一文读懂NB-IoT的现状、挑战和前景

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如今，“万物互联”的时代帷幕已被物联网悄然拉开。

　　“万物互联”时代，首先要解决“物”与“网”的连接问题，所以“连接技术”决定了物联网发展的走向。为满足物联网设备的连接需求，LPWAN(Low Power Wide Area Network，低功耗广域网)应运而生。LPWAN 专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。

　　物联网连接技术的世界从来没有霸主一统江湖。

　　以LoRa为代表的非授权频段物联网和以NB-IoT为代表的授权频段物联网，各自攻城略地。

　　笔者在上一篇文章《物联网中的LoRa，到底是个什么鬼？》中对LoRa技术进行了先容，本篇文章就来了解一下NB-IoT的相关情况。

　　NB-IoT知多少？

　　NB-IoT是指窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)技术，是一种低功耗广域(LPWA)网络技术标准，基于蜂窝技术，用于连接使用无线蜂窝网络的各种智能传感器和设备，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。

　　NB-IoT技术可以理解为是LTE技术的“简化版”，NB-IoT网络是基于现有LTE网络进行改造得来的。

　　LTE网络为“人”服务，为手机服务，为消费互联网服务；而NB-IoT网络为“物”服务，为物联网终端服务，为产业互联网(物联网)服务。

　　NB-IoT使用License频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，与现有网络共存，以降低部署成本、实现平滑升级。

　　NB-IoT的特点

　　低功耗

　　低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

　　低成本

　　NB-IoT是基于LTE网络的技术，所以在现网LTE网络的基础上进行改造，就可以很快组网，很快扩大覆盖。目前各大运营商仍在大力推动LTE网络建设，也有利于NB-IoT的覆盖改善。

　　强连接

　　在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支撑10万个连接，支撑低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。在一个不太大的空间，放置更多设备而互相又不会有干扰，NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

　　广覆盖

　　NB-IoT室内覆盖能力强，比LTE提升20dB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

　　NB-IoT发展历程和现状

　　在过去这几年，NB-IoT是当之无愧的行业网红，备受追捧。三大运营商拼命推动它的商用落地，政府出台了各项文件政策给它铺路，设备商们更是不遗余力地进行宣传造势。

　　来回顾一下NB-IoT的发展历程：2013年，业内相关厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展，起名为LTE-M；2014年由沃达丰、中国移动、Orange、意大利电信、HUAWEI、诺基亚等企业支撑的LTE-M在3GPP GERAN工作组立项，被重新命名为Cellular IoT；2015年，HUAWEI和高通共同宣布了NB-CIoT方案；同年8月，爱立信联合几家企业提出了NB-LTE概念；2015年9月，NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合，NB-IoT正式诞生。

　　NB-IoT从2015年9月3GPP在RAN全会达成一致以后，得到全球大多数的运营商、通讯设备厂商、芯片厂商、终端厂商的支撑和响应，这标志着世界范围的物联网通信标准已经产生，并将为整个产业链带来巨大商机。

　　业内人士认为，2016年是NB-IoT商用元年。如同过去十几年移动互联网渴望4G时代的到来一样，如今的物联网也无比渴望着一个深度覆盖强大的NB-IoT蜂窝物联网基础网。事实上，2016年6月才首次完成标准化工作的NB-IoT到现在仅仅三年多的时间，飞速发展的NB-IoT就走完了2G窄带物联网用了很多年才走完的路。

　　政策方面，在2017年6月，工信部发布了《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》，通知要求：一是加强NB-IoT标准与技术研究，打造完整产业体系；二是推广NB-IoT在细分领域的应用，逐步形成规模应用体系；三是优化NB-IoT应用政策环境，创造良好可持续发展条件。

　　为了配合产业转型升级，引爆新的经济增长点，运营商以NB-IoT物联网为突破口，开启一次次大规模的NB-IoT模块招标来加速NB-IoT应用和产业发展。然而，此举催生了一场模块厂商在价格方面的激烈竞争，短短几年间，模块价格从70元人民币下降到20元，NB-IoT芯片价格从5美金杀到2个美金以下，市场情形惨烈。

　　从市场数据来看，2017年HUAWEI海思推出Boudica120国内第一颗NB-IoT芯片至今，累积出货2000万颗，而其他国内NB-IoT芯片厂家总出货量不超过1000万颗。

　　从发展现状来看，截至今年5月底，全球已有84张NB-IoT网络商用(GSMA)，全球模组种类已超过100种，成为全球应用最广的物联网技术之一。国内NB-IoT用户数已经达到3000万。同时，国内的消费级物联网硬件销售额预计在2022年超过3000亿美金，年复合增长率超过20%。

　　NB-IoT市场仍然格局未定，产业链上下游厂商都想抓住这个市场机会，分得NB-IoT市场一杯羹。

　　NB-IoT的挑战和前景

　　据GSMA最新发布数据，2018年全球蜂窝物联网连接数大部分来自现有的2G/3G/4G，物联网连接总数达7.6亿个，NB-IoT物联网连接数不到10%。

　　可以看到，NB-IoT目前的市场份额相对较少，究其原因，大概如下：

　　功耗问题

　　NB-IoT的主要优势之一是低功耗。当前的物联网产品上，大家普遍还是用2G模块，NB-IoT的功耗比2G略好一点，但在中等频率和高频率实时使用中并没有绝对优势，两者功耗没有明显差别，NB-IoT深度待机(PSM模式)的功耗和2G掉电模式差不多。以目前NB-IoT模块的功耗，电池待机时间根本无法支撑长达10年，因此很多新的应用也起不来；

　　网络覆盖问题

　　另一方面，NB-IoT网络相对2G/3G/4G网络，覆盖面和覆盖质量还是非常有限，目前还存在问题，这也导致了用户缺乏对它的信心；

　　商用盈利问题

　　即使运营商开启高频服务功能，每年NB-IoT资费可以提升到35-40元，虽然提升了物联网业务的ARPU值(每用户平均收入)，但对于运营商的直接收入贡献还非常有限。相比三大运营商的年营收体量，NB-IoT资费收益依然不值一提；

　　信息安全风险

　　物联网会让大家的生活变得便利和美好，但信息安全是提前。NB-IoT的发展让应用更加智能化的同时，也带来了信息安全风险，必须重视物联网中应用层到各端点的安全体系建立。NB-IoT信息安全体系的建立，需要整个生态系统中的所有参与者从网络设备、终端数据采集模块、数据传输和系统方案来一起解决和建立。NB-IoT信息安全体系的建立也需要时间和过程。

　　推广问题

　　在非技术层面，作为NB-IoT在行业落地的主要推动者，运营商在政企用户市场经营和方案落地推广上的表现都不尽人意。 另外，NB-IoT产业链相关部门，在推动NB-IoT技术落地时，心态过于浮躁，看重形式主义，也是原因所在。

　　总之，性能指标夸大、网络覆盖不佳、商业模式存在问题、心态浮躁等，是NB-IoT市场扩展受阻的主要原因。

　　为了进一步推动NB-IoT的发展进程，国内运营商都在大力部署NB-IoT基站，2019年，我国预计将建成90万个NB-IoT基站、到2020年将建成超过150万个NB-IoT基站、到2025年NB-IoT基站规模将达到300万。

　　目前，中国移动在全国已经建成NB-IoT基站超过20万，覆盖346个城市。根据中国移动预测，2019年底，中国运营商蜂窝物联网连接超过11亿，其中，中国移动蜂窝连接超过7.8亿。据悉，2018年中国移动物联网终端补贴成本投入20亿元，其中，10亿是专门给NB-IoT，最高补贴率可以到达80%，还推出了20元和40元两档NB-IoT套餐，希翼满足不同的行业客户对网络的需求。

　　中国电信早在2018年就已建成了全球最大的NB-IoT网络，建成NB-IoT基站超过40余万个，实现城乡全覆盖，承载1亿物联网连接。在资费方面，中国电信2018年6月20日发布了NB-IoT业务套餐，该资费套餐是按照“连接次数”计费，套餐内规定一定的连接数，超出套餐外的连接次数部分另行收费。

　　中国联通在去年中旬就宣布已经完成了30万个NB-IoT基站升级工作，已经在全国数十个城市开通NB-IoT试商用，全国已经有300多个城市具备快速接入物联网的能力。

　　此外，国外众多运营商也纷纷支撑NB-IoT，Vodafone、德国电信、软银等几十家运营商均已经部署了NB-IoT商用网络，美国T-Mobile也已经宣布商用了NB-IoT，全球运营商的创新先锋AT&T和Verizon，也积极进行NB-IoT的商用试点。

　　多维度下的NB-IoT

　　网络规模方面：数据显示，NB-IoT全球商用网络数已超90张，用户数实现三年三级跳：从2017年的300万到2018年的3000万，今年上半年已超过5000万用户，在智能水表、智能气表、电动车跟踪、智能烟感等行业应用预计将在一两年内出现千万级连接，并且有望将很快达到十亿级别规模。在国内，三大运营商对于NB-IoT的热情持续高涨，如在基站建设方面，业界预计2019年我国将建成90万个NB-IoT基站；

　　凭借广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点，NB-IoT已经成为蜂窝物联网领域的主流技术。根据市场研究机构Counterpoint IoT的最新研究数据显示，全球物联网蜂窝连接数将在2025年突破50亿大关，其中NB-IoT的贡献比将接近一半。

　　产业链规模方面：伴随NB-IoT海量连接需求的出现，对于NB-IoT模组以及NB-IoT芯片都带来了强烈需求。例如芯片侧，NB-IoT等物联网SoC(即将MCU和调制解调器/基带实现集成)正在推动掀起下一波物联网浪潮，包括海思、高通、联发科、移芯等在内的芯片企业都在角逐NB-IoT SoC芯片市场，目前已有十几家NB-IoT芯片厂家，上百个型号的模组，1500多个产业伙伴，以及公共事业、医疗健康、智慧城市、消费者、农业环境、物流仓储、智能楼宇、制造行业等十余个行业标准逐渐落地，NB-IoT已经完全具备替代2G/3G窄带物联网技术的能力；

　　模组价格方面：NB-IoT价格已经逼近2G模组，随着芯片出货量的增加以及生态的成熟，NB-IoT模组售价有望继续降低；

　　标准方面：早在3GPP R13协议中，NB-IoT核心标准就已冻结；R15协议更是支撑NR与NB-IoT的共存部署方案，从而确保了5G部署后存量的NB-IoT终端业务不受影响；在R16协议中，NB-IoT仍然将是LPWA的主要应用技术，更是明确支撑NB-IoT接入5G新核心网，确保NB-IoT在5G时代技术发展的连续性；在即将于2019年年底启动立项的R17协议中，爱立信、高通等企业明确提出R17 LPWA基于NB-IoT继续演进。

　　NB-IoT模块厂商

　　从NB-IoT技术诞生可以看出，NB-IoT技术一直被行业大佬所支撑，目前国内NB-IoT模块厂商都有哪些？

　　NB-IoT芯片厂商：

　　国内：HUAWEI海思、紫光展锐、联发科、中兴微电子、上海移芯、创新维度、芯翼信息、松果电子、智联安、ASR、汇顶科技等；

　　国外：高通、SAMSUNG、Altair、思宽、Nordic、GCT、Riot Micro、CEVA等。

　　NB-IoT射频前端芯片厂商：

　　国内：紫光展锐、汉天下、慧智微、飞骧科技、三伍微等；

　　国外：Skyworks，Qorvo。

　　结语

　　今年随着5G牌照的发放，正式进入5G元年，5G具有Gbps以上超高带宽、毫秒级超低时延、以及高可靠等优势，除了商用初期应用于eMBB增强型移动宽带以外，充分利用5G蜂窝网络，还将带动超宽带、低时延物联网的发展，助推行业数字化转型。

　　那么在大带宽的5G时代，NB-IoT下一步的演进将何去何从？

　　事实上，对于NB-IoT的未来走向，3GPP早已指明了方向：NB-IoT将继续服务于5GLPWA用例，我国向国际电信联盟提交的5G候选技术方案将NB-IoT作为重点之一，也与3GPP等国际标准化组织的技术演进路线保持一致。

　　对于NB-IoT的未来走向，可以预见NB-IoT还会与现有网络共存共生。基于4G的NB-IoT和基于5G的NB-IoT将会是长期共存，两者不是竞争和替代关系，而是相辅相成。同时5G指明了4G的未来演进路线，从而给予了垂直行业采用可持续演进和升级的3GPP技术的信心，能够满足行业市场深化部署和优化性能的未来发展需求。

　　当产业走到万物互联的5G时代，NB-IoT也将迎来了新的发展机遇。