許多行業觀察者都將大規模物聯網（Massive IoT：mIoT）應用稱為即將推出的5G移動網絡的殺手級應用。但是，這并不意味著許多先進的物聯網應用場景，包括以無人機為基礎的服務將需要等到5G被標準化和商用化之后才能夠成為現實。 1.引言 當前基于4G LTE的兩大物聯網（IoT）即LTE-M和NB-IoT已經能夠支持包括資產跟蹤，智能電表以及其它關鍵的物聯網（IoT）應用如在商用LTE網絡上的進行無人機控制的能力. 許多行業觀察者都將大規模物聯網（Massive IoT：mIoT）應用稱為即將推出的5G移動網絡的殺手級應用。但是，這并不意味著許多先進的物聯網應用場景，包括以無人機為基礎的服務將需要等到5G被標準化和商用化之后才能夠成為現實。即使在現在基于現有的通信網絡和技術許多先進的物聯網應用也在不斷涌現，例如高通公司花了數月時間使用商用LTE網絡來控制無人機（UAV：unmanned aerial vehicles）。 為了支持大規模地連接的設備，3GPP在Release 13協議規范中推出了包括窄帶IoT（NB-IoT）和eMTC（增強機型通信）等支持大規模物聯網應用的協議標準，以及在更早的協議版本中更常見基于LTE連接的LTE-M協議標準，如圖1所示。 圖1 旨在增強對大規模MTC應用支持的3GPP LTE協議的逐步演進步驟 第一個3GPP 5G NR協議版本提供支持eMBB（增強型移動寬帶）和URLLC（超可靠，低延遲通信）應用的技術，這些技術解決高性能物聯網（IoT）的應用場景。然而，它不會針對低復雜度的IoT應用（也稱為大規模機器通信或者mMTC（Massive MTC））。 那么我們如何才能實現連接大型IoT的5G愿景？要清楚的是，術語“大規模物聯網”是指數十億的物聯網設備，包括事物和機器，壽命10年及以上，即使在最偏遠的地方也需要無處不在的連接，例如深埋在地下的傳感器。 為了實現大規模（按照3GPP定義，每平方公里至少有1百萬個設備），移動網絡必須更有效地支持通常不會頻繁通信的最簡單的設備，并且具有超能效，因此可以提供極長的例如10年以上的電池壽命。聽起來很有挑戰性，但是我們不必等待5G到來才開始連接大量的物聯網。 如圖1所示，3GPP已經在版本13（Release 13）中引入了兩套互補的窄帶LTE 物聯網（IoT）技術：eMTC（增強機型通信）和NB-IoT（物聯網）。兩者都針對較低的復雜性和功率，更高的覆蓋范圍和更高的器件密度進行了優化，同時能夠與其他LTE服務（如常規的移動寬帶）無縫共存。 eMTC（增強機型通信）和NB-IoT（物聯網）共同拓展了LTE的技術組合，以支持更廣泛的低功耗IoT應用場景。 2.蜂窩物聯網技術全面開花 今天基于事物互聯網即物聯網（IoT）的應用遍布在我們的日常生活中，如共享單車，連接的恒溫器，攝像機和其他智能家居設備，以及為水電煤等公用事業運營商提供類似于智能電網的資源使用情況的詳細了解、部署等。 但是，隨著物聯網繼續推動新的更多的垂直行業向數字化轉型時，在某個時刻物聯網的連接數必將變得十分巨大起來， 3GPP將每平方公里擁有100萬臺及以上的連接設備稱為“大規模（Massive）”，所以屆時傳感器將遍及全球，其中許多是相對簡單的設備，不一定需要采用支持超高容量和非常低延遲的5G技術，對于這些物聯網應用LTE-M和NB-IoT就是最佳的選擇。 LTE-M和NB-IoT是互補的，因為它們的協議規范的不同能力來支持廣泛的存在差異的應用場景。LTE-M使用1.4MHz LTE信號帶寬能夠提供1 Mbps的峰值下行鏈路和上行鏈路速度，NB-IoT支持使用180kHz信道帶寬，支持50 Kbps下行鏈路和上行鏈路的峰值速率。“LTE-M”能夠支持VoLTE等基本功能，并為范圍廣泛的物聯網（IoT）應用場景（包括資產跟蹤器和可穿戴設備）提供全面的移動性支持。而另一方面，NB-IoT可以物聯網設備縮小到極端的簡單，并且可以提供更深的覆蓋范圍，支持像電表和傳感器這樣的物聯網設備。 圖2 互補的eMTC和NB-IoT解決了大量的物聯網應用場景 我們真的需要eMTC和NB-IoT來連接大量的物聯網（IoT）設備嗎？答案是肯定的，因為互為補充的eMTC和NB-IoT是為不同類型的物聯網應用場景而設計的。 eMTC可以使用1.4 MHz的帶寬提供高達1 Mbps的吞吐量，并支持基本功能，例如VoLTE和完全移動性，適用于廣泛的IoT用例，包括資產跟蹤器和可穿戴產品。而另一方面，對于低吞吐量，延遲容忍的應用，例如測量儀表和傳感器等，NB-IoT可以縮小到極端簡單。 它使數據速率僅為10 kbps等級，信號帶寬為200 kHz，并且可提供更高的覆蓋范圍。此外，NB-IoT可以部署在現有的LTE頻帶內，在兩個常規LTE載波之間的保護帶中，或者以獨立模式部署，并且同時為重新使用已經建設好的GSM（2G / GPRS）頻譜提供了一個簡單的遷移路徑。 圖3 下行鏈路中NB-IoT獨立部署，在LTE帶內以及LTE保護帶內部署的示例圖示。 3GPP除Release 13協議版本之外，還有一個豐富的LTE 物聯網（IoT）技術的演進路線圖，這將為進一步的改進提供更多的支持，以滿足未來的巨量的物聯網（IoT）連接需求。例如，Release 14將會為eMTC和NB-IoT帶來新的功能，例如單小區組播，實現易于實現空口中（over-the-air：OTA）對固件升級，以及增強設備定位功能以進行資產定位跟蹤。此外，還有兩個正在進行的Release 15版本的協議工作項目在進一步增強eMTC和NB-IoT功能，包括喚醒接收機以及TDD支持NB-IoT等新的功能。 圖4 3GPP 協議Release13及更高版本中的LTE 物聯網（IoT）演進圖 應該清楚的是，LTE IoT今天開始連接大量的物聯網設備，eMTC和NB-IoT將會在未來幾年內不斷發展 - 利用LTE網絡的規模，壽命和全球覆蓋（甚至也可以無縫地實現從2G演進過來）。最終將形成一個5G NR支持的大型物聯網（IoT）解決方案。 一些面向未來應用的先進設計技術將包括NOMA（非正交多址：non-orthogonal multiple access），利用RSMA（資源分配多址訪問;resources speared multiple access）實現無需授權的傳輸 - 在需要的情況下設備可以在不需要許可的情況下發送數據，以及網狀網絡技術（mesh networking ）這將擴展LTE網絡的設備到設備的通信功能。 另一個激動人心的方面是擴展到無牌頻譜（unlicensed spectrum）。 MulteFire聯盟（MulteFire Alliance ：）正在試圖讓LTE IoT可以在無許可頻譜中運行，以擴展并超越由MulteFire 1.0所支持的移動寬帶和高性能IoT功能。利用窄帶LTE IoT技術將為專用LTE網絡（private LTE）帶來新的機遇，并可以實現LPWA（低功率廣域）的應用場景。 為了加強對極具市場前景的LTE物聯網技術的控制，高通正在提供支持eMTC設備類別Cat-M1，NB-IoT設備類別Cat-NB1和E-GPRS等的商用多模解決方案。高通的MDM9206是一款靈活的單SKU（Stock Keeping Unit（庫存量單位））解決方案，可通過單一硬件，軟件和RF設計實現全球部署。 圖5 高通支持多種模式應用的物聯網芯片 幾周前，高通與Mobike（摩拜單車）和中國移動進行的聯合實地測試 - 測試中將利用高通的的LTE IoT多模式解決方案。 圖6 高通，中國移動和Mobike（摩拜單車）測試LTE IoT多模芯片 該測試將使用中國移動的2G / 4G多模網絡和Mobike（摩拜單車）的智能鎖，以及由高通的調制解調器支持的IoT應用；LTE調制解調器支持的LTE連接和集成的GNSS位置定位功能旨在幫助Mobike客戶準確識別可用的自行車，加快智能鎖的解鎖過程并協助實時管理共享自行車。 此外，高通的全球多模式LTE調制解調器與該公司的低功耗藍牙解決方案一起計劃在智能Mobike Preferred Location（sMPL）平臺中使用，以支持亞米級別的定位，從而幫助Mobike（摩拜單車）實時監控其自行車的位置和整體 狀態，包括來自不同地區的自行車數量，位置和交通信息。 該平臺還旨在為摩拜單車的工作人員提供自行車的交付，調度，操作和維護等的精確說明。 全球的移動運營商也開始推出支持Cat-M1和Cat-NB1設備的商用LTE IoT網絡。我們看到20多家移動運營商已經公開宣布了部署LTE IoT的承諾，更多的eMTC和/或NB-IoT技術正在進行商業化準備。 雖然5G將增強對物聯網（IoT）的支持，但現有的LTE已經能夠支持多種物聯網應用 圖7 截至2017年6月，運營商承諾部署LTE IoT - LTE IoT 在全球發展勢頭強勁 據悉，工信部近日發文要求加快NB-IoT在國內落地，到今年年底建成基站規模40萬個，到2020年建成基站規模150萬個。 隨著全聯接時代到來，傳統的電力、交通、能源、化工、制造等行業都在積極探尋自身的轉型升級之路。作為由電信力量主導的物聯網標準，NB-IoT技術在深度覆蓋、超大鏈接、超低功耗、超低成本等方面均有突出優勢，已成為推動物聯網產業進程的重要抓手。 根據工信部下發的通知，建設NB-IoT基礎設施、發展基于NB-IoT技術的應用，有助于推進網絡強國和制造強國建設、促進“大眾創業、萬眾創新”和“互聯網 ”發展。 工信部要求，加快完成國內NB-IoT設備、模組等技術要求和測試方法標準制定；加快eSIM/軟SIM在NB-IoT網絡中的應用方案研究。要求加快推進網絡部署，到2017年末，實現NB-IoT網絡覆蓋直轄市、省會城市等主要城市，基站規模達到40萬個；到2020年，NB-IoT網絡實現全國普遍覆蓋，面向室內、交通路網、地下管網等應用場景實現深度覆蓋，基站規模達到150萬個。 同時，要求推廣NB-IoT在細分領域的應用，逐步形成規模應用體系，2017年實現基于NB-IoT的M2M連接超過2000萬，2020年總連接數超過6億。 2016年6月16日，NB-IoT技術協議獲得3GPP通過，成為史上建立最快的3GPP標準之一，目前已經凍結并可在全球部署。全球主流運營商均對此積極布局，并催生出一系列的商用場景；近期，國內三大運營商相繼啟動了NB-IoT預商用。 圖8 工信部要求到2020年在中國建成150萬個NB-IoT基站規模 總而言之，LTE IoT的未來是非常光明的，LTE 將攜LTE-M和NB-IoT技術向前昂首邁進5G時代，物聯網將繼續成為5G的殺手級應用之一。 本文轉載自 (mbbeetchina)