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NB－IoT是走向末路還是得到永生？

2016-12-19 22:08:34 未知

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正如一個古老格言所說：“當貓離開的時候，老鼠統治世界”，這一格言運用到物聯網領域就是當NB－IoT規范延誤時，其他LPWAN就占據了上風，這正是今天物聯網市場中正在發生的情況。作為負責全球3G／4G／5G無線標準的組織，當物聯網蓬勃發展的時候，3GPP在這方面犯了一些錯誤。那些笨重的頭顯設備吸引了我們的注意力，也占用著無線通信網絡的頻譜資源，3GPP工程師們卻為了滿足這些設備的需求，完全忘記了需要給當前大量的機器對機器通信設備設計一些新的技術來替代GPRS這一老舊的2G網絡。他們將所有時間花在設計高功耗、高速率、各種昂貴版本的4G技術，來支持iPhone、Galaxys和Pixels王朝的發展，這些都是無法應用到物聯網的。

意識到這一漏洞，很多企業著手開發擁有自主產權的、低成本、低速率、低功耗通信技術，也收獲了低功耗廣域網絡市場的機會。雖然很多人認為這是“皇帝的新衣”，但是面對著正在到來的物聯網時代，網絡運營商陷入困境，因為沒有相關產品可以提供，于是也開始推出LPWAN基礎設施。他們是相信LPWAN的故事呢，還是僅僅希望彌補這一漏洞，我們不得而知，但是沒有人會否認LPWAN時代已經到來，有Sigfox、LoRa、Ingenu和大量的其他技術。意識到這方面可能對其移動通信領導地位形成挑戰，并保持其在移動通信領域的地位，GSMA協會引導3GPP來定制一套符合其“皇家身份”的標準，稱作窄帶物聯網（NB－IoT）。

這就是NB－IoT為什么會“遲到”、為什么在短期會失敗、為什么在長期中會成功的故事，以及為什么企業在這方面很難賺到錢。

標準研發的始末1

在這個故事中，最讓人意外的是3GPP完成標準花費的時間以及網絡運營商何時發布。回顧2010年，愛立信公開預測到2020年將有500億物聯網設備，不過隨后他們調低了這一預測數據，但產業內很少有人注意到這一變化，因為對于他們來說，一旦將“百億級”設備前景與其業務規劃聯系在一起，他們是很難拋棄這一預測的。不論數字是否有意義，它在董事會辦公室會上得到高度關注，似乎意味著他們自身的預測是非常正確。

正在發生的事情是，企業更加注重今天的收入，而不是明天的收入。當用戶擁抱智能手機時，他們對于數據的需求爆發式增長。當各家智能手機供應商將手機屏幕做得越來越大，移動視頻暴增，對網絡容量帶來巨大壓力，所有人的注意力都集中在提升其網絡容量來保住用戶，運營商集中精力在如何更有效利用現有的無線資源，而不是為M2M和物聯網尋求新的標準。對于這一問題，又一個簡單的答案：關閉2G網絡，將2G占用的資源用于4G，這將支持大概原有40倍的用戶群。正是他們這樣去實施了，他們可能會延遲支持物聯網。這這個時點上，其他LPWAN產業的雛形開始形成，GSMA協會開始感到驚慌，并引導3GPP著手NB－IoT的研究。

在這一階段，有兩點值得我們關注：一個是研發一個無線標準的常規時間表，另一個是500億物聯網設備的主要需求。

研發一個無線通信標準是一個漫長的過程。回顧2010年，我曾經試圖估算過時間和成本，結論是這項工作會花費大約10億美元，耗時大約8－10年，方能讓這一標準基本完善且對市場有吸引力，我們常見的一些局域網絡技術，如藍牙、WiFi、Zigbee就是如此。蜂窩網絡比起這些技術更為復雜，所以研發成本更高，花費時間會更長。盡管如此，GSMA協會宣布新的NB－IoT標準會在6個月完成并發布，6個月之后，他們又宣布標準進展非常順利，且在接下來6個月時間中會發布。在此之后的6個月，他們在媒體公開說標準規范已完成。

對于第二個問題來說，一個無線物聯網連接標準是用來做什么的？大部分物聯網設備都屬于“沉默寡言”型的，它們往往收集數據后，每天只傳輸少量幾次，它們是電池供電，因此無法用于不是大流量視頻或通話應用中，如果一節小電池或一些能量采集方案可以讓它們運行好幾年，它們每天所能發送的數據量就非常小。Sigfox公司深諳此道，并在其數據規劃中也是如此執行的，它們不回去探討蜂窩網絡百兆的數據速率，而是探討每天不超過14次數據頻率，每次不超過12比特，這一數據量大約相當于一個普通短信的數據。換句話說，大多數的物聯網應用會讓短消息看起來也很“臃腫”。

NB－IoT將走向末路？2

不過，GSMA對此并沒有很深的理解。在此前舉行的移動寬帶論壇上，GSMA和其他運營商仍在暗示物聯網設備需要數十甚至數百Kbps的數據速率。對于運營商來說，這當然是其所希望的，但這并非物聯網設備所必需的。當物聯網的設備數量達到數十億的時候，連接費用和芯片成本必須非常低廉，比GPRS要更加便宜、更加簡化。蜂窩網絡產業界并沒有充分考慮我們還未達到數十億物聯網設備以及GPRS成本太高的問題。如果讓NB－IoT的復雜度還高于GPRS，這并不是開啟物聯網時代的節奏，我們需要的是一套技術標準，讓芯片的成本在大批量供貨是可以降到1美元左右。

這一路徑并非蜂窩芯片企業所走過的路，在2G網絡商用的初期，運營商在兩個不同頻段上部署，射頻模塊相對簡單一些，這也意味著芯片相應的比較簡單；隨著時間推移，用于大部分現有物聯網設備的GPRS模組價格降至7美元左右。然而，由于對更高帶寬需求的增加，3G和4G芯片變得越來越復雜，雖然摩爾定律的作用讓它們的價格沒有過快增長，但每一個新發布的標準都不得不支持不斷增長的頻段需求（從2個頻段增長到70個頻段），也要支持之前標準中所有不同的協議，對這些技術的研發成本是非常高的，結果，3G模塊的成本大約為20美元，4G模塊的成本大約為35美元。不斷增加的復雜度，相應的芯片也需要大量復雜的協議棧，這樣只有少數幾家芯片廠商才能獲益，高通占有統治地位，聯發科占據大部分剩余的市場。兩家企業的商業模式都是向少數幾家大批量采購的制造商供應數十億芯片，這些制造商擁有技術積累，可以將這些復雜的技術集成到他們的產品中。這樣的模式并不適合成千上萬的物聯網產品商對1美元芯片的需求。

你可以看看已發布的NB－IoT標準在這方面的困惑吧。NB－IoT本來有兩條不同的路徑，保守派以諾基亞和愛立信為代表，提議簡化4G標準的形式，這一路線的特點是可以在相同頻譜上和4G設備協同工作，所以更容易與現有網絡融合。不過，這一標準需要在一定程度上保留4G的復雜度，最終產生兩個影響：一方面意味著芯片的復雜性，因此成本依然很高；另一方面，終端功耗也不會太低。

另一條路線是華為和沃達豐為代表，提出了全新空口技術。這一方案與4G網絡無縫融合有些困難，但要求運營商為此留出少量的頻譜專門為物聯網流量所用，其芯片更簡單因此也成本更低。這一套新的路線規避了傳統路徑需要復雜的硬件來適應所有頻段，而運營商一般更傾向于復雜硬件的路線，因為這樣的話他們可以將全球互聯互通的主要難題推給芯片商和做協議棧的企業，運營商不論擁有哪張網絡、擁有哪個頻段，他們都可以正常運行，但帶來的影響是提高了硬件價格。

新的路徑源于Weightless標準，位于劍橋的創業公司Nuel開發Weightless，作為新的無線協議，使用電視白頻譜。當該公司被華為收購后，其技術被重新規劃，運行于授權頻譜上。由于沒有后向兼容的負擔，該技術給了芯片廠商機會可以將成本降至1美元量級。

這兩種路徑本來是不兼容的，3GPP是如何解決兩者之間的差異的？這是一個有趣的話題。在好奇心驅使下，當規范發布后，我研究了規范文本。當我們閱讀它的時候，我們可以看到他們是如何如此快速完成了該技術規范。文本中包含了華為／沃達豐和愛立信／諾基亞／英特爾的兩種選擇，而不是試圖去找到一個折衷的方法，因此完全是由芯片供應商和運營商來決定他們支持哪一方。這意味著一個用戶或制造商根本不知道自己開發的一款NB－IoT產品是否會在專門的NB－IoT網絡上運行，就好像是“無人相信物聯網（Nobody Believes the Internet of Things）”的縮略詞一樣。

規范起草團隊在截止日期提交一疊文稿給PR部門來發布，并以“后真相”的方式來推動技術，這似乎是不可取的。我們可以善良地認為規范起草團隊只是發布了一個初稿，并在后續致力于推動兩種提案的融合，但實際上他們似乎忽略了這些工作，而是聚焦于在規范中加入定位的功能。或許是因為LoRa提供這一功能，他們不想落后而已。

讓NB－IoT快速落地似乎更有說服力。當今年沃達豐宣布首個NB－IoT商用網絡試驗時，Sonera也在芬蘭宣布完成首個NB－IoT商用試驗，這看起來好像非常困惑，實際上并不矛盾。沃達豐采用的是華為的NB－IoT標準，而Sonera采用的是諾基亞的NB－IoT標準，兩者并不相同。沒人知道哪種路徑將勝出，個人認為最終是華為勝出，因為它擁有芯片供應商海思，可以支持其提供1美元級別的芯片，如果他們也能夠說服中國政府來發展數億的設備連接，則其技術將成為事實標準。諾基亞、愛立信和英特爾并不想讓步，但其芯片的高成本，加上缺乏像中國市場那樣的規模化設備的支撐，因此很難勝出。

不幸的是，這樣的商業戰爭并不利于市場發展。若沒有全球兼容性的標準，制造商是不愿去應用該技術的，因為他們不能確定其產品是否能在其他目標市場上使用。這樣一來，整個量級不會上去，相應的芯片成本也會居高不下。除此之外，其他重要的事情也會被推遲，比如開發新的測試、網絡優化維護設備，這些對完善網絡性能非常重要。為了可持續發展，NB－IoT需要發展成單一的低成本、全球兼容的標準。若兩者斗爭還在繼續，則NB－IoT將會走向末路。

其他攪局者3

當NB－IoT在推進時，其他LPWAN供應商已經在攪局了。

Sigfox雄心勃勃，不斷推動其價格下降，包括模組和數據包，近期宣布在2017年其模組將降至3美元左右，且將推出低至每年1．5美元的數據包，當然，Sigfox也需要獲取更多的連接數，因此有可能進一步降低成本。截止目前，該公司已經通過風投市場募集超過3億美元的資金并計劃2018年啟動IPO，不過要達到合適的市值，他們認為其連接的活躍設備數至少要達到1億以上。因此，Sigfox的投資人會對其施壓，要求其盡量獲得更多的連接數，并有可能將物聯網連接商品化，從其競爭對手手中購買。

LoRa是一個更加分散的群體，其生態系統中有大量的供應商，但LoRa的最大特點是，任何人都可以購買LoRa網關來搭建自己的網絡，這一點非常重要。一個典型的眾籌型網絡運營平臺——TTN（The Thing Network）就在設計其模組和網關，并說服電子產品分銷商Farnell Element14來銷售這些設備，就像其銷售樹莓派開發板一樣。起初，TTN設計的產品只是在學校協助代碼開發，目前已經被開源社區使用，成為很多項目和產品的基礎。

TTN／Farnell的目標很明確，希望以250歐元價格銷售LoRa網關，換句話說，只需250歐元，則任何人都可以成為覆蓋半徑5公里的物聯網網絡運營商。TTN開發者社區試圖建立一個全球化的LoRa網絡，提供通用性、兼容性的平臺，能夠將大量網關連接在一起。雖然在成本上可能比Sigfox略高一些，但這對開源社區有吸引力，使得最新技術可以獲得創新紅利。規模化一直是個問題。到2017年圣誕，在劍橋、阿姆斯特丹和柏林等地都有超過1000個LoRa網關，這將形成一次有趣的嘗試，或許也會給Ingenu一些參考和機會。

在這樣的模式下，對于網絡運營商意味著什么呢？沃達豐已經與NB－IoT深度綁定，但其他運營商并不一定如此，它們可能在不同的LPWAN技術中搖擺。盡管如此，為了得到更多的物聯網連接數，運營商的合約價格已非常低了，如SK電信降至每月0．3美元，Sigfox很有可能近期降至每年2美元以下，這與運營商從傳統M2M業務中獲得的50－200美元的收入相差甚遠。

每年2美元的價格，200億聯網設備貢獻的收入只有當前全球移動用戶收入的4％左右，這也很有可能低于運營商從現有GPRS用戶中獲得的收入，而未來GPRS將會被LPWAN所替代。換句話說，運營商支持200億的物聯網連接，但獲得的收入反而下降了，即數百億的物聯網連接的機遇給運營商帶來的是收入的下降，而不是上升。

有不少運營商可能會認為他們可以通過物聯網產業鏈的其他環節來獲取收入，如云服務或大數據分析，但是目前來看很少有跡象顯示運營商在這些環節中占據有利地位，亞馬遜、谷歌以及其他供應商已經在這方面占據優勢地位。在接下來的時間中，大量的應用很有可能采用Sigfox和LoRa這樣的標準，而選擇這些標準的開發者肯定會自然而然地使用亞馬遜或谷歌等成熟的服務。

NB－IoT會永生？4

雖然目前NB－IoT存在一些問題，但3GPP的研發者們也會向前看，他們最終會推出符合產業需求的標準規范。不過，個人認為要道2023年才能問世，因為這才符合無線通信標準的研發周期。這樣一來，其他LPWAN標準有了充足的時間來發展，而云計算和大數據服務供應商也脫穎而出，取得一定市場和用戶份額。

但是，3GPP標準的優勢也不容忽視，它更容易被推廣開來，在很多情況下，只需基站軟件的升級就可以實現，因此3GPP的標準從一個完結的版本到全球應用所用的時間并不長。到那個時候，大部分物聯網供應商可能會轉向這一陣營，或許其他LPWAN的時代就會終結。當然，大部分LPWAN的玩家和投資者看到了這幾年的回報，并在這個時間窗口期獲得了回報，因此當3GPP標準全面商用前它們可能就消失了（對于風投來說，5年可能都是一個很長的時間）。

多年來，我們一直追求推出低功耗廣域連接方案，讓傳感器電池壽命達到十年及以上時間，然而，目前我們已經有了數個不同的LPWAN網絡解決方案，它們能支持10年電池壽命，但其網絡不一定能運行十年，也就是說，電池壽命超過網絡壽命。對于一個設備商來說，不論它今天選擇何種連接方案，在接下來的10年中將會消失，或者說，他們的產品周期取決于對網絡運營商的選擇。

未來NB－IoT所失去的是一些預期的收入，在其他LPWAN技術競爭過程中，這方面的利潤已經越來越少，使運營商進一步管道化，相反，卻讓產業鏈其他玩家獲得超額的收入。未來很長的時間里，NB－IoT將會振作起來并成為物聯網連接市場中的主導，不僅連接的量級會增加，運營商所擁有的授權頻譜也會提供QoS服務，這是其他LPWAN技術所不能提供的。另外，NB－IoT也能讓很多用戶要求網絡穩定地使用15－20年的需求成為可能。從這個意義上來說，長期中NB－IoT將永生。