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百特定位:物联网的四张网:感知、传输、平台和应用(二)

日期: 2017-02-28
来源: 22
22

 

3、NB-IOT吹响物联网改变世界的号角

 

物联网通信技术分类方法有很多种,一种常见的方法是看传输距离的远近,可以分为三类: 

 

第一类是短距离通信技术,包括蓝牙、Wi-Fi、NFC技术、无线射频识别(RFID)、Z-wave等已广泛应用到短距离通信技术,常见的应用场景为智能家居。 

 

第二类是局域网通信技术,主要技术有Lora、Sigfox、Zigbee、W-mbus,可用于智能抄表或家用电器等方面。 

 

第三类是广域网通信技术,常见的广域网技术有GPRS,3G、4G以及NB-IoT,主要应用场景为远程抄表、资产跟踪等。下面要介绍NB-IoT技术。

 

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)即是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信技术。在NB-IoT提出之前,业界都非常认可未来IoT万物互联的发展趋势,物联网通信前景也被3GPP视为标准生态壮大的重要机遇。2016年2月22日,华为与移动运营商沃达丰联手建立NB-IoT开放实验室,以推动NB-IoT技术的发展和推广。使用预标准NB-IoT技术的NB-IoT开放实验室将研究网络解决方案验证、新应用创新、设备集成、业务模式研究以及产品合格验证等。在西班牙巴塞罗那,2016年2月21日GSMA联合华为,沃达丰,爱立信,中国移动,中国联通,AT&T,德电,Etisalat,GTI,英特尔,KDDI,KT,LGUplus,Mediatek,诺基亚,高通,意大利电信,telefonica,u-blox,Verizon共同发起成立了NB-IoTForum,并于召开了首届全球NB-IoT峰会。此次论坛的成立标准着NB-IoT产业达到了一个新的里程碑,具备了端到端全产业链生态环境。2016年6月16日,3GPPRAN全会第72次会议在韩国釜山顺利结束。在会议中NB-IoT对应的3GPP协议相关内容获得批准,正式宣告NB-IoT标准核心协议在历经2年多的研究后全部完成。这标志着全球运营商终于有了基于标准化的物联网专有协议,NB-IoT即将进入规模商用阶段,物联网将迎来跨越式发展。

 

NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术,该技术支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT具有五大优点,部署灵活、覆盖范围广、支持巨量低速率设备接入、超低设备成本、低功耗和网络架构优化等问题。 

 

(1)NB-IoT部署灵活,运营商只需对现有网站做简单的软件升级,不需要更换现网的硬件设备。主要支持3种部署方式:独立部署、保护带部署、带内部署。

 

(2)NB-IoT的覆盖范围广,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍。NB-IoT在设计之初,就考虑用户的实际需求要求即希望网络的覆盖范围能尽可能的广。因为用户希望自己的物联网终端无论放臵在任何地方,即使如地下室、与外界隔着多堵墙的房间,其设备都能链接到物联网终端上,而不是像现在很多终端那样,隔了几堵墙就没信号了。实际中2G/3G/4G技术是为了人与人之间链接设计的,覆盖范围比物联网要低很多。

 

(3)模组超低功耗。由于物联网应用终端基数庞大,所以终端后期的维护成本对利润影响很大。低功耗特性因此成为考核物联网应用的一项重要指标。而像高山、地下、水底等不易更换电池的设备的地方,对于电池的使用寿命将将有更高的要求。考虑到这点,借助PSM和eDRX技术NB-IoT可实现更长时间的待机。其中PSM(Power Saving Mode,节电模式)技术,在此模式下,如果没有信号指令,终端将进入深睡眠直至被下次唤醒,这样可以大大延长电池的使用寿命。eDRX技术则延长终端在空闲模式下的睡眠时间,以减少接收单元不必要的启动,相对于PSM,大幅度提升了下行可达性。两项技术的结合,大大延长了NB-IoTa终端模块的待机时间,据预测其待机可长达10年。 

 

(4)低成本模组。通过低速率、低功耗、低带宽等技术指标,NB-IoT技术大幅降低模组的成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元,而常用的其他终端如CAT4,CAT0,GPRS的成本分别为30$,15$,8$,NB-IoT成本优势明显。

 

(5)基站可以支持海量NB-IoT终端。根据NB-IoT的技术指标,每个小区将可以支持10万个链接。现行移动通信链接数的增长主要由人口数量决定。由物联网的定义,也即万物互联,可以预测在物联网时代链接数的增长将会远远超过现在链接数增长的速度。根据华为的预测到2020年将会有超过270亿个链接数,所以每个基站将面临链接海量设备的链接问题,而NB-IOT能有效的解决此问题。 

 

NB-IoT方便部署、覆盖范围广、超低功耗、低成本模组和对海量链接的支持等特点,为后续物联网的发展提供了通信的平台。NB-IoT是将成为引爆物联网发展的重要革命性技术。

 

 

4、从感知到应用物联网产业链

 

(1)物联网产业链具体而言,分为感知层、传输层、平台层和应用层。 

 

感知层:物联网的皮肤和五官识别物体,采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等,主要是识别物体,采集信息,与人体结构中皮肤和五官的作用相似。感知层又称为信源层。以车联网为例,信源层是由汽车数字化标准信源(俗称电子车牌)构成基站集群层:由不同类型、不同功能的基站组成,实现涉车信息的采集。 

 

传输层:感知层收集到的物联网数据,经过有线网络或者无线网络进行汇总和传输到物联网平台。传输层的功能是数据传输的通道,它就像人体中的血液循环系统一样。传输层是数据收集和指令下达的通道。 

 

平台层:主要负责物联网传感器链接处理。平台层的主要功能是建立数据中心与传感器之间的数据通道,并将传感器发送过来的数据转发给应用层,方便应用层对数据进行加工和处理。 

 

 应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合,实现广泛智能化。比如上海世博会的案例:假设每辆车都安装了电子车牌。电子车牌即车辆电子标签,属于物联网的信源层。电子车牌内部含有唯一的经过加密的ID数据,存储了加密处理的车辆数据。电子车牌可以充当各类证件的作用。引入车联网之后的世博会车辆监控管理现状:快速电子识别;可同时对多台车辆检查;大大提高了工作效率,实现了智能化管理。

 

(2)传感器:智能感知世界 

 

随着互联网、半导体、通信技术等新科技的到来,世界开始迈入信息化的时代。但是信息化和智能化的前提,要解决准确而可靠的信息获取,传感器是获取现实社会和生产领域中信息的最重要途径和手段。 

 

现在传感器早已渗透到我们生活的各个领域。比如工业生产、环境保护、医学诊断、资源勘探、海洋探测、宇宙开发、文物保护、生物工程等等。传感器是整个物联网信息收集的节点,是整个物联网发展的基础。 

 

关于传感器的分类方法有很多种,常用的分类方法是以被测量参数来分类和以测量原理两种分类方法为主: 

 

根据被测量参数,传感器可以分为温度、湿度、压力、流量、速度、加速度、位移、粘度等传感器,除了这些模拟量以外,有些传感器还包含一些离散量(开关等)。 

 

根据测量原理来分,传感器可分为根据电阻定律的电位计式、应变式传感器,据变磁阻原理的电感式、差动变压器式、电涡流式传感器,根据半导体理论的半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。 

 

目前,行业中常用的传感器名称是以上两种分类的综合,以用途为主,如力敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、加速度传感器、生物传感器等。随着技术的发展,近年来逐步发展处新的传感器,比如有光传感器、光电传感器、图像传感器、光纤传感器、多功能传感器、仿生传感器等。目前国内传感器共分10大类,24小类,一共有6000多个品种。美国在传感器领域技术领先,产品种类更加丰富,总共约有17000种传感器。

 

由于传感器在整个产业链中的重要作用,各国政府都很重视传感器的研发。目前全世界有约40个国家和地区从事传感器的研发、设计、生产和应用推广,全球有约超过6000余家研发机构从事传感器相关工作。美国、日本和俄罗斯等国实力较强,这些国家建立了包括物理量、生物量、化学量三大门类的传感器产业,研发生产单位超过4000余家、产品超过20000多种。应用范围教广的传感器产品已经实现了规模化生产。有一些大企业的年生产能力可以达到几千万支到几亿支。 

 

随着物联网技术的成熟,全球传感器产业迎来了快速发展的黄金时期。2008年,全球3000多家传感器制造商的总销售额超过500亿美元,而2010年世界传感器市场规模达800亿美元以上。 

 

随着物联网的高速发展,国内传感器产业也迎来了黄金发展期。据统计,至2015年,我国物联网整体市场规模将达到7500亿元,传感器产业将从中直接受益。2010年,我国传感器制造业规模以上企业(年销售收入500万元以上)实现销售收入440.27亿元。据预测,未来5年中国传感器市场将稳步快速发展,在物联网市场规模大幅增长的动力之下,2015年中国传感器市场规模有望达到1200亿元以上。 

 

根据前瞻产业研究院发布的《2012-2016年中国传感器制造行业产销需求与投资预测分析报告》,在中国政府的支持下,我国的传感器技术及其产业取得了长足进步。国内传感器产业在“双加工程”即:加快力度加快发展的方针指导下,建立了中国敏感元器件与传感器生产基地。目前,国内有三大传感器生产基地,分别为:“安徽基地”,主要是建立力、光敏规模经济;“陕西基地”,1990年2月成立了“陕西省敏感技术产业集团公司”,主要是建立电压敏、热敏、汽车电子规模经济为主要目标;“黑龙江基地”,主要建立气、湿敏规模经济为主要目标。 

 

(3)传输网络:数据流量通道 

 

移动通信网络为物联网大量数据吞吐提供传输保障,是整个物联网产业的中枢神经,作为通信网络运营者的三大通信运营商,无疑在物联网生态系统中扮演着举足轻重的角色。目前而言,物联网是通信运营商的超级蓝海,也是新的利润增长突破口,如何在物联网领域寻找商机,正确的市场定位是关键。 

 

随着4G牌照的发放和NB-IOT技术的即将商用,运营商的网络通道速度与质量得到进一步的提升,为物联网的发展提供了良好的技术基础。作为纯管道供应商的运营商,需要为物联网提供稳定、可靠的网络通道,并且确保通信模块在不同应用场景下,比如移动、偏远山区、通信密集区域、高速公路等状态下能有良好的网络覆盖与通信质量保障。运营商需要在现有的移动通信网络资源的基础上,根据物联网的特征进行优化与调整。 

 

通信运营商作为物联网的管道提供者,其盈利可从三方面实现:一是前向收费,针对用户在使用物联网内容服务、综合信息服务中产生的网络流量,收取一定的网络流量通道费用,或者根据用户的链接数,收取链接费用;二是后向收费,与物联网内容服务商、综合信息服务商开展合作,向第三方内容供应商按照网络使用情况收取一定的通道费用;三是与内容服务商开展合作,以分成的方式实现收入增长。 

 

2015年,三大运营商的物联网进程突然提速。在中国电信的2016年集团战略中,物联网被重点列出,成为三驾马车之一的战略基础重点。中国电信表示,2016年将全面布局物联网,拓展新市场,将这一蓝海市场作为中国电信全新的战略性基础业务,力争3~5年拓展出规模可比肩传统移动业务的新市常而在物联网的终端方面,中国电信表示将通过先发订单后生产的承销模式来做大产业,力争2016年全年销售1000万台以上的物联网终端。无独有偶,在刚刚落幕的中国移动招商大会上,中国移动掌门人尚冰也将物联网提升到了“中国移动新时期发展策略”的重要核心地位。根据移动内部规划,明年会和华为、爱立信做外场试验,2017年将商用NB-ILT窄带物联网。中国联通则选择与海外物联网平台Jasper合作,与超过500家合作伙伴在互联汽车、零售、防盗、可穿戴式设备等领域展开合作。有益于联通在3G时代网络制式的优势,中国联通在国内车联网领域取得了较好的早期布局,多家大型车厂都采用联通的3G和4G技术作为车载通信模块。 

 

(4)物联网平台:汇聚天下数据 

 

物联网平台层主要负责物联网传感器链接管理。平台层的主要功能是建立数据中心与传感器之间的数据通道,并将传感器发送过来的数据转发给应用层,方便应用层对数据进行加工和处理。由于物联网平台在整个网络中是数据的汇聚中心,在未来大数据时代有着举足轻重的作用。所以该领域未来前景广阔,同时在该领域也存在比较大竞争。目前全球最大的三个平台分别是思科的Jasper平台、爱立信的DCP平台和沃达丰的GDSP平台。 

 

 

 

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