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低功耗广域物联网技术路线之争

  作为万物互联、智慧城市等未来城市概念的关键基础技术-低功耗广域物联网技术(LPWAN)近年不断刷屏,它作为一种覆盖广、成本低、部署简单、支持大连接的物联网网络接入技术,将能满足百亿级的终端设备接入需求,正在颠覆性地改变人们的日常生活。本期我们走进了解一下低功耗广域物联网新技术商业化过程中不同技术路线之争。

  低功耗广域物联网技术最早于2012年在欧美兴起,历经几年快速发展,在全球范围内已形成多个技术阵营,包括NB-IoT(Narrow Band-Internet of Things, 窄带物联网)、LoRa (超远距离广域网)、Sigfox等。从实现方式和使用频段不同可以分为两大阵营,一个是以NB-IoT技术标准为代表的蜂窝物联网技术阵营,使用授权频段,如NB-IoT、LTE-M (又称 eMTC)、GSM、CDMA、LTE等蜂窝通信技术, 这类技术基本都在3GPP或3GPP2等国际标准组织成立工作组起草和推进技术标准和演进(不懂的请问度娘);另一个则是以LoRa、Sigfox等窄带技术为代表的非授权频段技术阵营,如LoRa、Sigfox、Weightless等,这类技术大多是由各个技术发起方进行标准起草、发布和演进。

  目前,低功耗广域物联网技术正处于新兴技术商业化前期,两大技术阵营都在研发技术、制定标准和抢占市场,力图将来成为市场应用主流。本文主要分析两类重点技术路线——NB-IoT与LoRa之争。

  1.NB-IoT与LoRa技术对比

  NB-IoT是一种基于现有授权频谱移动蜂窝网络的无线技术,它可通过对现有蜂窝设备升级即可实现,直接二级组网;而LoRa采用网关和网络服务器,再通过以太网(Ethernet)或现有无线通信技术(2G/3G/4G)建立通信网络,采用传统物联网的三级组网。两者的技术对比如表1所示。

  可以看到NB-IoT技术是由全球主流运营商、芯片/设备商等互相激烈博弈妥协达成的国际标准,由于只需要在现有运营商LTE网络设备升级就能运行,布网成本低,因此全球大部分主流运营商都明确表态将会支持NB-IoT网络运营。而LoRa在网络数据传输上可以直接利用现有网络,但需增加布设LoRa基站(或称网关)和公共服务器,建成独立网络,因此运营商并不太积极部署。

  表1 NB-IoT与LoRa技术参数对比

  2.低功耗广域物联网产业生态对比

  从整个物联网产业生态的纵向产业链和横向技术标准两个维度多环节进行对比分析。对于低功耗广域物联网技术,从纵向来看,目前已形成从“底层芯片-模组-终端-通讯设备-运营商-平台-应用”的完整产业链;从横向来看,产业链每一环节都有NB-IoT、LoRa、Sigfox、Weightless等不同技术标准的厂商存在。以下从NB-IoT和LoRa产业链不同层面对比分析:

  底层芯片领域:当前华为海思、高通、联发科、中兴微电子、大唐、紫光展锐、英特尔等芯片厂商都有NB-IoT芯片的研发产品或者研发计划、实施步骤,其中2017年底华为海思已实现量产出货1000万颗。总体而言,NB-IoT芯片领域上,原有设计生产LTE芯片能力的厂商均可参与,没法形成行业排名前2-3家垄断大部分市场,不过由于这一领域的厂商总数量并不多,因此也不会形成大量市场参与者,市场集中度会保持在50%以下。而在LoRa阵营中,目前射频芯片供应集中在Semtech一家厂商,占据绝大多数市场份额,从而形成大于80%的市场集中度。

  模组环节:由于具备渠道、技术、规模的优势,很多NB-IoT模组的出货量掌握在原来拥有2G/3G/4G模组产品线的厂商手中,这一群数量相对较多,故也无法形成较高的市场集中度,比如华为海思在2017年底即已与20多家模组厂商建立合作关系。在LoRa模组群体中,原有厂商多为中小企业,在LoRa应用越来越多的情况下,还有不少厂商入局,使得整个市场形成相对充分竞争状态,市场集中度较低。

  终端环节:由于低功耗广域网络通信技术是大量行业、消费终端所需要的,而终端的种类多种多样,无法形成少数企业拥有大规模终端的市场,因此终端市场极为分散,市场集中度较低。

  通讯设备和平台环节:由于华为、爱立信、中兴、诺基亚等通讯设备厂商是NB-IoT标准的核心参与者和推动者,在蜂窝通信市场上,这些主流设备厂商占据绝大多数市场份额,在NB-IoT的规模商用化中,也不可避免占据绝大多数份额,可以说在这一环节的市场集中度较高,可能达到80%以上。而对于LoRa来说,一开始就有大量中小企业参与LoRa基站设备和管理平台的研发和生产,目前具备整体方案提供能力的厂商很多,因此并不能形成高市场集中度,而在国内中兴通讯发起的中国LoRa应用联盟(CLAA)推出的共享模式或在一定程度提升设备和平台的集中度,但仍然不会达到NB-IoT在这一环节的高集中度。

  运营商环节:主流运营商非常明确会部署并运营NB-IoT网络,2017年底全球已有45张NB-IoT网络在商用或测试中,全球运营商共部署了50万个NB-IoT基站;在中国,NB-IoT网络运营仍将集中在三大运营商手里,所以这一领域的市场集中度为100%。而对于LoRa网络运营来说,由于要满足各类政企行业用户多样化的需求,将来可能会出现多种形式的运营商,包括CLAA的跨地域云网络运营商、行业级网络运营商、企业私网运营商等,因此市场集中度非常低。

  市场应用环节:不论是NB-IoT还是LoRa网络,均要面对成千上万多样化的应用需求,这些物联网应用没法形成如传统通信时代数亿级同质化应用业务,而是碎片化特点突出,即使在同一行业中也有千差万别的需求,因此应用环节不会形成高度的市场集中态势。

  总结来看,非常明显的是,NB-IoT产业链上有多个环节具有高度市场集中度,可以看出这一领域更多是巨头主导;而LoRa产业链上除了芯片环节形成垄断性市场集中度外,其他环节皆是大量参与者的形态。

  3.低功耗广域物联网技术商业化面临问题及应对措施

  低功耗广域物联网通信新技术商业化的关键在于市场应用的规模化推广,目前不论是NB-IoT还是LoRa网络,均要面对成千上万多样化的应用需求。这些物联网的应用没法形成如传统通信时代数亿级同质化应用业务,而是碎片化特点突出,即使同一行业中也有千差万别的需求,比如,车联网业务对网络和终端/模组的需求是时延敏感、传输高可靠性;而抄表业务,则对网络和终端/模组的需求是时延不敏感、低功耗、低成本等,因此应用环节难以形成高度的市场集中态势。这些导致现在低功耗广域物联网有多种应用通信新技术商业化应用难度大、成效远不如预期。

  总体而言,基于对NB-IoT为授权频道工作、3GPP国际统一标准、主流设备商主导、安全可控等因素的考量,大多数国家的政府和运营商偏向于推行NB-IoT,使其成为物联网标准。LoRa由于设备商难以主导、非标准化、非授权频段串扰等因素,鲜少政府明文推行;但其具有的布网灵活、易建企业内网等优势,其发展主要靠市场需求推动。

  市场应用方面:据市场调查分析,对于NB-IoT或LoRa技术大多适用于八大垂直行业,分别是公共事业、智慧城市、消费电子、设备管理、智能建筑、智慧物流、农业与环境、其它应用。针对物联网碎片化的特性和需要与行业结合的特点,低功耗广域物联网通信新技术的芯片模组/设备提供商、网络运营商既需要走进垂直行业,加强与各垂直行业合作;又必须把握好进入的深度和力度,以平衡成本支出与收益。具体措施表现为:积极加入垂直产业联盟、标准化组织,对垂直行业做科学分析、研究行业特点和市场规模,找准具体,朝着做深、做细的方向做好布局,同时识别出行业领军企业,建立强强合作关系。

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