1、 中国联通蜂窝物联网技术 白皮书 中国联通 2016 年 9 月 目录 第 1 章 概述 . 1 1.1 白皮书愿景及目标 . 1 1.2 白皮书状态 . 2 第 2 章 问题和挑战 . 3 2.1 物联网业务发展迅猛，传统蜂窝承载能力有限 . 3 2.2 物联网业务需求跨度大，传统蜂窝技术面临挑战 . 3 2.3 物联网业务成本敏感，蜂窝网络需要更灵活的适应 . 5 2.4 物联网行业应用碎片化，平台适应能力需提升 . 6 第 3 章 总体架构和需求 . 8 3.1 总体架构 . 8 3.2 整体需求 . 9 3.2.1 应用层需求 . 9 3.2.2 网络层需求 10 3.2.3 感知层需
2、求 11 第 4 章 技术要求 13 4.1 网络技术要求 13 4.1.1 网络架构 13 4.1.2 无线技术要求 14 4.1.3 核心网技术要求 17 4.2 终端通信模组技术要求 19 4.2.1 适应差异化业务的 定制化要求 19 4.2.2 适应主流网络发展的频段要求 20 4.2.3 适应广泛部署的低成本要求 20 4.2.4 适应灵活应用的标准尺寸接口要求 20 4.3 平台功能及技术要求 21 第 5 章 技术路线和规划 24 5.1 中国联通物联网总体策略 24 5.2 中国联通物联网路线规划 25 5.2.1 网络演进路线 25 5.2.2 平台演进路线 27 5.2.
3、3 模组产品规划 28 第 6 章 总结和展望 30 1 第 1章 概述 1.1 白皮书愿景 及目标 伴随新一轮技术革命与产业革新的浪潮，云计算、大数据、移动宽带等技术的快速演进，物联网在各个行业的应用不断深化，这颠覆性地改变着当今社会生产和生活的方式，为产业带来突破式创新、跨越式发展的战略机遇。全球各国政府纷纷将物联网上升到国家战略的层面。 2009 年，奥巴马政府将“宽带网络等新兴技术”定位为振兴经济、确立美国全球竞争优势的关键战略， 并出台了总额为 7870 亿美元的经济刺激计划，通过经济复苏和再投资法确定了能源、科技、医疗、教育等方面的物联网技术发展策略，进一步强调了物联网对于美国的战
4、略地位。 2009 年 6 月，欧盟向欧洲议会、欧洲理事会、欧洲经济与社会委员会和地区委员会提交了题为物联网 欧洲行动计划的公告。2009 年 7 月，日本 IT 战略本部颁布“ i-Japan 战略”，聚焦电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培养三大公共事业领域，推进物联网发展。 2009年 8 月，中国政府提出“感知中国”项目，将物联网列为必争产业制高点。 面对人人通信逐渐饱和 、增量不增收的残酷局面，传统运营商都在积极寻求创新突破。万物互联的海量连接潜力以及连接背后的巨量市场为运营商提供了一个业务创新拓展的机遇。因此，全球的运营商均积极拥抱物联网，探索新的业务发展新空间。 201
5、6 年，中国联通发布聚焦战略， 物联网成为了其中一个重要的聚焦业务， 力图 “规模拓展物联网业务新空间” ，培育新的增长极 。尽管中国联通已建成覆盖全国的优质通信网络， 但是 物物连接巨量性、多样性、与人联网需求的差异性都给传统的蜂窝网络带来了一定的挑战。 在此背景下， 本白皮书立足于 中国联通移动蜂窝 网络，结合中国联通自身网 络情况，深度分析了 物物通信与人人通信在成本要求、终端适配、网络接入方式、适用场景等方面的差异，总结了物联网业务 的这些差异将给终端、网络、业务及平台带来的问题和挑战；进一步地，从物联网整体架构出发， 结合物联网未来技术 演进趋势，分析了物联网应用、网络、终端的需求，
6、并 针对这些需求，从中国联通的网络、业务平台及终端技术推进三大方面，分别提出了具体2 技术要求 ；最后给出了中国联通物联网整体发展策略，以及在此大策略下网络整体演进及部署的计划、平台演进路线以及终端产品的规划。 我们期望通过此白皮书，分享 中国联通对物联网的 思考 ，以 期与产业各界共同探讨产业 合作、共建良好生态 模式，共同推进物联网业务发展。 1.2 白皮书状态 本白皮书版本 1.0 是第一个版本，虽然还不够全面，并可能存在需要继续修订的地方，但希望这一版本的发布能对产业界有所帮助。随着时间推移，新的研究内容可能会被加入到后续版本中，欢迎提出修改意见和建议。 3 第 2章 问题和挑战 2.
7、1 物联网业务发展迅猛， 传统 蜂窝承载能力有限 随着各类智能技术的发展，信息服务的快速推进，万物互联已从概念走向现实 ，物联网 正步入快速发展期 ，连接的数量和设备的类型增长迅速 。 据 IDC预测 （如 图 1 所示） ，到 2020 年， 全球物联网连接将达到 300 亿；到 2025 年，全球物联网连接将达到 700 亿。 图 1 物联网连接数预测 巨量物联网连接的需求，对物联网的网络接入能力提出了极高的要求。 尽管物联网连接 不全是基于移动蜂窝技术的， 然而 能够提供 广域覆盖的移动蜂窝网络 依然 具备 一定 的优势， 将 承接大量物联网接入业务 。 传统蜂窝的设计目标是以人为服务对
8、象，满足人的通信需求，因此其 依据人口密度来规划 网络覆盖、承载等 能力建设 。 随着物联网业务应用的拓展 ， 接入终端的密度、地域分布等都呈现不一样的特征，因此，为人人通信而设计的 移动蜂窝 承载网 在单位面积容量 、 接入终端数 等方面 将面临较大的挑战 。 2.2 物联网 业务 需求 跨度大，传统蜂窝技术 面临挑战 由于物联网连接的是物，连接物的巨大差异，带来的终端形态 、技术需求4 等 差异巨大。 移动通信终端连接的是人， 各类手持终端的发展目标主要是为了便于人的携带，手机即为移动通信的一个最典型的终端形态。 物联网最终服务的 是物， 物联网连接的也是这些物 所对应 的终 端 ， 如
9、图 2 所示 ， 当物联网连接的是人身体的某个部位（如手指），那么其终端 体积等方面则要求极小 ；当物联网连接的是工业控制中的某个大型器械，那么其连接终端在形态、体积等方面则 需求不一样， 差异化较大。 另外，物联网终端除了在物理形态等方面发生了剧烈变化，跨度较大之外，其工作环境的差异巨大， 因此带来的具体技术需求的变化也较大。以省电技术为例，部分远程监控类应用，省电是其重要的一项技术指标，是影响其能否规模应用的重要特性；而对于有持续供电能力的终端应用，省电并非其考量的重要技术指标。 图 2 物联网与传统蜂窝网的对比 物联网业务 应用场景多样， 各类 物联网 业务模型差异大，技术需求跨度大 。
10、从速率需求来说，既有对速率有强烈需求的高清类视频监控 ，速率需求在 Mbps以上 ； 又有对速率完全无需求的抄表类业务应用 ， bps 量级的接入速率亦能满足其需要 。 从业务 接入频次要求 ， 则包括了 异常通信业务、批量通信业务、定期通信业务以及实时通信业务 等 ，各类业务在接入频次、接入次数等方面需求差异很大 。 从业务时延需求来说 ，既有对时延敏感，要求极高的自动控制等诉求， 其时延要求需达到 ms 级； 亦有对时延完全不敏感的 ，甚至分钟级都能接受的业务应用。 因此，物联网业务应用的复杂性、多样性对传统蜂窝技术的适应性提出了更多样的要求。 传统蜂窝是往宽带化、 IP 化演进 的， 当
11、前主要技术诉求是往更高速率方向演进的。 尽管其从一开始业务模型的设定主要是为语音业务服务，到后来数据业务服务的适应 往宽带化演进 ，其演进的根本趋势还是以带宽 /速率作为其最重5 要的一项技术指标 。 因此 ，从空口技术来说，其通过更多载波的捆绑、更高阶的调制、更多天线的应用等相关技术，带来更高的速率。从无线空口设计上来说也未考虑对于业务，尤其是物联网业务多样性的考虑。同样地，从核心网角度来说， 尽管一定程度的可针对不同的业务应用构建不同的承载，提供差异化的保障，然而其整体设计上主要还是为了保障实时通信，如话音等业务应用，而非 针对丰富的物联网业务特性而制定的 ， 因此也难以 灵活的适应物联网
12、业务应用 的需要。 2.3 物联网业务成本敏感，蜂窝 网络 需要更灵活的适应 各类行业应用在选择 其 物联网通信技术时，成本是其考虑的一个重要因素。因此， 终端模组成本 极大地左右着物联网业务对于接入技术的选择 。 传统蜂窝技术沿着 2G、 3G、 4G 的宽带化演进， 其极大的提高了网络的频谱效率和资源利用率，给用户带来 了 更高的峰值速率 和 更低的时延体验。 这些性能提升对于速率、流量要求高的物联网应用具有重要的意义， 但是， 类似于 智能抄表等 数据速率、业务时延要求 不高的物联网业务 ， 对 终端模组的成本敏感度极高，因此采用新的蜂窝技术反而带来了 额外的不必要的成本开销和复杂度 （
13、 如 图 4所示 ） 。因此， 尽管 3G 网络已商用多年， 4G 网络也 已 在 全球范围内规模商用，物联网连接中 2G 依然占据较大 比重，超过 70%（ 如 图 3 ） 。 图 3 2G/3G/4G 物联网终端占比分析 0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%4G3G2G6 图 4 几种无线 模组成本对比 资费 成本也是 众多 物联网业务应用 在 技术选择中重点 考虑 的一个重要因素 ，因此 对于物联网业务的运营提出了 更精细化的 诉求 。 尽管物联网业务有一个广阔的规模空间，然而 当前移动蜂窝网络的成本模型难以匹配如此低 ARPU 诉求的物联网业务需要， 增量
14、不增收 将 是运营商 在物联网市场面临 最大的痛点。 因此，对于需要承接如此规模业务应用的移动蜂窝物联网演进来说， 在降低终端成本的基础上， 更 需要考虑网络建设及维护成本 。因此，在能满足业务需要的情况下，不断优化并提升各类资源利用率、降低 能耗比将是努力的方向 。 另一方面，物联网业务的多样性，其对网络的精细化运营提出了更高的要求 ，针对不同行业应用、不同的业务场景需要能够灵活的 适应 ，匹配差异化的业务策略 。 更精细化、更灵活化的业务运营，一方面需要 有满足不同业务应用的接入技术能够提供承载；另一方面则需要 网络资源 能够 灵活部署及适应。 2.4 物联网行业应用碎片化， 平台适应 能
15、力需提升 纯粹管道型运营物联网业务，难以改变运营商增量不增收的局面。物联网业务的使用成本（即连接成本）将是影响物联网业务发展的一个重要因素， 对于大连接业务应用来说，其 ARPU 值的不断降低将是可预期的 ， 如当前针对抄表类应用其连接价格已降低到 20 元 /年 。 多数物 联网业务应用中，用户更关注应用本身，对网络连接质量的敏感度较低，除运营商蜂窝网络外，还有更多提供局域应用的物联网连接服务，管道化的同质化竞争 验证 。 因此，运营商在管道之外，纷纷以平台为抓手，布局物联网 产业 ， 成为 物联网 产业链整合商 。 $0$5$10$15$20$25$30$357 物联网业务与传统电信业务有
16、很大不同，其业务行业属性强，类型复杂多样，应用呈现碎片化发展特性。 当前运营商大部分 物联网平台 核心是以管道服务为基础，提供便捷的 连接管理 能力已适应业务的管理，而缺乏在面向行业应用、用户服务的支持 如数据管理、终端设备管理等 ，其本质服务依然是管道服务能力。 因此，面对复杂多样且不断发展的物联网业务，需要整合资源，加快物联网业务运营管理能力、业务开放能力、基础网络能力的融合，积极拓展平台在垂直行业和水平行业的业务能力，水平服务能力以及垂直行业应用 。 8 第 3章 总体 架构 和 需求 3.1 总体架构 移动蜂窝物联网 是以各类移动蜂窝接入技术 为基础，为各种物联网终端提供安全可靠的数据
17、传输 通道 ， 并面向 各 行业提供 物联网整体应用服务 。 移动蜂窝物联网的整体架构包括了三层： 感知层、网络层、 应用层。 如 图 5 所示，运营商依托 移动蜂窝接入 网络 面向各类物联网终端、传感节点等提供 连接 接入；面向整体物联网行业提供专用接入及业务服务，包括了面向各类行业的连接、数据、分析等服务。 图 5 移动蜂窝物联网总体架构 感知层 感知层 主要是实现对世界的智能感知识别、信息采集处理、自动决策控制 。逻辑实体上包括了大量的传感器、控制部件（比如开关等）、测量部件 （比如电表等） ，以及 与之互联通信部件 ， 其 映射到 物理实体上 则 是由各类终端组成， 如各种 IoT 智
18、能终端、 RFID 读写器、感知终端、传感器节点、接入网关等。 各类部件即可独立完成智能感知，也可与其他部件结合进行感知并将感知的数据 上报给上层业务及应用 。 网络层 网络层提供整个物联网数据传输通道及面向行业应用的业务服务，具体则包括了两大方面：面向感知层的网络接入服务平台；面向行业应用的物联网管理及服务平台。网络接入服务主要依托当前移动蜂窝接入网络，包括9 2G/3G/4G/5G，实现不同速率、时延和可靠性要求的物联网业务数据的汇聚和传输，同时基于物联网专用网元向行业应用提供专网服务。物联网管理服务包括连接服务管理和业务应用服务管理，连接管理服务主要基于物联网支撑管理平台提供 SIM 和
19、设备管理、运营、计费等功能；通过集成支撑管理平台和业务开放平台对行业应用服务提供 API 开放管理和数据管理服务。 应用层 应用层包括各行业应用解决方案和服务端口、应用基础设施 /中间件和各种物联网应用。为物联网业务提供信息处理、计算等通用基础服务、能力及资源调用接口，以此为基础实现物联 网在众多领域的应用。逻辑实体上包括数据存储和处理部件、应用服务部件等。物理实体上包括云端数据服务器、终端应用程序等。应用层直接面向物联网用户，为用户提供丰富的服务功能，用户通过智能终端在应用层定制所需服务，例如查询信息、监控信息、控制信息等。 3.2 整体 需求 3.2.1 应用层 需求 应用层处于物联网总体
20、架构的顶端，构建了物和用户（包括人、组织和其他系统）互相作用的通道。在智能家居、智能交通、智慧城市、智慧能源、环境监测、远程医疗等垂直行业，物联网应用结合具体行业的需求，在应用场景、产业链发展 模式、商业模式等方面不断创新，得到了相对广泛的应用，在大众中的渗透率也逐年提升。尽管如此，物联网应用也仅仅是冰山一角，其市场空间和发展潜力仍然是巨大的。物联网行业应用仍处于概念导入和发展探索期，现阶段形成的需求主要有： 垂直 信息 的开放和协同： 物联网蓬勃发展的推动力不仅仅是海量的物与物之间的连接，而更重要的是这些连接带来的协同与信息共享。然而，尽管目前物联网连接已经达到了上亿的规模，但是由于竖井式、
21、封闭式的物联网应用开发模式，海量的连接碎片式地散布于 各应用 中，难以形成规模发展态势。因此， 随着各产业协作和整合， 应用壁垒将逐步被打破 ，针对特定 垂直行业，信息的协同和开放将 拓展整个行业的整体价值 。 10 通用能力的集成和共享 ： 打破物联网应用竖井式的现状，除了要增强应用 之间的协同和开放 ，还需要 从底层构建不同业务 通用能力 的集成和共享平台 ，包括基础设施、数据处理和分析、规则引擎、业务运营能力等。通过开放 API、 SDK 等方式，从业务支撑的角度 ，提升业务创新的灵活性和敏捷性 。 海量的数据处理和分析能力：物联网的概念其实早在 1999 年就已经提出来了，当时的含义是
22、 M2M（ Machine to Machine），强调的是物与物之间的连接。而现在，物联网已经变成了 IoT（ Internet of Things）。在这个转变的过程中，连接的主体没有发生太大的变化，只是 IoT 中的连接附加了更多的价值和信息。 云计算以及大数据技术的发展，使得这些信息能够在可承受的成本之内产生更多的价值，这也是业界给予物联网如此乐观预测的重要原因。大数据技术通过对海量数据进行处理和分析，赋予物以自动诊断、故障告警、行为模式预测等智能，极大地扩展了物联网应用发展空间。 3.2.2 网络层 需求 移动蜂窝物联网网络层一方面面向传感终端提供网络接入；另一方面面向各行业应用提供
23、业务服务，移动蜂窝物联网在适应物联网终端接入 、 业务应用服务以及自身演进方面 有如下 需求。 适应 多种业务 需求 的接入 支持 ： 移动蜂窝物联网面向不同行业应用提供网络接入服务，各类业务应用对网络接入需求差异较大，移动蜂窝物联网需支持多样接入服务能力 。各类接入需求重点差异要求包括了：带宽、时延、业务密度等， 一方面是对于各类业务的 QoS 保障的差异，另一方面在空口技术上需要满足不同接入支持。移动蜂窝物联网 需支持 下述典型业务应用接入：高带宽需求的业务应用，如视频监控；对带宽、时延不敏感、有着大连接需求的业务应用，如抄表 业务 ；低时延 需求的业务应用，如工业控制 等。 面向行业应用
24、的开放能力支持： 物联网市场的快速发展 造就了 物联网解决方案在数量和种类上的激增 。同时，云计算以及大数据技术的发展和11 成熟推动了 物联网产业的整合和转型。传统的封闭式的、碎片化的物联网应用模型逐渐向统一、标准化的模式演变， 采取标准模式来完成诸如事件处理、 数据存储 和固件更新等常见 的业务服务成为趋势。 为此，提供诸如 QoS、定位 等与网络强相关的通用能力的支持成为未来移动蜂窝需要考虑的问题。 适应未来演进的可扩展性支持： 创新业务应用不断推出，业务需求不断演变，为适应业务发展，移动蜂窝网络的迭代更新越来越迅速 。 当前 相对 封闭的网络架构、 相对固化的设备实现方式逐渐难以适应当
25、前的网络演进需要 。 因此，无论是当前的网络架构、各类设备的实现方案均需要能够适应遵循开放的标准体系，弹性化支持未来网络演进的发展 。 适应未来 差异化运营 能力 的支持： 传统蜂窝网采用“一刀切”的垂直网络架构，非常适合单一服务型用户网络，但运营商很难根据不断变化的用户需求进行调整并满足各种新应用新业务的需求。面向各类业务的网络切片将是未来的建网模式，每个切片基于不同的地理覆盖区域、容量、速度、时延、网络安全性、可靠性、性能等要求生成，把需要互联的各种设备以及相关的应用封闭在网络切片内，满足和匹配各种网络应用场景，促进各种应用创新的快速发展。 3.2.3 感知层 需求 感知层主要包括了各类传
26、感设备及传感网络，其通过各类传感设备，感知信息采集相关数据，并最终将相关数据传送到网络中。数据的传送 即包括了通过传感网络实现局域数据的汇聚后的传输又包括了通过有线、无线等各种手段后的直接传输。感知层是信息采集及信息传送的前端，其具体需求如下： 满足各种接入的互联互通要求：物联网是一个多行业多应用的产业，各类感知终端及其应用场景差异性巨大， 不同行业有着各自不同的认识和要求，形成不同的解决方案， 使得物联网发展呈现“碎片化”特点：一方面传感器种类呈现多样化，如物理传感器，化学传感器，生物传感器等，同一类型传感器也多种多样；另一方面，不同解决方案采取不同接入技术，如 ZigBee、蓝牙、 WiF
27、i、 LoRa、蜂窝通信（ 2、 3、 4G）等，12 随着越来越多的 IoT 设备的部署，会出现同一环境中存在多种通信标准的情况。多标准体系间互不融和，影响了业务之间的互联互通，使得各业务系统成为 物联网信息孤岛。 因此要求感知层各标准体系能够互联互通，实现互操作，形成物联网 “ 云渠道”，最终实现全面感知、高效互联、深度共享。 满足大规模部署的低成本低功耗要求：随着物联网发展，物联网终端部署呈规模化发展，高成本终端使得部署成本大大提升，制约规模化部署的发展步伐，影响物联网推广，限制行业发展。因此要求简化感知层终端协议，降低速率要求，加大元 器件集成度，扩大量产化程度，以实现感知层终端低成本
28、化，促进物联网应用发展。另一方面，高耗能终端需要连接电源或频繁更换电池，使得应用场景受限，部署成本大，因此要求感知层模块协议简化，从而降低功耗，并通过支持休眠模式和省电模式，实现感知层终端低功耗化，适用于广泛的应用场景。 满足简单部署和维护的智能化要求：随着物联网逐步向各行各业推广渗透，物联网终端的部署环境呈现多样性。对于大规模部署的应用场景，人工部署和维护的人力成本过高，不利于应用推广。另一方面，某些行业应用要求感知层终端部署在人不易到达的环境（如山区、森 林），无法进行人工部署和维护。因此要求物联网感知层终端实现智能化，通过自配置功能进行部署，信息采集模块具备 自校零、自标定、自校正、自动
29、补偿、 自校验功能 ，实现自动数据采集，并自动进行数据处理和传输 ，且具有自诊断和自动修复功能，以实现无需人力参与的智能化部署和维护。 13 第 4章 技术 要求 4.1 网络 技术 要求 4.1.1 网络架构 (1)基于 APN 分离的 专网 架构 如 图 6 所 示 ， 多种业务接入网络，通过 APN 分离的方式，将人的通信与物联网通信进行分割。不同类型的业务数据通过基站进入核心网网元，在经过 MME和 SGW 后， PGW 根据 APN 进行不同业务的分离。通过 APN 分离的方式，可以在初期满足快速业务开通，应对多种业务应用需求；此外， APN 分离的方式建设周期短，便于快速部署。 图
30、 6 基于 APN 分离的专网架构 (2)完全分离的独立专网架构 如 图 7 所示 ， 物联网核心网走向整体专网架构， EPC 与人网完全独立。 不同类型的业务在 EPC 端进行分离，经过不同的 MME、 SGW、 PGW 等核心网网元，针对不同应用提供差异化的网络服务，满足不同业务的需求。 M M ES G WI o T 终 端 1I o T 终 端 2人 网 终 端P G WA P NA P N H S SP G WH S S移 动 通 信 网物 联 网 专 网14 M M ES G WP G WE P C人 网 终 端I o T 终 端 1I o T 终 端 2H S SH S S移 动
31、 通 信 网物 联 网 专 网M M ES G WE P C P G W图 7 完全分离的独立专网架构 (3)未来融合各种业务的混合组网架构 如 图 8 所示， 面向各类业务的网络切片将是未来的建网模式，每个切片基于不同的地理覆盖区域、容量、速度、时延、网络安全性、可靠性、性能等要求生成，把需要互联的各种设备以及相关的应用封闭在网络切片内，满足和匹配各种网络应用场景，促进各种应用创新的快速发展。 人 网 终 端I o T 终 端 1I o T 终 端 2. . .vEPC MBBvMMEvS G WvPG W计算 存储 网络vEPC 切片 1 “车联网”vEPC 切片 2 “智能电表”vEPC
32、 切片 3 “工业服务”vEPC 切片 n . . .各 类 服 务图 8 融合各种业务的混合组网架构 4.1.2 无线技术要求 (1)频率要求 当前联通的物联网业务是承载在移动蜂窝网络上的，因此物联网业务的发展是以联通现有频率资源为基础的。随着物联网技术的发展与演进，其频率资源的使用总体上要与移动蜂窝网络的频率演进规划保持一致。针对联通物联网15 频率的相关要求具体如下： 传统的 2G/3G/4G 物联网频率与当前网络一致。由于新的物联网技术NB-IoT 与 LTE-MTC 等产业链发展 还不成熟，当前联通的物联网业务均基于传统的 2G/3G/4G 蜂窝网络；并且在未来一段时间内，仍会有部分
33、物联网业务承载在传统蜂窝网络，因此基于传统蜂窝网络的物联网，其使用频率需要与当前网络保持一致。 未来 NB-IoT/LTE-MTC等基于 LTE演进的物联网技术的频率部署总体跟随 LTE 频谱。 NB-IoT 与 LTE-MTC 主要为了满足低功率广覆盖的业务。由于低频段在无线覆盖质量的优势，因此，这两种网络优先考虑部署在低频段。基于中国联通的频谱资源现状，在考虑部署 NB-IoT 和LTE-MTC 等基于 LTE 演进的物联网技术时 需跟进 LTE 的频谱使用情况。目前中国联通考虑用于部署 NB-IoT 和 LTE-MTC 的频段为 900MHz、1.8GHz；随着联通的 2G， 3G 频谱
34、资源的重耕，未来可用于部署物联网的 LTE 频段可以拓展到 900MHz 到 2.1GMHz 频段。 未来基于 5G 的物联网频率 可进一步拓展到其他频段 。 5G 的大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术能成倍提升多用户系统的频谱效率，从而满足低时延高速率的物联网业务需求。目前 5G还在研究候选频段，特别是 5G 低频段需求还未明确的前提下，未来 5G物联网部署低频段也有可能选择高于 2GHz 频段，这对无线网络覆盖质量和覆盖范围都提出较高的要求。针对未来基于 5G 的物联网，其频率部署需要跟随国家频谱资源管理机构的政策 (2) 设备要求 针对未来不同物联网接入技术混合组网的
35、情形以及物联网设备部署成本的考虑，物联网设备需要满足多频多模、硬件资源共享、射频指标和设备虚拟化等要求。 多频多模设备功能要求：考虑到未来 GSM、 UMTS、 LTE 网络需要与不同的物联网接入技术 NB-IoT、 LTE-MTC 等混合组网的场景，需要设备满足对多频多模功能的支持。一方面，多模多频设备能满足多种接入技术的共站部署 ，减少站址选择和设备部署成本；另一方面，多模多频设备能16 实现网络的灵活规划部署。 硬件共享性要求：在已有网络硬件的基础上进行升级以支持物联网业务的接入，能够充分利用现有网络的硬件资源，减少硬件设备的部署成本。因此，设备需要满足硬件共享性的要求，从而在进行物联网
36、技术部署时不需要更换多模 RRU 设备而直接进行 RRU 软件升级即可。 射频指标要求：多种网络混合部署会带来系统间干扰，因此在射频指标上需要满足物联网技术与传统蜂窝网络技术的共存。 设备虚拟化要求：物联网接入技术的引入会增加用于建设、运营、升级无线接入网的支出 。通过设备虚拟化技术可减少基站机房数量、降低能耗、实现资源共享和动态调度，提高频谱效率，以达到低成本，高带宽和灵活度的运营。 (3) 功能技术要求 物联网相比传统蜂窝网，在连接能力、传输能力以及业务多样性上对网络侧提出了新的要求，同时为了保证传统蜂窝网与物联网的长期共存，需要符合无线技术的平滑演进。具体功能技术要求如下： 连接能力的需
37、求：海量的设备连接是物联网的发展趋势之一，尤其在面向智慧城市、环境监控等应用场景，终端呈现分布广、数量多的特点。为了满足巨量连接的数据传输要求，要求网络具备超千亿连接的支持能力。一方面，通过新型多址技术实现多用户信息的叠加传输从而提高系统的设备接入能力；另一方面，通过利用碎片频谱实现对小数据包的设备接入支持。 传输能力的需求：海量的数据也给物联网的传输能力带来了不小的挑战，特别在面向车联网、工业控制等应用场景时，系统对传输时延和传输可靠性有较高要求。为了降低空口传输时延，需要优化信令流程，减少信令交互和数据中转；为了保障传输可靠性，需要采用更先进的调制编码技术和重传机制。 多种业务类型支持的需
38、求：物联网的不同行业应用对网络的接入能力、传输能力需求差异较大，网络需要提供对各种类型业务的支持能力。一方面，需要为不同类型的业务接入提供对应的网络接口；另一方面，需17 要为各类型业务提供差异化的 QoS 保障。 无线技术平滑演进的需求：随着物联网技术与无线技术的发展，无线技术的平滑演进能够在网络过渡期保证运营商的网络资源优势，减少网络的建设成本。具体需求包括：在不增加或少量新增硬件设备的前提下，尽可能的利用现有硬件 平台资源，采用软件升级的方式 ，支持无线网络服务能力；物联网业务由于长期存在，新业务能力必须要支持原有业务的兼容性，从而保持运营商提供物联网业务的服务能力和盈利能力。 4.1.
39、3 核心网 技术要求 基于物联网业务发展及典型特征，核心网应能够有相应业务特点处理能力，适应物联网络提出的新需求。核心网将从物联网接入优化、虚拟化演进、 网络切片三个方面提出技术要求。 (1) 物联网接入优化要求 为适应各类物联网接入业务需求，特别是大连接接入、低成本等需要，核心网从数据 传输优化、低功耗低成本终端适应 、拥塞 控制 等方面提出了技术要求。 数据传输优化 物联网数据传输优化主要包括控制面、 用户面 、 Non-IP 数据传输优化三个方面： -控制面数据传输方案针对小数据传输进行优化，支持将 IP 数据包、非IP 数据包或 SMS 封装到 NAS 协议数据单元中传输，无需建立 R
40、AN 侧的无线承载和 S1-U 承载，省去了 相关 信令交互开销。 -用户面传输优化主要是在无线资源控制层引入新的状态 RRC-Suspend，核心网在终端进入 RRC-Suspend状态后仅释放 eNodeB地址和 TEID而保留 UE 上下文，后续可快速恢复承载实现数据传输。 -Non-IP 传输优化主要是指终端发 送的数据包中不再携带 UDP/IP 头，减少终端在空口传输的数据量。 低成本 、 低功耗终端适应 终端低成本涉及的因素较多，与核心网密切相关的主要就体现在信令裁剪18 和网络功能裁剪： -针对物联网应用特性， 核心网可对不必要的 CSFB、 SRVCC 等功能进行裁剪，以降低终
41、端协议 栈对存储空间的要求，减少终端成本。 在终端低功耗适应方面，主要在工作状态下省电和空闲状态下省电两方面体现： -工作状态下省电主要在数据传输方面做优化和技术变更，以达到节省信令开销、终端省电的目的；空闲状态下省电包括引入 PSM 状态、 eDRX、长周期 RAU/TAU 定时器等省电特性。 拥塞控制 物联网业务的大连接特性会导致网络拥塞，如节点自身负荷高、节点故障导致网络处理能力降低、突发流量等，要求核心网具备拥塞控制能力： -核心网可以基于 APN、用户组等维度进行差异化的信令拥塞控制；也可以为物联网终端划分优先级，在网络拥塞时对低优先级的终端实施严格的准入控制。 (2)虚拟化演进 要
42、求 核心网向基于云化的 NFV 虚拟化架构演进已经成为业界发展趋势。采用共平台的云化架构，集中部署 VNF 网元，可以实现网络资源动态伸缩，统一调度，业务的自动发放，实现网络平滑升级与扩容，最大 利用硬件资源，降低投资成本。另外在后续的网络切片模式中，需要能够根据不同的业务需求进行不同的业务进行快速部署和灵活调度，甚至是跨运营商的集成，都需要核心网具备云化的架构。 (3)网络切片 要求 网络切片能够很好地适应物联网业务的多样化需求。通过 建立不同的网络切片来满足不同类型的业务需求，可以在投资和多样化物联网业务之间取得平衡。 满足 物联网应用 要求的网络切片需具备以下关键技术能力： 面向业务需求
43、的网络切片配置： 物联网 业务的多样化特征落实到网络要求时会产生分化。因此，需提供灵活、多样的网络切片配置模型，以适应不同业务需求。 19 网络切片的灵活可扩展和精细化配置：面向物联网应用的网络切片 需根据业务需求弹性可扩展，同时应提供端到端的 QoS 和可靠性配置要求。使用 NFV 技术实现网络切片， 使得网络功能 摆脱 了 对底层基础物理资源的依赖， 网络的灵活性得到了极大提升，是实现网络切片灵活扩展和配置的有效手段。 网络切片的运营和管理： 在切片管理层面，需要实现网络切片的生命周期管理，切片的自动化运维和切片的多租户管理。 同时，在不同切片之间需要实现安全隔离机制。 4.2 终端 通信
44、模组 技术要求 物联网终端种类繁多，面向不同行业应用需求不同，信息采集设备也各不相同，终端差异化明显。而运营商的优势和重点发展方向在于移动蜂窝网络接入技术，因此本白皮书主要针对基于移动蜂窝网络的通信模组技术要求进行讨论。 4.2.1 适应差异化业务的定制化要求 各 垂直应用 领域 对物联网 通信 模组的需求 各不相同 ： 一方面不同行业应用业务特征不同，对通信模组功能要求不同， 如智能水 表 应用 场景， 数据传输功能即能满足应用需求，且 对 速率要求不高， bps量级的接入速率亦能满足需要 ；而 车联网 应用场景， 速率需求在 Mbps以上， 且通常 要求模组具备定位、 语音 通话 等 功能
45、 。另一方面，不同行业应用对成本敏感度和功耗要求不同，如智能停车等应用场景需要大规模部署，通过电池供电，因此对成本十分敏感，且要求超低功耗；而车联网模组则对成本和功耗不十分敏感。再者，面向不同行业应用的通信模组工作环境不同，因此性能要求不同，如用于 POS机等场景的消费级模组工作在正常环境，对环境稳定性和机械稳定性要求一般；用于工业监控等场景的工业级模组可能工作于高温或低温环境，要求通信模组能够满足较高的工作温度范围和静电指标；而车规 级模组装载在汽车上，对环境稳定性和机械稳定性要求最高，通常要求生产过程满足 TS16949认证，各元器件满足 AEC-Q100标准。 因此要求 根据不同应用场景
46、的差异化需求，进行模组定制化 。 模组 定制化 过程要求 面向 不同应用场景的功能、性能、功耗、成本等需求， 对 硬件 和 软件功能进行定制化设计，20 包括芯片平台、 处理器 、 PCB板、 硬件 接口 、 射频前端器件 、封装 方式、 网络协议 等各方面，以满足 各 应用 场景 的差异化需求。 4.2.2 适应主流网络发展 的 频段 要求 随着 诸如 抄表 类、监测类 等 低成本低功耗物联网应用需求增长 ， NB-IoT发展迅猛 ， 国内运营商均已提出商用计划。 低频段穿透损耗和路径损耗相对高频小，在无线覆盖质量方面有先天优势， 能够更好的满足深度覆盖需求， 因此， 主流运营商均 优先考虑
47、低频段 部署 NB-IoT网络 （ 800、 900MHz）。另一方面，伴随无线技术演进和物联网技术发展，无线技术方案的平滑演进要求凸显出来，即在不增加或少量新增硬件设备的前提下，尽可能的利用现有硬件平台资源，采用软件升级支持的方式，升级无线网络服务能力，中国联通现有 LTE网络大规模部署在1800MHz频段，只需要设备软件升级即可支持 NB-IoT网络。综上，要求 NB-IoT通信模组同支持 900MHz和 1800MHz频段。 4.2.3 适应广泛部署的低成本要求 低成本是推动物联网发展的重要助力，成本越低，连接越容易推广，方能真正实现万物互联。因此要求通信模组低成本：对于数据速率要求不高
48、的业务，避免 “ 大马拉小车 ” ，采取窄带接入技术，通过简化业务功能、降低基带复杂度、简化协议栈、选用半双工单天线降低射频成本、降低 FLASH和 RAM容量要求等方面，降低通信模组成本；另一方面，对于没有特殊性能要求的通信模组，在满足性能的前提下，尽可能加大芯片集成度， 推进芯片向系统单芯片 SoC方向发展，用宽带单 PA代替多 PA， 将基带单元、射频单元、电源管理单元、 MCU、 PA、滤波器集成，从而降低通信模组成本；与此同时，积极推动物联网产业链发展，提升物联网连接数，通过物联网通信模组的产量提升来实现成本的降低。 4.2.4 适应灵活应用的标准尺寸接口要求 目前物联网通信模组尺寸
49、大小不一，终端开发需要与模组进行对接调试，如果更换模组，则需要重新与模组对接，且受限于尺寸，更换模组可选择性较小，且重复开发工作量大，综上，通信模组的尺寸大小不一使得终端开发难度较大、21 开发门槛高、开发成本大。因此要求通信模组的尺寸标准化，提供标准化的硬件接口 ，引脚位置功能标准化，且支持 PintoPin向下兼容，使得每款通信模组适用于更广泛的应用场景，同时降低终端开发门槛，减少开发成本，最终带来终端成本的降低。 4.3 平台功能及技术 要求 物联网平台是物联网产业链中承上启下的 枢纽，向下接入分散的物联网传感层，汇集传感数据，向上面向应用服务提供商提供应用开发的基础性平台和统一的数据接口。 物联网平台 打破了传统的物联网行业应用和终端设备的紧耦合关系，以松耦合的方式连通了 底层设备 、 应用开发者 、第三方业务能力、企业 IT系统能力 (CRM、 ERP等 )，是物联网端到端解决方案的核心。 本节将从功能和技术两个方面梳理平台的要求。 为响应物联网业务的灵活管理、快速开发、通用能力支撑等要求，物联网平台需要具备相应的功能模块 ，相互之间的关系如 图 9所示。 图 9 物联网平台功能
