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NB–IOT之笑傲江湖 [复制链接]

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2012-5-11
发表于 2017-1-11 09:38:32 |显示全部楼层
近两年来,关于无线通信技术发展,吴老司听到最多的两个词就是5G和物联网,其中物联网听到的最多的一个词又是NB-IOT(简称NB)。5G因为标准还没定下来,暂且不表,近期吴老司撩通信将就NB-IOT推出系列文章,好好掰扯清楚物联网的前世今生、NB技术原理、NB规划等。

作为满汉全席的开胃菜,本篇将扒一扒物联网的发展历史以及NB是如何与不同门派之间相杀后,又如何与同门派不同宗派之间,甚至是同门师兄弟们相爱相杀的故事!

1  何为物联网?

It stands for Internet of Things。Basic idea is to connect EVERYTHING that you can think of by Internet。

首先我们得知道,自从上世纪80年代以来,从大哥大开始,无线通信技术已经经历了四代的传承与发展。从开始的人与人的连接,发展到人与物的连接,自然地,咱们脑洞大开,是否可以将所有的物都连在一起呢?而实际上从商业上来看,语音通信(人与人连接)收入已经见顶,由于4G的大力建设,数据业务(人与人&人与物的连接)支撑运营商收入进入了新的巅峰,那么下个收入蓝海将是什么?从目前观点来看即是物与物的连接将成为第三个波峰,而物联网将是重要的载体。
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这里就不得不涉及到很多商业与技术的思考。试列举之:

◢发展的驱动力在哪?

◢应用case在哪?

◢商业前景如何?

◢选择何种连接技术最经济有效?

先引用一些关于物联网市场前景的预测数据:2020年,中国将达百亿物联网连接(含各种连接),产业链市场空间1万亿人民币(数据来源:麦肯锡等)。当然,你还可以找到各种预测的数据,总之一句话,这个饼很大,机会很多,这将是一群人的狂欢,想去high的(包括单身狗们)快上车,否则你错过的不仅仅是一个亿!
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从图库选择图片

2  物联网的应用场景

物联网应用场景丰富,但是依据对技术的需求,总体来看可以划分为两类:

◢可以使用非蜂窝(以短距 Wi-Fi、蓝牙等为主)网络来承载的应用

◢建议使用蜂窝(包括现有的2/3/4G及其他技术)物联网技术承载的应用(运营商市场主要在蜂窝领域,这也是我们讨论的重点)

目前,对于运营商来说,智能家居、智能楼宇、抄表、市政物联和物流追踪这五大领域将是应用推广的重点。以下引用一些统计和预测数据作为参考:
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3  物联网技术的众生相
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这张图见诸于各物联网相关资料中,理论上来讲,如果对这图理解了,那么恭喜你对物联网功力已经练到了五成,呵呵。

下面我试着对上图从几个维度进行解读:

◢横轴代表覆盖要求,一般可以划分为长距离和短距离,因此将物联网技术划分为了两个大类。短距离通信技术有我们熟悉的wifi(不要告诉我你不知道)、Bluetooth,还有大家不熟悉的ZigBee等。不过对不起,这些短距离通信技术天生就有覆盖范围受限的缺点,应用场景也就随之受限(如果你看看排球队的菇娘们,就知道有种高度你是高攀不上的),因为比如智能抄表等业务肯定是位于地下室或者弯角旮旯里,覆盖能力不行怎么搞定?这些技术不是运营商的兴趣点,当然也不是咱们研究的重点。对于长距离通信,主要的代表技术是NB-IOT、eMTC、LoRa、SigFox等。实际上对于长距离通信技术,一般同时具备了强覆盖、低成本、小功耗、大连接这四个关键特点(敲黑板,重点重点重点,注意没有高速率),我们又将这类技术称为LPWA(Low Power Wide Area)。从这四个特点来看,简直是人见人爱,所以运营商也爱,并且是真爱。再次敲黑板了,注意注意,咱们这个系列的主角NB-IOT已经自带光环出场了,以后会详细聊。
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◢纵轴代表速率要求:基本可以划分为高、中、低三个速率等级。高速率:(>1Mbps),主要的应用场景有车联网、视频监控、远程医疗等,代表技术有4G LTE-V和5G新技术等;中速率:((<1Mbps),主要的应用场景有可穿戴设备、银行业PoS机、电梯广告推送、车队管理等,代表技术有eMTC、GPRS/CDMA、wifi等;低速率:((<200Kbps),主要的应用场景有能源抄表、气象/环保监测、资产标签、智能停车、智能锁等,代表技术有NB-IoT、LoRa 、Sigfox(广域覆盖)、蓝牙、zigbee等短距技术等;

◢对于LPLA而言,我们还可以进一步细分,主要国际标准还是私有技术、公共频段还是授权频段,这不展开讲。
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◢从这个图还可以看出,技术能力的统一与互斥性,也即很难有种技术是覆盖好又速率快的。如果有,请让我看到你们的双手??

◢那么为什么有这么多技术呢?多得看花灯似得。答案CMCC早告诉你了:移动过年七款礼,总有一款适合你!

4  NB-IOT是个什么鬼?

前面已经撩到,物联网的缩写为IOT,英文为Internet of Things。这里吴老司有个小技巧,有些缩写看起来很吓人,也很难记,建议大家看看英文原文,你会发现so easy,那个敞亮,分分钟有妈妈再也不用担心我的学习的那种感觉。物联网有很多技术,在IOT之前加上NB,连起来NB-IOT即为我们这个系列的主角,很多文章中都解释为Niubility Internet of Thing,即牛逼的物联网。实际上,这只是一个善意的玩笑,NB的真正含义是narrow band的意思,翻译过来是窄带,所以经常我们在资料中会看到窄带物联网的提法。

NB-IOT属于LPWA技术的一种,它天生具备强覆盖、低成本、小功耗、大连接这四个关键特点,下面引用华为的一张图让大家对NB有个爱的初体验。
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实话实说,作为一个在无线通信领域摸爬打滚十几年的老司机来说,看到这四个关键特点,我直呼word天,你这么NB,你咋不上天呢?

这里不得不谈谈在通信技术发展上,关于需求与实现等因素之间的一些辩证关系。先来看当前采用2/3/4G承载物联网应用的主要问题:

◢典型场景网络覆盖不足,例如:室内的无线抄表、边远地区的环境监控和地下资源监控( 4G规划指标穿透1层墙)

◢终端功耗过高(使用5Wh电池),2G终端待现网能力差距

◢ 2/3/4G无法满足未来海量终端的应用

◢ 终端种类多、批量小,开发门槛高,通信模块成本高,综合成本高

正因如此,在2015年9月开始,NB-IOT技术应运而生。当然地NB义不容辞的要解决好以上的痛点和问题。这里的关系就是需求与实现的相生关系。

人有多大胆,地有多大产。吴老师在接下来的篇幅中将会一一道来,如何从技术上去实现这些逆天的要求。

下面先谈NB的历史,同学们会发现设计历史的人太不负责任了,简直复杂到不要不要的了。不过没关系,如果将NB-IOT技术标准的形成看做是江湖比武最终称霸武林的话,并且你正好看过笑傲江湖的话,那这些事就好理解了。

NB的历史如何与不同门派之间相杀后,又如何与同门派不同宗派之间,甚至是同门师兄弟们相爱相杀的故事(说好的攘外必先安内呢)。咱们的故事的主线主要有两个,一是NB(你可以理解为牛逼),二是SB(请注意不要理解错,是撕逼,不是那个SB)。

5  NB与不同门派的SB
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这里不得不再提下LoRa、SigFox等私有的物联网技术。正因为这些技术的出现,对3GPP这个通信行业带头大哥造成了很大的心里阴影(那面积可是相当的大),所以3GPP才扯起虎旗开搞LPWA技术。当然地,3GPP当大哥多年可不是白给的,自己开招就是各种厉害招数,再加上多年经营,身边一堆小弟对老大哥一呼百应,一时群雄聚齐,所以才有了NB今天的声势。这就是NB与不同门派的撕逼。

顺便八卦一下,各位如果看3GPP在制定LTE标准中,WiMAX和LTE的剧情,与NB与LoRa之间何其相似?简直跟XX神剧一样,同样的剧情,变着花样的不断地上演。

6  NB与同门师兄弟的SB大战

话说,武林大会中刚与不同门派撕逼完,3GPP内部不同阵营之间的撕逼大战随即拉开。君不见前阵子关于5G编码标准之争,各种刷屏。说到底,不同阵营争的不光是面子,更实际的是利益。引用华为的一张图片,可以清晰的看出NB与同门师兄弟之间上演的相杀相爱的故事。
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各位同学请注意,在讲解的过程中,一大波名词将扑面而来:

    ◢第一次内部PK:事情的起因是英国的vodafone(沃达丰)基于LTE网络提供抄表业务成本太高,而GSM网络即将退网的考虑,私下拍拖华为一起提出了NB-M2M解决方案。美国的qualcomm(高通)基于现有的LTE技术提出了NB-OFDMA(侧重是空口解决方案)。接下来就是各种PK,各种妥协,最终融合成第一个统一方案,成为NB-CIOT。

    ◢第二次内部PK:以爱立信等公司为首的阵营基于现有的LTE技术,提出了一些优化方案,因此进行了第二次PK,最终在2016年6月形成了现在的NB-IOT技术标准。

好吧,估计大家都晕掉了,总结一句话,经过两次内部大撕逼,最终才形成NB-IOT技术标准,至于之前的那些你就当是历史课吧。

7  NB与同门不同宗派间的SB

大家知道,在华山派内部也有宗派之分,岳不群属气宗,风清扬是剑宗前辈。同样在3GPP内部针对物联网的解决方案也存在两大宗派,一是基于LTE现网优化的eMTC技术,一个是另起炉灶的NB-IOT技术,见下面图表。
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上图是从终端的演进角度来看eMTC技术的发展。其核心思想是在当前的LTE基础上,通过针对性优化,使之与LTE共存的情况下满足物联网的应用需求。其发展演进主要是终端方面的,如以上cat1是LTE终端,3GPP专门为了IOT设计了cat0终端,我们称为MTC,但是带宽还是20M,成本、耗电等都下不来,因此在R12时就被冻结。此后在R13阶段设计了cat M终端,带宽缩小到1.4M,成本、耗电等问题得到较好的解决,但随后3GPP在R13也冻结了eMTC的研究,转而研究NB-IOT去了(有没有一种生了二胎后大小子受冷落的感觉?)。

怎么理解NB-IOT和eMTC的关系?我的理解是长期共存,就如华山派的剑宗和气宗一样。因为定位不一样,eMTC解决的是中速率的IOT需求,而NB-IOT解决的是低速率的需求,武功路数不同而已。具体就不赘述了,详情请自觉翻阅前文中图。

8  结语

好了,老司机今天就聊到这,希望你已经了解到了物联网的前世今生、物联网的各种技术的定位,以及NB 是如何成就江湖地位的。下篇开始,吴老司将针对NB 的四个技术特性逐一分析,欢迎各位上车。


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发表于 2017-1-11 11:41:14 |显示全部楼层
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发表于 2017-1-13 14:28:31 |显示全部楼层
确实不错,幽默搞笑、浅显易懂。赞一个!

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发表于 2017-1-13 15:12:52 |显示全部楼层
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确是很好

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发表于 2017-1-14 22:31:44 |显示全部楼层
ding

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发表于 2017-1-16 13:39:35 |显示全部楼层
文章作者厉害啊,等着后面的

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发表于 2017-1-20 10:10:07 |显示全部楼层
:(:(

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发表于 2017-1-22 16:55:27 |显示全部楼层
老司机开的很稳

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发表于 2017-1-30 01:36:20 |显示全部楼层

开始有点了解了
支持继续

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发表于 2017-1-30 14:01:44 |显示全部楼层
谢谢分享!!!!!!!!!!

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发表于 2017-2-3 10:53:35 |显示全部楼层
老司机分析的很到位。

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发表于 2017-2-4 10:48:36 |显示全部楼层
期待下一篇!

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发表于 2017-2-4 12:41:22 |显示全部楼层
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