【视角】NB-IoT会走向末路?NB-IoT将永生?

物联网智库2018-01-28 20:14:11


作者:Nick Hunn(WiFore公司CTO

物联网智库 编译

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短期来看,NB-IoT两种路径的争斗,加上其他低功耗广域网络技术的搅局,会让NB-IoT走向末路;长期来看,NB-IoT将会得到永生。




编者注:今天推送一篇WiFore CTO的一篇文章,其中一些观点堪称犀利,不同意见可以留言讨论。


正如一个古老格言所说:“当猫离开的时候,老鼠统治世界”,这一格言运用到物联网领域就是当NB-IoT规范延误时,其他LPWAN就占据了上风,这正是今天物联网市场中正在发生的情况。作为负责全球3G/4G/5G无线标准的组织,当物联网蓬勃发展的时候,3GPP在这方面犯了一些错误。那些笨重的头显设备吸引了我们的注意力,也占用着无线通信网络的频谱资源,3GPP工程师们却为了满足这些设备的需求,完全忘记了需要给当前大量的机器对机器通信设备设计一些新的技术来替代GPRS这一老旧的2G网络。他们将所有时间花在设计高功耗、高速率、各种昂贵版本的4G技术,来支持iPhone、Galaxys和Pixels王朝的发展,这些都是无法应用到物联网的。


意识到这一漏洞,很多企业着手开发拥有自主产权的、低成本、低速率、低功耗通信技术,也收获了低功耗广域网络市场的机会。虽然很多人认为这是“皇帝的新衣”,但是面对着正在到来的物联网时代,网络运营商陷入困境,因为没有相关产品可以提供,于是也开始推出LPWAN基础设施。他们是相信LPWAN的故事呢,还是仅仅希望弥补这一漏洞,我们不得而知,但是没有人会否认LPWAN时代已经到来,有Sigfox、LoRa、Ingenu和大量的其他技术。意识到这方面可能对其移动通信领导地位形成挑战,并保持其在移动通信领域的地位,GSMA协会引导3GPP来定制一套符合其“皇家身份”的标准,称作窄带物联网(NB-IoT)。


这就是NB-IoT为什么会“迟到”、为什么在短期会失败、为什么在长期中会成功的故事,以及为什么企业在这方面很难赚到钱。


标准研发的始末
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在这个故事中,最让人意外的是3GPP完成标准花费的时间以及网络运营商何时发布。回顾2010年,爱立信公开预测到2020年将有500亿物联网设备,不过随后他们调低了这一预测数据,但产业内很少有人注意到这一变化,因为对于他们来说,一旦将“百亿级”设备前景与其业务规划联系在一起,他们是很难抛弃这一预测的。不论数字是否有意义,它在董事会办公室会上得到高度关注,似乎意味着他们自身的预测是非常正确。



正在发生的事情是,企业更加注重今天的收入,而不是明天的收入。当用户拥抱智能手机时,他们对于数据的需求爆发式增长。当各家智能手机供应商将手机屏幕做得越来越大,移动视频暴增,对网络容量带来巨大压力,所有人的注意力都集中在提升其网络容量来保住用户,运营商集中精力在如何更有效利用现有的无线资源,而不是为M2M和物联网寻求新的标准。对于这一问题,又一个简单的答案:关闭2G网络,将2G占用的资源用于4G,这将支持大概原有40倍的用户群。正是他们这样去实施了,他们可能会延迟支持物联网。这这个时点上,其他LPWAN产业的雏形开始形成,GSMA协会开始感到惊慌,并引导3GPP着手NB-IoT的研究。


在这一阶段,有两点值得我们关注:一个是研发一个无线标准的常规时间表,另一个是500亿物联网设备的主要需求


研发一个无线通信标准是一个漫长的过程。回顾2010年,我曾经试图估算过时间和成本,结论是这项工作会花费大约10亿美元,耗时大约8-10年,方能让这一标准基本完善且对市场有吸引力,我们常见的一些局域网络技术,如蓝牙、WiFi、Zigbee就是如此。蜂窝网络比起这些技术更为复杂,所以研发成本更高,花费时间会更长。尽管如此,GSMA协会宣布新的NB-IoT标准会在6个月完成并发布,6个月之后,他们又宣布标准进展非常顺利,且在接下来6个月时间中会发布。在此之后的6个月,他们在媒体公开说标准规范已完成。


对于第二个问题来说,一个无线物联网连接标准是用来做什么的?大部分物联网设备都属于“沉默寡言”型的,它们往往收集数据后,每天只传输少量几次,它们是电池供电,因此无法用于不是大流量视频或通话应用中,如果一节小电池或一些能量采集方案可以让它们运行好几年,它们每天所能发送的数据量就非常小。Sigfox公司深谙此道,并在其数据规划中也是如此执行的,它们不回去探讨蜂窝网络百兆的数据速率,而是探讨每天不超过14次数据频率,每次不超过12比特,这一数据量大约相当于一个普通短信的数据。换句话说,大多数的物联网应用会让短消息看起来也很“臃肿”。


NB-IoT将走向末路?
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不过,GSMA对此并没有很深的理解。在此前举行的移动宽带论坛上,GSMA和其他运营商仍在暗示物联网设备需要数十甚至数百Kbps的数据速率。对于运营商来说,这当然是其所希望的,但这并非物联网设备所必需的。当物联网的设备数量达到数十亿的时候,连接费用和芯片成本必须非常低廉,比GPRS要更加便宜、更加简化。蜂窝网络产业界并没有充分考虑我们还未达到数十亿物联网设备以及GPRS成本太高的问题。如果让NB-IoT的复杂度还高于GPRS,这并不是开启物联网时代的节奏,我们需要的是一套技术标准,让芯片的成本在大批量供货是可以降到1美元左右。


这一路径并非蜂窝芯片企业所走过的路,在2G网络商用的初期,运营商在两个不同频段上部署,射频模块相对简单一些,这也意味着芯片相应的比较简单;随着时间推移,用于大部分现有物联网设备的GPRS模组价格降至7美元左右。然而,由于对更高带宽需求的增加,3G和4G芯片变得越来越复杂,虽然摩尔定律的作用让它们的价格没有过快增长,但每一个新发布的标准都不得不支持不断增长的频段需求(从2个频段增长到70个频段),也要支持之前标准中所有不同的协议,对这些技术的研发成本是非常高的,结果,3G模块的成本大约为20美元,4G模块的成本大约为35美元。不断增加的复杂度,相应的芯片也需要大量复杂的协议栈,这样只有少数几家芯片厂商才能获益,高通占有统治地位,联发科占据大部分剩余的市场。两家企业的商业模式都是向少数几家大批量采购的制造商供应数十亿芯片,这些制造商拥有技术积累,可以将这些复杂的技术集成到他们的产品中。这样的模式并不适合成千上万的物联网产品商对1美元芯片的需求。




你可以看看已发布的NB-IoT标准在这方面的困惑吧。NB-IoT本来有两条不同的路径,保守派以诺基亚和爱立信为代表,提议简化4G标准的形式,这一路线的特点是可以在相同频谱上和4G设备协同工作,所以更容易与现有网络融合。不过,这一标准需要在一定程度上保留4G的复杂度,最终产生两个影响:一方面意味着芯片的复杂性,因此成本依然很高;另一方面,终端功耗也不会太低。

另一条路线是华为和沃达丰为代表,提出了全新空口技术。这一方案与4G网络无缝融合有些困难,但要求运营商为此留出少量的频谱专门为物联网流量所用,其芯片更简单因此也成本更低。这一套新的路线规避了传统路径需要复杂的硬件来适应所有频段,而运营商一般更倾向于复杂硬件的路线,因为这样的话他们可以将全球互联互通的主要难题推给芯片商和做协议栈的企业,运营商不论拥有哪张网络、拥有哪个频段,他们都可以正常运行,但带来的影响是提高了硬件价格。


新的路径源于Weightless标准,位于剑桥的创业公司Nuel开发Weightless,作为新的无线协议,使用电视白频谱。当该公司被华为收购后,其技术被重新规划,运行于授权频谱上。由于没有后向兼容的负担,该技术给了芯片厂商机会可以将成本降至1美元量级。


这两种路径本来是不兼容的,3GPP是如何解决两者之间的差异的?这是一个有趣的话题。在好奇心驱使下,当规范发布后,我研究了规范文本。当我们阅读它的时候,我们可以看到他们是如何如此快速完成了该技术规范。文本中包含了华为/沃达丰和爱立信/诺基亚/英特尔的两种选择,而不是试图去找到一个折衷的方法,因此完全是由芯片供应商和运营商来决定他们支持哪一方。这意味着一个用户或制造商根本不知道自己开发的一款NB-IoT产品是否会在专门的NB-IoT网络上运行,就好像是“无人相信物联网(Nobody Believes the Internet of Things)”的缩略词一样。


规范起草团队在截止日期提交一叠文稿给PR部门来发布,并以“后真相”的方式来推动技术,这似乎是不可取的。我们可以善良地认为规范起草团队只是发布了一个初稿,并在后续致力于推动两种提案的融合,但实际上他们似乎忽略了这些工作,而是聚焦于在规范中加入定位的功能。或许是因为LoRa提供这一功能,他们不想落后而已。


让NB-IoT快速落地似乎更有说服力。当今年沃达丰宣布首个NB-IoT商用网络试验时,Sonera也在芬兰宣布完成首个NB-IoT商用试验,这看起来好像非常困惑,实际上并不矛盾。沃达丰采用的是华为的NB-IoT标准,而Sonera采用的是诺基亚的NB-IoT标准,两者并不相同。没人知道哪种路径将胜出,个人认为最终是华为胜出,因为它拥有芯片供应商海思,可以支持其提供1美元级别的芯片,如果他们也能够说服中国政府来发展数亿的设备连接,则其技术将成为事实标准。诺基亚、爱立信和英特尔并不想让步,但其芯片的高成本,加上缺乏像中国市场那样的规模化设备的支撑,因此很难胜出。


不幸的是,这样的商业战争并不利于市场发展。若没有全球兼容性的标准,制造商是不愿去应用该技术的,因为他们不能确定其产品是否能在其他目标市场上使用。这样一来,整个量级不会上去,相应的芯片成本也会居高不下。除此之外,其他重要的事情也会被推迟,比如开发新的测试、网络优化维护设备,这些对完善网络性能非常重要。为了可持续发展,NB-IoT需要发展成单一的低成本、全球兼容的标准。若两者斗争还在继续,则NB-IoT将会走向末路


其他搅局者
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当NB-IoT在推进时,其他LPWAN供应商已经在搅局了。


Sigfox雄心勃勃,不断推动其价格下降,包括模组和数据包,近期宣布在2017年其模组将降至3美元左右,且将推出低至每年1.5美元的数据包,当然,Sigfox也需要获取更多的连接数,因此有可能进一步降低成本。截止目前,该公司已经通过风投市场募集超过3亿美元的资金并计划2018年启动IPO,不过要达到合适的市值,他们认为其连接的活跃设备数至少要达到1亿以上。因此,Sigfox的投资人会对其施压,要求其尽量获得更多的连接数,并有可能将物联网连接商品化,从其竞争对手手中购买。




LoRa是一个更加分散的群体,其生态系统中有大量的供应商,但LoRa的最大特点是,任何人都可以购买LoRa网关来搭建自己的网络,这一点非常重要。一个典型的众筹型网络运营平台——TTN(The Thing Network)就在设计其模组和网关,并说服电子产品分销商Farnell Element14来销售这些设备,就像其销售树莓派开发板一样。起初,TTN设计的产品只是在学校协助代码开发,目前已经被开源社区使用,成为很多项目和产品的基础。


TTN/Farnell的目标很明确,希望以250欧元价格销售LoRa网关,换句话说,只需250欧元,则任何人都可以成为覆盖半径5公里的物联网网络运营商。TTN开发者社区试图建立一个全球化的LoRa网络,提供通用性、兼容性的平台,能够将大量网关连接在一起。虽然在成本上可能比Sigfox略高一些,但这对开源社区有吸引力,使得最新技术可以获得创新红利。规模化一直是个问题。到2017年圣诞,在剑桥、阿姆斯特丹和柏林等地都有超过1000个LoRa网关,这将形成一次有趣的尝试,或许也会给Ingenu一些参考和机会。


在这样的模式下,对于网络运营商意味着什么呢?沃达丰已经与NB-IoT深度绑定,但其他运营商并不一定如此,它们可能在不同的LPWAN技术中摇摆。尽管如此,为了得到更多的物联网连接数,运营商的合约价格已非常低了,如SK电信降至每月0.3美元,Sigfox很有可能近期降至每年2美元以下,这与运营商从传统M2M业务中获得的50-200美元的收入相差甚远。


每年2美元的价格,200亿联网设备贡献的收入只有当前全球移动用户收入的4%左右,这也很有可能低于运营商从现有GPRS用户中获得的收入,而未来GPRS将会被LPWAN所替代。换句话说,运营商支持200亿的物联网连接,但获得的收入反而下降了,即数百亿的物联网连接的机遇给运营商带来的是收入的下降,而不是上升


有不少运营商可能会认为他们可以通过物联网产业链的其他环节来获取收入,如云服务或大数据分析,但是目前来看很少有迹象显示运营商在这些环节中占据有利地位,亚马逊、谷歌以及其他供应商已经在这方面占据优势地位。在接下来的时间中,大量的应用很有可能采用Sigfox和LoRa这样的标准,而选择这些标准的开发者肯定会自然而然地使用亚马逊或谷歌等成熟的服务。


NB-IoT会永生?
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虽然目前NB-IoT存在一些问题,但3GPP的研发者们也会向前看,他们最终会推出符合产业需求的标准规范。不过,个人认为要道2023年才能问世,因为这才符合无线通信标准的研发周期。这样一来,其他LPWAN标准有了充足的时间来发展,而云计算和大数据服务供应商也脱颖而出,取得一定市场和用户份额。


但是,3GPP标准的优势也不容忽视,它更容易被推广开来,在很多情况下,只需基站软件的升级就可以实现,因此3GPP的标准从一个完结的版本到全球应用所用的时间并不长。到那个时候,大部分物联网供应商可能会转向这一阵营,或许其他LPWAN的时代就会终结。当然,大部分LPWAN的玩家和投资者看到了这几年的回报,并在这个时间窗口期获得了回报,因此当3GPP标准全面商用前它们可能就消失了(对于风投来说,5年可能都是一个很长的时间)。



多年来,我们一直追求推出低功耗广域连接方案,让传感器电池寿命达到十年及以上时间,然而,目前我们已经有了数个不同的LPWAN网络解决方案,它们能支持10年电池寿命,但其网络不一定能运行十年,也就是说,电池寿命超过网络寿命。对于一个设备商来说,不论它今天选择何种连接方案,在接下来的10年中将会消失,或者说,他们的产品周期取决于对网络运营商的选择。


未来NB-IoT所失去的是一些预期的收入,在其他LPWAN技术竞争过程中,这方面的利润已经越来越少,使运营商进一步管道化,相反,却让产业链其他玩家获得超额的收入。未来很长的时间里,NB-IoT将会振作起来并成为物联网连接市场中的主导,不仅连接的量级会增加,运营商所拥有的授权频谱也会提供QoS服务,这是其他LPWAN技术所不能提供的。另外,NB-IoT也能让很多用户要求网络稳定地使用15-20年的需求成为可能。从这个意义上来说,长期中NB-IoT将永生。


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