蜂窝物联网——选择哪种技术

编者注：对提高物联网设备可用性的日益增长的需求与非常适合物联网的蜂窝技术的出现相吻合 。对于开发人员来说，对有关蜂窝技术及其在物联网中的应用的更详细信息的需求从未如此迫切。 摘自《蜂窝物联网》一书，该系列介绍了该领域的关键概念和技术。

在之前的系列文章中，作者描述了蜂窝网络不断发展的格局、它在物联网中的作用，以及用于大规模机器类型通信 (mMTC) 和超可靠低延迟通信 (URLLC) 的技术。

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改编自蜂窝物联网，作者：Olof Liberg、Marten Sundberg、Eric Wang、Johan Bergman、Joachim Sachs。

第 9 章物联网技术竞争格局（续）

作者：Olof Liberg、Marten Sundberg、Eric Wang、Johan Bergman、Joachim Sachs

9.3 CIoT 技术的选择（续）

9.3.2 选择哪种 CIoT 技术

CIoT 解决方案的选择是需要由不同市场参与者做出的决定。一方面，移动网络运营商必须决定将哪种 CIoT 技术添加到其现有网络中。另一方面，物联网设备制造商和服务提供商选择他们开发物联网服务的物联网连接选项。可以预期，不同方案的解决方案将共存。

9.3.2.1 移动网络运营商的视角

对于移动网络运营商来说，部署和运营哪种 CIoT 技术的决定有多个方面。有两个方面需要特别考虑：

• 长期移动网络战略和现有资产，

• 物联网市场细分策略。

典型的移动网络运营商部署了一个或多个蜂窝网络。越来越多的不同无线电技术通过单一的多无线电技术网络提供。例如，相同的基站可用于 GSM、UMTS/HSPA 或 LTE 传输。但也有一些部署，其中 2G、3G 和 4G 的网络在部署和运行方面相当独立。

此外，移动网络运营商通常拥有来自国家监管机构的频谱许可，该许可授予在分配的频谱中运营网络的权利。频谱许可证通常是持久的，例如 20 年；这是通过为网络运营商提供经济安全来推动的。一项新技术的极高网络安装成本的投资回报可以在很长一段时间内进行规划。在频谱许可到期时，监管机构发起频谱许可竞赛，如频谱拍卖，以提供新的频谱许可。一般而言，运营商的任何网络建设路线图都是一项长期决策，至少需要考虑以下要素：

• 现有频谱许可证的有效期是多长时间，允许在该频谱中运行哪些技术，以及何时进行新的频谱重新分配过程监管机构计划的？

• 不同无线电技术（尤其是 GSM 和 LTE）的网络建设状况如何，运营商的市场份额是多少?

• 竞争运营商的网络建设是什么？他们的市场份额是多少？

• 运营商关于物联网的战略意图是什么？

• 计划提供哪些服务，以及运营商打算在物联网市场扮演什么角色（例如，作为连接提供商或也作为服务提供者/推动者）？

• 物联网服务的市场成熟度如何？

• 运营商想要解决哪个物联网细分市场？

需要说明的是，上述问题是从运营商网络在特定国家的运营角度提出的。但是，有几家运营商活跃在多个国家甚至多个大洲。即使决策主要是按国家/地区做出的，运营商也可能希望对其运营网络的多个地区的决策进行协调。

在查看 CIoT 技术选项时，可以确定以下特征，这些特征将影响运营商的决策。

作为基准，我们假设运营商有很大的动机重用现有的移动网络基础设施来部署任何 CIoT 技术。自然，EC-GSM-IoT 可以基于 GSM 基础设施和使用 GSM 频谱轻松部署。 GSM 网络资源和 GSM 频谱将在 GSM 使用和 EC-GSM-IoT 使用之间共享。 LTE-M和NB-IoT可以基于LTE基础设施，使用LTE频谱进行部署； LTE 网络和频谱资源将在 LTE、LTE-M 和 NB-IoT 使用之间共享。在大多数网络配置中，可以预期 EC-GSM-IoT、LTE-M 和 NB-IoT 的部署可以作为对已部署 GSM 或 LTE 网络的软件更新来实现。这意味着运营商可以相当快地以较低的总拥有成本将 CIoT 引入市场。

对于物联网服务，预计许多服务的使用寿命很长，例如十年。这种期望应该通过 CIoT 网络来解决。因此，CIoT 技术的决定也与运营商专注于电话和移动宽带服务的移动网络长期战略相结合。如果运营商打算在未来将 GSM 部署过渡到例如 LTE 或 5G，那么引入 EC-GSM-IoT 似乎是一个有问题的选择，因为任何长期的 EC-GSM-IoT 用户都需要维护 GSM基础设施长期运行。

GSM 今天仍然是蜂窝网络技术，它覆盖了全球最大的一部分。根据参考文献 [55]，2016 年全球约有 90% 的人口处于 GSM 网络的覆盖范围内，预计到 2022 年这一数字将增加到 95%。相比之下，2016 年只有约 40% 的人口处于 GSM 网络覆盖范围内。 LTE 网络的覆盖率，预计到 2022 年将增加到 80% 以上。 然而，蜂窝技术的传播存在非常大的区域差异。举参考文献[55]中的一些例子，在中东和非洲，2016 年只有 5% 的移动用户是 LTE 用户（也可以使用 WCDMA/HSPA 和 GSM）；预计到 2022 年，这一数字将增加到 30% 左右。大约 20% 的订阅仅用于 GSM，大部分订阅用于 WCDMA/HSPA（也可以使用 GSM 但不能使用 LTE）。在中东和非洲等地区，预计 GSM 将在未来许多年内继续成为一项重要技术，即使在其他地区，GSM 的中长期作用不太确定。放眼北美，2016 年已有 65% 的移动订阅是 LTE 订阅。对于 2022 年，很少有不具备 LTE 功能的[见注 1] 订阅是可以预见的。这种差异将导致不同地区不同运营商对CIoT解决方案的偏好不同。 [注 1：作为 2022 年支持 LTE 的订阅，我们在这里计算预测的 LTE 订阅和 5G 订阅，假设它们完全兼容在 LTE 网络中运行。]