窄带物联网(NB-IoT).pdf

1、窄带物联（ NB-IoT） 发展的思考 2016年 4 2null录 什么是 NB-IoT 对如何发展 NB-IoT的思考 总结 为什么要发展 NB-IoT 3null物联业务种类繁多 ， 难以单技术满 中档类 LPWA类 （低功耗 、 覆盖 ） 典型业务 视频监控 机器 智慧医疗 可穿戴设备（需语 ） 智能家防 （需视频 ） 数据收集和控制类 ： 线抄表 环境监测 智能家居 物流 可穿戴设备 （需语 ） 业务特点 速率 1Mbps，视频信息 流量 功耗不敏感 100kbps 4时 ） - PSM， 引新状态 ，在 IDLE态基础上关闭射频 ， 进步省电 - 简化协议栈 、 简化RF - 简化

2、基带处理复杂度 ， 相对于普通 LTE，基带复杂度降低10%， 射频降低约65% - 集成度 设计 - 功率谱密度带来极度覆盖下 更的频谱效率 - 更的资源粒度 ， 降低包传输下的资源浪费 - 信令流程简化 ， 例如附着流程 、 TAU流程等 - 数据承载优化 ， 例如控制案 、 户案 、 IP传输等 - 协议栈精简 ， 例如取消切换 、 CSFB等 - 状态机更新 ， 例如ECM-Suspended、PSM等 核 终端 深度覆盖 （增强 20dB） 低功耗 （续航 10年 ） 低成本 （芯 5美 ） 连接 （ 5万连接 /区 ） 6null录 什么是 NB-IoT 对如何发展 NB-IoT的

3、思考 总结 为什么要发展 NB-IoT 7null物联市场潜巨 ， 即将进规模井喷式发展 数据来源和测算依据 ： 公司发展战略部根据 IDC 2015年 11报告 、 Cisco 2013年报告 、Machina Research 2015年 6报告 、 McKinsey报告等测算 2015年 2020年 的连接数（亿 ） 物的连接数（亿 ） 500 100 100 200 300 400 500 全球 中国 全球 中国 80% 20% 连接数 ： 2020年全球市场规模 500亿 中国市场突破 100亿 ， 其中 90亿 物的连接 市场规模 ： 2025年全球物联市场规模 19万亿元 中国物

4、联市场突破 3.5万亿元 全球（亿元 ） 中国（亿元 ） 数据来源和测算依据 ： 公司发展战略部基于肯锡 2015年 7报告测算 29 170 l 前众消费市场趋饱和 ， 导致运营商盈利增趋缓 ， 亟待寻求新的盈利增点 l 据市场调研机构预测 ， 未来 5-10年物联连接数和市场规模将发规模井喷式发展 8null万物互联已成为全球运营商 、 科技企业和产业联盟积极布局的重要战略向 全球主流运营商将 IoT产业作为营收增新引擎 传统电信企业及系统解决案提供商发 IoT业务 互联企业泛布局 IoT产业 产业联盟积极构建 IoT态系统 Vodafone： 建并运营了 全球第三 M2M平台（ GDSP

5、） ， 计划 2019年实现 M2M SIM卡在全球90%以上区域的缝漫游 AT&T： 已认证 2600+IoT设备 ， 联 IoT设备约2500万 ， 过去 2年 IoT户数增加 2.5倍 ； 重点布局联 、 物流跟踪管理 、 智慧电等业务 SK Telecom： 2015.1发布基于 oneM2M标准的IoT开放平台 ThingPlug； 2016年计划在全国范围部署基于 LoRa协议的 LPWA络 爱信 ： 2016.1在 CES发布三物联解决案 ：智能抄表 、 户 /物联数据分析解决案 、 向规模 IoT的络软件 17A 华为 ： 2015.5发布敏捷物联解决案 ， 包括轻量级物联操作

6、系统 LiteOS、 敏捷物联关 、 敏捷控制器 IBM： 2015年宣布投资 30亿美元打造物联事业部 ， 创建 IBM 物联业开放云平台 微软 ： 2015.9 发布 IoT开发套件 Azure IoT Suite Google： 2015.5发布基于安卓的嵌式 IoT操作系统 Brillo及通信协议 Weave； 先后收购 Nest、Dropcam和 Revolv布局智能家居 Apple： 2014年发布 智能家居平台 HomeKit， 可通过 iPhone/iPad控制搭载 HomeKit的产品 腾讯 ： 发布 QQ物联 智能硬件开放平台 、 微信硬件平台 、 TencentOS系统布

7、局智能硬件态系统 ；截 2015.8， 微信硬件平台接设备为 2500万 OneM2M： 2012.7 正式成 ， 物联领域国际标准化组织 ， 成员包括 ATIS、 CCSA、 ETSI、 ARIB等 AllSeen Alliance： 2013年由 Linux基会牵头成 ，致于推进万物互联的跨业联盟 ， 已有 200+公司（如通 、 微软 、 海尔等 ） 加 ， 提供开源跨系统的通信软件架构 AllJoyn Open Connectivity Foundation： 2014年由 Intel、三星牵头成 ， 和 AllSeen定位类似 ， 已有 165+成员公司 ， 提供开源跨系统通信软件架

8、构 IoTivity project Wi-Fi Alliance： 2016.1 公布适合物联的 WiFi HaLow 9null运营商必须基于的独特优势切 ， 并寻求新的商业模式 基于授权频谱 组 蜂窝物联现状及问题 l 存在干扰问题 ， 导致传输可靠性降低 l 传输安全性低 l LoRa、 Sigfox： 产业规模 ， 法形成规模市场效应 l WiFi、 Zigbee等短距通信技术 ： 覆盖能弱 ， 般需采两级组案 ， 配置复杂 、 维护 /使槛 基于授权 频谱 丰富的络运维经验 l 传输可靠性更 l 传输安全性更强 l 帮助物联业务提供商解决络部署和维护问题 ， 可实现终端即插即 ，

9、幅降低业务部署槛 运营商切物联的独特优势 运营商需借助优势 ， 抓住万物互联发展新机遇 ， 扩新连接 ， 实现新增 ， 但需挖掘物联的新型商业模式 ， 以便更好发挥我公司善于利连接驱动增的发展模式 10nulll NB-IoT在覆盖 、 功耗 、 成本 、 连接数等 性能最优 ， 最符合 LPWA类业务需求 l NB-IoT法满对移动性及速率要求较 、 数据量 、 需要语业务的应需求 ， 可考虑 eMTC、 Cat1等候选技术 l NB-IoT在 900MHz部署 ， 腾频难度低 ， 但是需要新建或改造络 ， 有定复杂度 指标 新技术 蜂窝 基于现有蜂窝的物联能优化 LPWA需求 NB-IoT

10、 LoRa Sigfox EC-GSM TD-LTE Cat.1 TD-LTE Cat.0 TD-LTE Cat.M (eMTC) LTE FDD Cat.M(eMTC) 覆盖 极深度覆盖 164 dB 155dB 160dB 154 dB终端23dBm发射功率 146.7 dB 146.7 dB 155.7 dB 155.7 dB 功耗1 10年 约 10年 3-5年 约 10年 约 10年 于 0.1年 约 5年 约 10年 约 10年 平均模组成本2 于 5美元 于 5美元 约 7美元 于 5美元 约 5美元 约 15美元 约 10美元 于 10美元 于 10美元 连接数 5万每区 约

11、5万 约 1万 约 1万 约2万 1200 （ RRC连接态 ） 同 Cat1 约 1.8万 约 1.8万 速率 上峰值 160bps 70kbps 5.5kbps 100bps 170kbps 1Mbps 200kbps 200kbps FD: 1Mbps HD: 375kbps 下峰值 160bps 30kbps 5.5kbps 100bps 290kbps 7Mbps 750kbps 750kbps FD: 800kbps HD: 300kbps 其他 移动性 低速业务连续性要求 低速区重选 低速区重选 速区切换 语能 不要求 不持 不持 不持 持 不持 标准中计划持 ， 但能尚不确定

12、产业持及成熟度 最早 16年Q3 主流通信企业持 ， 已商 仅爱信 、 诺基亚有产品计划 现已持 最早 16年Q2 最早 16年 Q3 注 1： 续航时间根据 3GPP LPWA模型推算得出 ， 电池容量为 5Wh， 详情 备 。 实际续航时间与电池特性 、 业务量 、 络状况等密切相关 。 注 2： 成本为初步估计值 ， 仅供参考 。 NB-IoT相于其它窄带物联技术存在优势 11null全球运营商及领先的电信设备商积极布局 NB-IoT， 求占领产业制点 上公司是 GSMA NB IoT Forum的成员 ， 后还在扩 。 我公司是论坛的创始单位和副主席单位 。 另外 ， 我公司在GTI成

13、 NB-IoT Ad Hoc及 NB-IoT Open Lab， 携华为等主流设备商在 MWC2016展 NB-IoT环境监测应 12nullNB-IoT产业处于研发加速阶段 ， 业界关注度 NB-IoT技术标准简化 ， 产业链投度 ， 产品研发周期较传统 3G/4G有望幅缩短 ，但作为全新的系统 ， 成熟需要过程 ， 因此仍需推进 芯 模组 终端 线 核 3GPP标准化完成 推出预商产品 部分家具 备商能 更多家具备商能 2016.Q2 2016.Q3 2016.Q4 2017.H1 2017.H2 13null录 什么是 NB-IoT 对如何发展 NB-IoT的思考 总结 为什么要发展 N

14、B-IoT 14nullNB-IoT商需考虑的关键技术问题 NB-IoT商络 业务发展 络建设 运营段 商业 模式 户卡 和码号 线 核 传输 安全 终端 业务 计费 撑 系统 经营 式 管 平台 数据 中 15null新模式 ： 基于 NB-IoT连接创造新服务价值 各国运营商挖掘 IoT的典型和创新级应 ， 推动实现规模效应 IoT 智慧城市 智慧健康 智慧业 智慧活和作 案例 1： Orange定位业务 利 Lora络定位汽 、 钥匙 、童并反馈位置信息机 案例 2： 匈利电信公司成功进街灯远程管理外场测试 利 Lora络对城市街灯的开关进远程控制 在流量收费和连接收费基础上 ， 开放平

15、台能 ， 发展提供应和服务的新型商业模式 流量收费 连接收费 基于应和服务的新型收费模式 对 IoT服务产的流量进收费 对 IoT设备次性或周期性收费 对新型应进前向或后向收费 ， 如 ： 基于数据的服务 优点 ： 运营商已有成熟的收费系统 中国移动 5元物联流量卡 Sigfox络垃圾桶管理 2$/设备 /年 腾讯 QQ物联布局 韩国 KT为 IoT开发者免费提供10万个电信传感器组件 案例 新的商务模式下需要运营商把控端到端的核环节 16null新掌控 :“通信套件 +D-MEC” 撑新型商务模式 l前国内外型的互联公司和设备（芯） 商在 IoT领域多采“ SDK+开放平台 ”的式 ， 围绕

16、核商业价值开展 IoT服务 l典型代表 ： 苹果（ Homekit） 、 通（ ALLjoyn） 、 腾讯（ QQ物联） 、 华为（ Agent+Lite OS） 等 “ SDK+开放平台 ” 撑向数据及服务的商业模式转型 建议 ： 以基础通信套件为 SDK， 以 D-MEC为开放平台 ， 推动运营商物联时代的服务转型 通信套件 规范化应描述模板 ， 使透传数据变得可解析 简化通信复杂度 ， 降低开发槛 结合物联业务特点 ， 优化传输效果 D-MEC沉淀海量数据 ， 通过数据运营， 为户和运营商产更的价值 提供 终端管理及能开放 流量经营为主的模式变为 提供服务 为主的模式 ， 助公司转型 1

17、7nullNB-IoT端到端系统框架的建议 窄带蜂窝物联 标准物联 通信模组 温度传感器 位移传感器 湿度传感器 光照传感器 压敏传感器 D-MEC （物联关 ） 物联应 物联器件 物品跟踪管理 智慧业 智能抄表 智能建筑 智慧环境 中国移动掌控 (Device-to-Cloud) 基础通信 套件 标准化接&协议通信模块 操作系统 OneNET 物联开放云平台 基于“做连接规模 、 做优连接服务 、 做强连接应 ” 连接整体战略 ， NB-IoT商部署涉及商业模式 、 物联平台 、 数据中 、 络连接 、 通信模组等端到端诸多问题 18nullNB-IoT物联开放云平台的初步考虑 物联平台建设

18、策略 ： 沉淀物联数据 ， 构建数据运营服务的基础 物联关 物联开放云平台 l 现有问题 ： 前我公司缺少充分结合移动特性 ， 对物联数据和设备进汇聚 、 管理的关（或平台） ， 难以发挥我公司的连接优势 OneNET主要定位于能开放 ， 前尚未设计物联关功能 l 解决思路 ： 设计物联关 D-MEC， 汇聚所有物联数据 ， 避免在 NB-IoT时代被互联公司通道化 l 解决案建议 ： “D-MEC+OneNET” 构成新的物联开放云平台 ， 实现数据汇聚 ， 能开放 ， 终端管理等功能 D-MEC作为物联关 ， 汇聚物联数据 ， 管理物联设备 ， OneNET作为提供开放的 API和各类具

19、， 对接第三 ISP， 实现对 D-MEC数据的分析运营和操作管理 l 案优势 ： 实现 D-MEC与 OneNET的松耦合 ， 可根据 连接数和数据量 扩容改造 D-MEC， 根据 功能需求和 ISP接数量 及要求扩容改造 OneNET l 后续作 ： 案深论证 ， 并考虑业务管理 、 开通及受理等功能集成需要进步讨论 MME S-GW P-GW OneNET ISP1 ISP2 ISP3 HSS D-MEC 19nullNB-IoT核组的初步考虑 1.MME和 S-GW： l 建议省中集中部署 ， 考虑新建的式 ， 避免影响现稳定性 l 建议采虚拟化平台 ， 利于快速缩扩容 ， 灵活适配初

20、期业务发展 ， 也便于络平滑演进 ， 需加快推进产业成熟 核组策略 ： 建议快速低成本部署 NB-IoT核 ， 加速 NB-IoT商进程 1.P-GW和 HSS： 建议采物联现有部署式 ，即全国集中部署 ， 可考虑与虚拟化结合 ， 新建虚拟化平台 ； 需加快推进产业成熟 2.IP/Non-IP数据 ： 建议统通过 P-GW传输 ，统数据出 3.建议 NB-IoT核不对外独呈现 SCEF， 其能开放功能集成到 D-MEC， 简化络拓扑 MME S-GW P-GW OneNET ISP1 ISP2 ISP3 HSS D-MEC 20null终端领域作重点为引导产业研发具备 NB-IoT技术优势（低

21、成本 、 低功耗 、 可靠性 ） 的芯和终端产品案 ， 降低应开发的难度 产业引导向建议（ 8in1集成芯案 ） 提集成度可以降低芯/模组的功耗和成本 ， 也有助于幅降低终端研发槛 ， 因此结合频段和络部署策略 ， 初步考虑 引导产业实施将 AP、 定位 、 ROM、RAM 、 基带 、 射频 、电源管理 、 功放集成为体的 8合 1案 APIC GNSS ROM RAM BBIC RFIC PMIC PAIC 低成本 低功耗 集成 关键点 3： SIM 卡 l 推荐采 eSIM/Soft SIM简化络接和认证流程 ， 满物联操作 、 低成本 、 效率 、 可靠的需求 l SIM卡是否持跨运营

22、商写卡 ， 待研究决策 关键点 1： 基础通信套件 l 与 D-MEC配合 ， 通过规范化应模板 ， 撑平台侧的数据分析及运营 l 封装标准的传输式调接 ， 降低终端和应开发槛 终端需考虑的关键点 关键点 2： 标准化模组 物联终端存在种类多 、 批量的特点 ， 需要通过模组的标准化（芯集成化 、 射频前端集成化 、 硬件接标准化 ） 实现规模化 ， 降低物联应部署成本 。 关键点 4： 续航电池 低功耗类 物联应要求终端 续航时间（作 10年） ， 应环境复杂（低温 、 震动 、 潮湿 、 沙尘环境等） ， 对电池使寿命 、 电性能等指标要求 ， 需要推动续航电池产业发展以满 物联应要求 2

23、1null线需要考虑的关键点 （ 1/3） ： 频点选择null中国电信 (10M) 825/870 835/880 CDMA 中国联通 (6M) GSM 中国铁通 (4M) GSM R 885/930 案 890.2/935.2M GSM 案 889.2/934.2M 案三 908.8/953.8M 与铁通隔离 1M NB-IoT建议频点位置 频点选择原则 1、 考虑覆盖需求 ， 优选已有的最低频段 2、 尽可能规避干扰 3、 考虑未来该频段向 FDD演进需求 覆盖 ： 建议使 GSM900频点 干扰 ： 案 ： 与 GSM-R紧邻频 ， 易对铁通产干扰 ， 铁路周边不可采此频点 案 ： 易

24、被 电信 CDMA800干扰 ， 随着 GSM设备抗阻塞能提升 ， 及电信新设备 ， 该干扰 将逐渐弱化 案三 ： 900M下五阶 互调落接收频段 ， 频段受其影响更 ， 随着天馈化 ， 互调问题将逐渐凸显 演进 ： 案在向 FDD演进过程中受限更少 综上 ， 建议选择案（ 890.2/935.2M） 为 NB-IoT部署频点 22null线需要考虑的关键点 （ 2/3） ： 组案null1. 基于 GSM设备进升级 2. 或进独新建 双通道 N+G 双通道 N+F 单通道 N+G 双通道 N+G 双通道 N+G a.升级 b.替换 升级 替换（* ） 双通道 N+G+F a.替换 (*) b

25、.升级 升级 升级 不考虑新能 新建 新建 升级 新建 引 NB-IoT案 后续引新能案 现状 双通道 N+F 新建 升级 考虑新能 可持 GNF&双通道（5 %） 仅可持 GN （4 3%） 仅可持 GSM （5 2%） 单通道 N 双通道 N 、 根据设备能 、 络性能及建设周期要求 1. 不储备新能 ： 仅持 N+ G 2. 储备新能 ： 选择持 N G F， 或N F 、 根据未来新能引需求及综合投资成本 23null线需要考虑的关键点 （ 3/3） ： 低成本部署 向 减少不必要的投 降低站址数量 降低设备成本 建议结合物联业务的特点 ， 在业务需求区域建设 “薄深 ”覆盖 ： 建议

26、仅在 GSM覆盖站的基础上进升级建设 ， 实现 GSM 20dB的深度覆盖 域覆盖 ： 建议充分利 20dB覆盖增益 ， 在域场景下选取更稀疏的站点进升级建设 ， 达到与 GSM相同的覆盖效果 “点线 ”覆盖 ： 针对特定场景 、 特定业务 ， 建议采“物联站 ”增强覆盖 可以考虑采 BBU集中化部署 ， RRU可升级或新建 薄+深度覆盖 域覆盖 点线覆盖 物联站 24null数据防墙络防墙D-MEC（含 SCEF） NB-IoT部署架构整体安全分析 终端 OneNET 云平台 SP eNB SP完成认证和端到端安全传输 运营商提供认证（ LTE AKA/统认证 ） 和安全传输 运营商提供认证

27、结果和安全传输 轻量级安全协议 轻量级安全算法 安全存储 固件安全更新 元 /平台安全 通信接安全 MME S-GW P-GW non-IP数据传输案 IP数据传输案 安全与认证需要考虑的关键点（ 1/2） 25null关键点 1： 统并减少认证流程 ， 降低认证成本 l 统认证 ： 络认证是认证物联设备能够接到络 ， 采成熟的蜂窝认证体系 。 在此之上 ， 物联还有业务认证 ， 认证物联设备能否接到业务平台 。 两套认证流程相对复杂且成本提 ， 因此需要在保证不同运营商络间的互通性 、 兼容性以及良好的终端兼容性情况下 ， 研究设备的统认证机制 ， 将络认证与业务认证相融合 ， 可有效降低产

28、业链认证成本 。 关键点 2： 端到端安全传输 l 两条技术路线 ： 1） 由 SP完成端到端安全传输保护 ； 2） 由运营商提供分段安全传输保护 关键点 3： 新增平台 、 元的安全防护 l 需设计新增元 D-MEC的安全保护机制 ， 以保护缓存数据和通信接的安全 关键点 4： 数据防墙 l 初步考虑 ： 为解决关及开放平台与开放络中的业务系统间的数据访问传输安全 ， 可引数据安全管控平台 ， 对数据访问进认证和授权 ， 检测异常为 ， 实现敏感数据脱敏 ， 成数据关联视图 关键点 5： 终端安全加固 l 窄带物联终端需考虑值守 ， 能受限等带来的安全新挑战与新需求 ， 如机卡绑定与软件防篡

29、改 、数据的安全存储 ， 固件系统的安全更新和特定场景下的隐私保护 安全与认证需要考虑的关键点（ 2/2） 26nullNB-IoT商部署涉及的端到端改造需求 领域 要求 主要改造作 是否涉及研 芯模组 1 持 NB-IoT协议 2 实现低成本 3 实现低功耗 、 续航 (包括优化的安全协议与算法 ) 1 基于新的物理层技术及低功耗 、 低成本要求 ， 需要重新进硬件设计 2 基于新的简化后协议栈设计及通信套件 ， 需要新的软件开发 3 eSIM与芯的集成 4 增加终端本地安全防护措施 ， 包括安全存储 、 安全更新 、 隐私保护 、 机卡绑定与软件防篡改 是 线 1 实现协议简化（包括安全协

30、议的简化 ） 2 持覆盖增强 基于 900MHz频段（建议 ） 1 升级 ： 约 48%具备条件 ， 基于多载波 GSM基站升级 ， 新增基带板 ， 复站址 、 RRU、 天馈 ； 2 新建 ： 基于现有站址 ， 新增 BBU， 替换或新增 RRU、 天馈 ；为节省投资可与 FDD同时建设 3 集中式 BBU部署 ， RRU可升级或新建 否 核 1 实现协议简化 2 提供数据优化传输式 3 提供新的计费模式 4 部署络边界安全防护 ，例如防墙等 优选案 1 案 ： 新建 MME和 S-GW， 新建物联专 P-GW和 HSS 2 案 ： 升级 MME和 S-GW， 升级物联现有 P-GW和 HS

31、S 否 平台 1 提供量户接能 2 提供数据能 3 部署平台安全防护措施与数据防墙 1 升级现有 OneNET平台 2 新建 D-MEC数据信息交换中 3 建设物联融合认证和业务保障平台 4 增加平台安全防护措施 5 增加接安全防护措施与数据防墙 是 涉及到芯模组 、 线络 、 核络 、 平台的改造 27null录 什么是 NB-IoT 对如何发展 NB-IoT的思考 总结 为什么要发展 NB-IoT 28null总结 l从技术能度 ， NB-IoT最匹配 LPWA业务需求 ， 是运营商抢占窄带物联市场的重要段 。 同时发展 NB IoT也得到政府的持 ， 近期会出台相关政策 。 l对于中速或语类物联业务需求 ， 需进步评估相关承载技术 ， 如 eMTC等 l对于 NB IoT这个新的物联技术的发展 ， 项组初步提出为适应未来新的商业模式的 NB IoT端到端框架 ， 但由于系统常复杂 ， 且需要与公司的发展管理相配套 ，后续将深研究 ， 对关键问题进决策后 ， 明确公司 NB IoT发展整体技术案 。 lNB IoT的成功发展还需要推动整个态环境的持和成熟 ， 需要公司内部各单位以及产业界各的通合作 。 29null谢谢 ！ 不当之处 ， 请批评指正