在的4G 覆盖。LTE-M本质上是LTE的“轻型”版本。

  NB-IoT则是另一回事了。你可以说它是“新”的,从2014年开始就提出了各种不同的格式。它使用了LTE的几种技术,旨在为现有的非蜂窝LPWAN标准提供一种增强的蜂窝替代方案,并支持与各种市场场景集成。

  NB-IoT的部署已延迟了好几年,现在仍然是在延迟的过程中。由于种种原因,有些玩家秉持着观望的态度。一些玩家对NB-IoT以及它将如何取代非蜂窝产品非常乐观,但后者不会像许多年前预测的那样在短期内发生。

ABI研究首席分析师Adarsh Krishnan对LPWAN市场的发展及Nb-IoT和LTE-M延迟部署的评论


  关于NB-IoT的提案很多。有一个提案希望在LTE-M上开展更多的工作。另一个提案想或多或少地用Neul公司开发的技术来重新构建NB-IoT。

  两者都被搁置。虽然一些人否认,另一些人强调,但事实是,这些提案导致了问题,影响了市场。

  在2019年10月启动了至少一种NB-IoT或LTE-M技术的114家服务提供商中,近25%已经同时都推出了这两种技术。

  对许多人来说,NB-IoT或LTE-M技术在实践中仍然是比较新的一件事物,而且有大量的公司参与到组件和硬件生态系统中。事实上,根据ABI研究2019年6月的数据,网络硬件和连接模块的问题在2018年仍未解决,2019年仍在解决过程中。

  在移动行业以及与此相关的一些行业中经常看到的拦路虎:资金、利润等优先考虑事项,低功耗广域网在成本方面依旧是存在短板。

  这不仅是在利益相关者的决策中发挥作用的一个因素,而且是LPWAN生态系统能否发展壮大的一个关键因素。

  业界大部分玩家对LPWAN市场保持着乐观的态度,整个行业更多地关注的是目前和未来更为重要的盈收机会。

  但是,市场就是市场,迟早会有竞争对手。如果你作为一个移动蜂窝玩家,不采取行动的话,就会错失这一机遇。因此,许多运营商目前至少提供一个未授权的波段供客户选择。然而,运营商也很难将NB-IoT变现,除非他们在合作伙伴、服务和当地市场情况下处于优势地位。但即便如此,仍然是很艰难的。这又和成本、SIM卡有关,而且主要是投入的成本根本就像深不见底的无底洞。此外,比较现实的问题是,从整体经济市场来看,物联网并不是主流。

  08、NB-IoT漫游

  随着越来越多的移动网络运营商部署NB-IoT网络,NB-IoT网络漫游协议也被运营商们提上了日程,就像LTE-M漫游一样。

  AT&T和沃达丰于2019年10月底签署了一份漫游协议,使NB-IoT能够在美国和欧洲部分地区漫游,特别是在西班牙、德国、意大利、英国和荷兰的沃达丰网络。这还不是真正的大规模漫游,但两家运营商之间的漫游协议促使NB-IoT在全球更大的范围完成了覆盖,这两家运营商的客户可以从2019年年底开始使用NB-IoT漫游服务。

  显然,将来会有更多这样的NB-IoT漫游协议,允许在多个网络上使用单一SIM进行操作。事实上,沃达丰和AT&T也是第一份LTE-M漫游协议的主要发起者,他们希望在这两项大规模的物联网移动技术上扩展自己的漫游足迹,使其达到与全球4G网络部署类似的水平。

  09、NB-IoT连接和网络的数量

  关于NB-IoT不断发展的这一面远非详尽无遗,因为我们仍将涵盖所有技术细节以及当今应用NB-IoT的更多方法。

  NB-IoT还不是主流,如果对NB-IoT使用的实际情况感兴趣,那么必须区分NB-IoT网络的部署和提供NB-IoT的运营商的数量,当然,也要区分实际的连接。

  那么,究竟有多少NB-IoT连接和网络呢?根据GSMA的最新数据,有34个LTE-M网络和89个NB-IoT网络。截至2019年10月底,《爱立信移动性报告》在2019年11月引用了GSA的数据,总共有114家服务提供商提供Massive IoT连接,其中近25%的服务提供商同时推出了NB-IoT和LTE-M。到2025年年底,NB-IoT和Cat-M/LTE-M将占蜂窝物联网连接的52%。

  根据2019年11月的《爱立信移动性报告》,蜂窝IoT连接的主要增长是Massive IoT,其中NB-IoT和LTE-M预计到2025年底将占所有蜂窝IoT连接的一半以上。


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