沃達豐：突破物聯網界限(9頁).pdf

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1、突破 物聯網界限 未來可期。 您準備好了嗎？ 窄帶物聯網是物聯網項目 聯網新標準 白皮書 窄帶物聯網窄帶物聯網2017201732 概要 本文為技術決策者提供了窄帶物聯網的概述， 窄帶物聯網是一種能夠支持工業級 物聯網展開部署的通信技術。 關鍵發現 物聯網的迅速發展意味著迫切需要一種能夠以低功耗方式來連接成千上萬現場 設備的方法。 而窄帶物聯網就是最佳選擇。 介紹低功率廣域網和窄帶物聯網 低功率廣域網 (LPWA) 是一類無線通信技術， 能夠支持物聯網展開部署。 低功率廣域網技術設計的功能如下： 迄今業界已經開發出許多不同的技術來滿足低功率廣域 網的要求， 我們相信窄帶物聯網不僅能夠提供企業級

2、的 技術規格， 而且還將會是運營商、 設備制造商以及終端 企業用戶的務實選擇。 為更好了解為什么窄帶物聯網特 別適合于部署商業物聯網， 我們對比了窄帶物聯網與 低功率廣域網領域的另外兩種技術 LoRa 和 Sigfox。 覆蓋信號強， 覆蓋范圍廣 ， 即便聯網 設備位于地下或建筑物深處。 低成本通訊硬件， 數據采集設備的 制造成本降低到 10 美元以下。 低帶寬， 大部分使用情況下， 每臺 設備每天僅需傳輸幾個字節的數據。 出色的功率效率， 確保設備無需 充電即可運行 10 年或更長時間。 大規模部署， 能夠在一次部署中 即可連接數百萬個設備聯。 工業級技術： 窄帶物聯網能夠以較低價格提供優秀

3、的聯網范圍、 吞吐能力和功率效率。 更多有關窄帶物聯網技術優勢的信息， 請見第 6 頁。 務實的選擇： 窄帶物聯網技術是基于 LTE 的一種開放標準。 這一技術已獲得了眾多主要設備制造商的支持， 基于人們已熟悉的 技術， 能夠很方便地整合到現有設施和流程中去。 快速且靈活， 便于運營商部署。 窄帶物聯網能夠很 靈活地部署到所有現有網絡之中， 既可以利用帶內 的 LTE 網絡足跡， 也能夠以獨立模式與其他網絡技術 共存。 作為開放 3GPP 標準， 擁有廣泛的市場支持。 窄帶物 聯網是一種開放式標準。 眾多主要的網絡運營商和 硬件制造商都支持窄帶物聯網。 它是實現長期全球 承諾的安全保證， 也能

4、夠從規模經濟中受益。 易于整合到傳統的蜂窩技術生態系統之中。 窄帶 物聯網在很多方面都和 LTE 十分類似， 這能夠保證 網絡工程師、 應用開發人員和硬件開發人員都已經 駕輕就熟。 具有挑戰性部署項目中的覆蓋范圍。 在低功率廣域網 應用例子的典型環境中， 窄帶物聯網能夠實現出色的 覆蓋穿透效果。 由于采用已獲許可的頻段 （就像 3G 和 4G 移動網絡） ， 干擾不會對窄帶物聯網產生較大 影響。 更快速的數據吞吐能力， 使用不受限制。 對于每臺設 備傳輸數據的頻率， 窄帶物聯網不受法律限制， 這就 是所謂的 “占空比” 。 這提升了性能， 對于十年或以上 的設備規劃來說十分重要。 靈活的電源管

5、理， 運行壽命長達 15 年。 除了在覆蓋 范圍和性能方面的優勢以外， 窄帶物聯網的電池壽命 也能夠與其他低功率廣域網相媲美， 這得益于其配備 了先進的省電模式功能， 能夠將不必要的聯網交互 降低到最小程度。 更多有關應選擇窄帶物聯網的務實原因， 請見第 10 頁。 安全易用 對于任何物聯網部署來說， 安全都至關重要。 窄帶物聯網延續 LTE 的安全優勢， 這使得它成為了最安全的選擇。 低功率廣域網安全十分重要。 即便是最簡單的聯網 設備， 如果被攻破， 也會導致業務中斷。 因此安全 至關重要。 確保最簡單的設備的安全充滿挑戰。 有限的帶寬和 處理能力使得使甚至諸如身份驗證和加密之類的 基礎安

6、全實踐也變得不再微不足道。 專有低功率廣域網技術做得還不夠。 LoRa 會對其數據 流量進行加密， 而 Sigfox 則不會。 但兩者都容易受到 干擾的影響。 窄帶物聯網延續了 LTE 技術的驗證和加密特性。 窄帶物聯網能夠在網絡和設備之間進行互相驗證， 并對設備與核心網絡深層之間的流量進行加密。 更多有關低功率廣域網的安全考慮事項 的信息，請見第 14 頁。 更多有關低功率廣域網、窄帶物聯網及 其競品技術的更多信息，請見第 5 頁。 設計簡單， 實現成本效益。 窄帶物聯網能夠將從芯片 組到天線的硬件成本降到最低。 我們預計在達到完全 生產后， 通信部件的成本將會降低到 2 美元以下。 窄帶物

7、聯網窄帶物聯網2017201754 介紹： 為什么低功率廣域網技術具有 重要意義 適合的連接性能夠成就或破壞您的物聯網項目。 我們相信窄帶物聯網是適用于大多 數低功率廣域商業物聯網應用例子的正確選擇。 接下來讓我們告訴您為何如此。 大規模物聯網項目有特定的連接性需求 如果仔細觀察眾多最有前景的物聯網應用， 您便會發現， 它們的無線連接性基本需求都是相同的。 無論是智能水表、 聯網農業、 智慧城市還是資產追蹤， 這些聯網設備都需要： 長久的實地使用壽命： 諸如精準農業中的土壤狀況 監測儀器等設備在部署時通常沒有可靠的配套供電。 因此電池必須能夠支撐設備的整個壽命， 這意味著 需要十年甚至更長時間

8、。 深度覆蓋： 諸如水表和燃氣表等設備， 可能會部署 到農村地區、 井蓋下方或建筑物地下室的深處。 因此 網絡連接必須提供強大的滲透能力和覆蓋范圍。 大規模， 低成本： 諸如煙霧和火情警報器或者智能垃 圾桶等設備， 部署數量可能會達到上千甚至上百萬。 因此， 這些設備以及聯網成本必須要低， 且網絡必須 能夠支持高密度的設備部署， 同時保證 QoS。 低帶寬： 設備通常每天只會傳輸幾個字節的數據， 例如智能停車傳感器可能只會當停車位空置時才 會向網絡發送回顯信息。 這類應用案例不需要支持 語音， 甚至不需要支持雙向數據傳輸。 沒有任何傳統的連接性標準能夠滿足以上所有標準 要求。 對于建筑物和辦公

9、室內的物聯網部署來說， 有線 連接是理想選擇， 但對于那些實地設備， 尤其是部署在 沒有線纜或供電的地方的實地設備來說， 這一選擇是 無法實現的。 像無線局域網、 藍牙和 Zigbee 協議等無線 技術則不具備適合大規模部署的覆蓋范圍。 而另外一些 無線技術， 例如 3G 和 4G， 雖然能夠提供數公里級的覆蓋 范圍， 但卻是設計用于大數據量吞吐的， 這也使得這些 技術成本高昂且耗電巨大。 例如， 一個典型的 4G 物聯網 模塊的成本可能達到了 40 美元， 并且電池壽命不到 一年， 如果是安裝在聯網汽車或數字招牌中， 那么這些 都不是問題， 但對于智能停車傳感器等應用來說這一 選擇則是不可行

10、的。 低功率廣域網的 “五個 10” 在這一類應用中， 需要的是一種低功耗、 低成本的遠程 無線技術。 這也是為什么過去幾年以來有一種新型連接 性技術迅速崛起： 這就是低功率廣域網技術， 即低功耗 廣域技術。 低功率廣域網并沒有確切的定義， 但按照經驗法： 低功 率廣域網設備的實地使用壽命應達到 10 年， 能夠在距 離基站 10 公里的距離上連接到網絡， 在每小時僅會利用 10 秒傳輸字節級數據量的情況下， 成本應低于 10 美元。 每臺基站應至少支持 1 萬個設備。 低功率廣域網領域存在許多競爭技術 現在有多種不同技術正朝著滿足這些或類似標準的目標 進行開發， 同時正在得到眾多私營公司、

11、財團、 標準組織 和聯盟的贊助。 Weightless、 DASH7、 802.11ah、 Ingenu、 LTE-M、 EC-GSM-IoT 等這些技術以及其他一些技術正在 積極爭奪市場份額， 這些技術通常采取不同策略來滿足 低功率廣域網應用實例所需的標準， 無論是基于開放 標準或基于專有技術。 但是， 只有 Sigfox、 LoRa 和窄帶物聯網等少數幾項技術 在低功率廣域網競爭中搶得了先機。 這三種技術中的 每一種都有突出的實地部署場景， 并且具有充分的技術 成熟度和市場支持， 任何開發低功率廣域網物聯網項目 的公司都會優先考慮采用這幾種技術。 哪種技術最適合您的低功率廣域網項目的連接性

12、需求？ 從長遠來看， 哪種技術對您的組織是最安全的選擇？ 畢竟， 您的商業案例建立在設備能夠在實地運行十年 甚至更長時間的要求上。 沃達豐對每一種正在開發的低功率廣域網技術都進行 過研究和評估， 最終決定選擇窄帶物聯網。 我們認為， 全球標準技術是能夠保證安全性、 互用性、 可擴展性、 服務質量和壽命的正確前進方向。 特別是窄帶物聯網 旨在滿足低功耗廣域的需求， 我們認為它既適合大規模 部署， 又具有取得巨大市場成功的驚人潛能。 本白皮書介紹了促使我們做出決定的眾多因素。 如果 您參與了物聯網項目的技術決策工作， 我們懇請您考慮 我們的發現。 窄帶物聯網簡述 窄帶物聯網是 3GPP 組織制定的

13、一項技術規范， 并作為 2016 年 6 月發布的 3GPP Release 13 的標準內容之一。 這種蜂窩網絡技術與 LTE 相關專為低功率廣域網應用而設計， 利用眾多可選頻段上的已獲許可頻譜。 與 GSM 技術相比， 該技術在設計上能夠在覆蓋范圍上提高 20dB， 一次充電即可使用 12-15 年， 其設備成本低， 且與 現有蜂窩網絡基礎架構兼容， 并且安全性等同 LTE。 該技術可以利用僅 200kHz 的帶寬作為獨立載波， 采用 多個頻段進行部署。 更多有關窄帶物聯網的特點， 請參閱 3GPP specification Release 13 ： http:/www.3gpp.org

14、/images/PDF/R13_IOT_rev3.pdf 蜂窩 2G, 3G, 4G 低功耗廣域網 短程無線 藍牙 IEEE 802.15.4 紫蜂協議 Z-Wave 范圍 10m100m1km10km 功耗 WLANs Wi-Fi HiperLAN 低功率廣域網標準 IEEEIETFLoRa 聯盟Weightless SIG Weightless- W/N/P LoRaWAN6LPWA/LP-WAN802.15.4k 802.15.4g 802.11: 遠距低功耗 (LRLP) DASH7 增強 MTC (eMTC) 擴展覆蓋 GSM 物聯網 (EC-GSM-IoT) 窄帶物聯網 (NB-I

15、oT) 低吞吐量網絡 (LTN) ETSIDASH7 聯盟3GPP Machina Research 的追蹤數據顯示截至 2016 年 6 月， 已有超過 4 千萬個活躍的低功率廣域網終 端點， 并預測到 2024 年低功率廣域網技術將 占所有無線物聯網聯網應用的一半以上。 窄帶物聯網窄帶物聯網2017201776 窄帶物聯網： 工業級技術 低功率廣域網 = 能夠以最低的功耗以及最低的價格實現最大的覆蓋范圍， 同時具備 充分的現實數據吞吐能力。 我們從四個方面對比窄帶物聯網與 LoRa 和 Sigfox。 1. 在挑戰性部署項目中實現更深入的覆蓋范圍 在低功率廣域網部署中通常需要在大范圍信號不

16、強的 位置安裝設備。 可能需要將設備安裝到地下、 建筑物 深處或距最近信號塔也十分遙遠的農村地區。 能夠實現更好覆蓋范圍的連接技術不僅意味著部署在 “邊緣” 位置的設備更有可能連接到網絡中； 還意味著 每臺設備都必須能夠以接近其峰值吞吐能力的速度 進行通信， 這意味著網絡中利用較少的基站 （或網關、 中繼器、 信號集中器等， 具體取決于網絡） 進行管理， 從而覆蓋給定區域。 最大鏈路預算是一種對網絡連接性能造成的衰減和 其他損耗進行量化的方法， 這為我們提供了一種對不同 無線電通信技術進行公平比較的簡單方法。 圖 1 顯示的 是窄帶物聯網、 LoRa 和 Sigfox 的最大鏈路預算。 窄帶物

17、聯網相比其他可選用的低功率廣域網技術能夠 提供更深入的覆蓋范圍， 與傳統的 GSM/GPRS 相比更是 具有 20dB 的巨大信號優勢， 這相當于覆蓋范圍擴大了 七倍。 我們進行的實地測試已經證明了窄帶物聯網能夠 穿透兩至三層的雙排磚砌墻體， 讓地下停車場和地下室 等位置所安裝設備實現可靠連接。 窄帶物聯網 （來自 R1-157741 的窄帶物聯網評估結果匯總， 3GPP RAN1#83， 2015 年 11 月） 、 Sigfox 和 LoRa （來自 LoRaWAN： LoRa 和 LoRaWAN 技術概覽， LoRa 聯盟， 2015 年 11 月） 的關鍵技術規范。 窄帶物聯網的覆蓋范

18、圍顯著提升。 不同覆蓋水平下的窄帶物聯網的下鏈吞吐 （來自 R1-157741， 窄帶物聯網評估結果匯總， 3GPP RAN1#83， 2015 年 11 月） 。 SigfoxLoRa窄帶物聯網 覆蓋能力160dB157dB164dB 技術專有專有開放 LTE 頻譜未獲許可未獲許可 已獲許可 (LTE/任何其它） 占空比限制是是否 輸出功率限制是 (14dBm = 25mW)是 (14dBm = 25mW)否 (23dBm = 200mW) 下鏈數據速率0.1kbps0.3 - 50kbps0.5 - 200kbps 上鏈數據速率0.1kbps0.3 - 50kbps0.3 - 180kbp

19、s 電池壽命 (200b/天)10 年以上10 年以上15 年以上 模塊成本$10 (2016)$10 (2016) $7 (2017)， 將會 7.4dBSNR = 7.4dBSNR = -2.6dBSNR = -12.6dB Downlink (kbps)23575343 網絡負載高會在 LoRa 中產生干擾問題 就像所有的無線電網絡一樣， 距離網關或基站越遠， LoRa 客戶端設備的性能便越會下降， 對于 LoRa 技術 來說， 這一影響在 2km 左右距離處便會開始顯現。 LoRa 和 Sigfox 均運行于未獲許可的 ISM 頻帶， 分別為 868MHz （歐洲） 和 902MHz

20、（美國） 。 這些頻帶受到占空比和輸出功率的法規限制。 此外， 還有其他的各種 設備， 例如無線報警系統和遙控設備等， 也在這一頻帶范圍內運作。 這些因素都會嚴重影響網絡性能 （請見 Ofcom 最終報告， 862-686Mhz 頻帶范圍內近距通信設備的運行， Ovum， 2010 年8 月） 。 但更大的問題是， 當網絡擁堵且負載較高時， LoRa 的吞吐量也會明顯降低。 該技術薄弱的流量管理能力會導致在沖突和干擾 情況下出現丟包嚴重的問題。 當有不僅數百個設備在進行通信時， 這便會成為一個問題， 而且這是一個重大 問題。 而低功率廣域網的主要特征之一便是可以擴展到數百萬個設備。 與之相比，

21、 窄帶物聯網則在設計上便 可確保信號站上的每個 200kHz 承載設備都能夠承載 10-20 萬臺設備， 而 Sigfox 則聲稱每個接入點可以接入 一百萬臺設備。 157dB160dB164dB SigfoxLoRaNB-IoT 圖 1 圖 2 圖 3 對于 LoRa 和 Sigfox 等網絡技術來說最大的帶寬限制在于這些技術在未獲得 許可的頻帶中， 這些技術在占空比 （某一渠道可活躍占用網絡的時間百分比） 方面會受到嚴格的法規限制。 一般來說占空比限制為 1% 。 讓我們來看看這一限制會如何影響使用 Sigfox 時的實際數據傳輸。 一條 Sigfox 消息最大負載為 12 字節， 需要六

22、秒完成傳輸。 在最大 1% 的占空比下， Sigfox 設備每 24 小時最多可發送 144 條消息， 即每天最大數據量為 1.6KB。 在預計每個設備每天只會傳輸屈指可數的字節數的狀態更新數據情況下， 正常使用不會出現問題。 但這在活動繁忙期間， 當因為存在干擾而需要重新 傳輸大量數據包時， 或者在特殊情況下向設備進行新固件空中推送以便解決 安全隱患時， 這將可能成為一個切切實實的限制因素。 窄帶物聯網窄帶物聯網2017201798 3. 靈活的電源管理， 能夠實現長達 15 年的使用壽命 所有的低功率廣域網技術在設計上都極為重視功效。 雖然電池的實際壽命 完全取決于設備的網絡接收強度以及每

23、天傳輸的數據量， 但對于大多數 低功率廣域網設備來說， 即使不考慮電池自放電和其他因素， 其電池也能夠 很輕松地工作十年而無需充電。 而窄帶物聯網表現更加出色。 這一技術經過了嚴格的設計， 在我們的統計 數據模型中， 即使在覆蓋范圍的最邊緣位置處， 也可以十分輕松地實現大約 15 年的使用壽命， 如圖 4 所示。 LTE-M： 額外帶寬以滿足高使用需求場景 對于那些所需帶寬高于窄帶物聯網規范的應用， 3GPP 標準為其針對性制定了另一種低功率廣域網技術： 即 LTE-M， 也被稱為 LTE Cat M1。 LTE-M 在部署模式方面的靈活性較差一些， 且其覆蓋能力也強， 但該技術能夠 帶來最高

24、 5 倍的下鏈數據速率。 窄帶物聯網和 CAT-M 是兩種能夠互補的技術， 都是沃達豐在其 LTE 網絡中所 能夠支持的技術。 我們從最初便率先考慮在整個網絡中完全部署窄帶物聯網技術， 以解決對低功耗和深度 滲透應用的迫切需求， 過去這些應用都無法通過蜂窩連接來實現。 窄帶物聯網有兩項節能功能， 能夠互相協作從而實現最優性能和最高效率， 分別是： 擴展不連續接收模式 (eDRX) 和省電模式 (PSM)。 當一臺設備連接到網絡時， 網絡便會通過其控制通道定時發送尋呼消息， 而設備則可對此進行監聽并作出響應。 一般來說， 這類尋呼消息至少每隔 幾秒鐘就會發送一次， 從而確保網絡能夠維護與之連接設

25、備的準確信息， 但這消耗電池壽命的， 導致了設備始終處于喚醒狀態。 為了實現最高效率， 可利用省電模式 (PSM) 讓設備進入深度休眠狀態 （最長可達 310 個小時） ， 之后才喚醒設備向網絡發送更新并在短暫時間內收聽網絡發出的尋呼， 然后便再次進入休眠狀態。 處于休眠狀態下的設備是無法呼通的。 擴展不 連續接收模式 (eDRX) 將尋呼間隔循環延長到近三個小時， 從而消除了不必要 的接收器激活狀態， 與此同時仍確保網絡能夠在需要時接入客戶端設備。 4. 設計簡單， 實現成本效益 Sigfox 和 LoRa 技術的一個主要論點是 GSM 體系的技術通常很復雜。 但窄帶 物聯網的設計以蜂窩技術

26、為起點， 其設計目的是將傳統上會導致 GSM 客戶端 設備硬件成本增加的各種因素的影響降低到最小。 拿窄帶物聯網硬件模塊距離來說， 僅需有限的內存 （采用成本較低的 PSRAM 型存儲） ， 僅需一根天線， 無需全雙工運行， 避免了因需要射頻雙工器件所 產生的成本。 與 LTE 相比， 這一技術對時序延遲方面的要求較為寬松， 這使 得芯片設計和生產也不再困難。 窄帶物聯網設備的時鐘速率較低， 因此能夠 在更為成熟的半導體廠中以較大的裸片以及較低的成本進行生產。 而對有限 200kHz 帶寬的采用， 也降低了緩存和處理模塊尺寸大小， 同時對解碼器的 采用也簡化了對調制解調器和數字信號處理器 (D

27、SP) 的設計要求。 因此， 我們預計到 2020 年底， 包括基帶和射頻芯片組在內的窄帶物聯網設備 成本將會達到僅 2 美元， 而目前的 LTE 設備成本約為 40 美元。 這將使窄帶物 聯網通信組件至少做到與 LoRa 和 Sigfox 一樣便宜。 5 瓦時電池的使用 壽命年限： Cell edge (144dB MCL) 深度覆蓋 (154dB MCL) 極度覆蓋 (164dB MCL) 50 字節/天36.733.120 200 字節/天36.329.714.2 東南水務： 地下覆蓋 在澳大利亞， 東南水務已經嘗試將窄帶物聯網技術用于監控雨水收集 箱和管道水流， 防未經許可排入下水道、

28、 停車場和其他場所的行為等。 東南水務的最終目標是能夠對其整個網絡的性能、 資產狀況和故障 管理進行實時分析。 由于眾多監視傳感器將會被安裝在井蓋之下和 地下， 因此這將是窄帶物聯網有能力強大信號穿透能力的理想證明。 不同覆蓋水平和數據量條件下的預計電池壽命年限。 來源： R1-157741， 窄帶物聯網評估結果匯總， 3GPP RAN1#83， 2015 年 11 月。 有許多方式能夠降低耗電量并達成類似的使用壽命。 最簡單的方式是將 設備保持在待命模式或深度休眠之中， 確保設備不會在兩次通信對話之間 浪費電量。 電源管理本質上來講是在消息頻率、 設備休眠循環和商業案例 需要之間達成平衡。

29、圖 4 窄帶物聯網窄帶物聯網201720171110 NB-IoT: 務實的選擇 窄帶物聯網正在獲得越來越多行業參與者的支持， 這使得其成為了長期部署的 安全選擇。 1. 快速且靈活， 便于運營商部署 選擇使用哪種低功率廣域網技術時， 您需要確保在計劃部署設備時已有 數據網絡供其使用， 并且所選在國內和國際市場上都有比較大的覆蓋范圍 的供應商， 便于將來業務擴大。 窄帶物聯網是一項與 LTE 技術緊密相關的 3GPP 標準。 這種緊密聯系帶來的 好處便是， 可以利用 LTE 流量， 通過對無線接入網絡 (RAN) 進行直接軟件 升級的方式， 將這一技術部署到幾乎所有 LTE 基站之中。 沃達豐

30、目前正在通過 軟件升級的方式將窄帶物聯網添加到其網絡的約 85 設備之中， 而其余 的設備在經過少量硬件修改后也可進行升級， 沃達豐的目標是到 2020 年 使所有 LTE 基站都已集成窄帶物聯網。 迄今為止所進行的試驗表明窄帶 物聯網能夠與傳統技術共存。 網絡運營商可以從三個部署選項中進行選擇， 從而能夠適合不同的網絡環境， 這一優勢使得窄帶物聯網可能是最具靈活性的一項低功率廣域網技術。 這一 技術在設計上適合采用 180Khz 頻譜， 這十分適合單個或多個 LTE 實體資源 模塊 (PRB)。 在不希望將任何處理能力從 LTE 網絡轉作他用的情況下， 可以將 窄帶物聯網部署在 LTE 指定

31、頻譜邊緣的 “防護頻帶” 防護頻帶指的是為了 防止出現干擾而在頻帶之間設定的未利用間隙。 也可以將窄帶物聯網部署到 單個 GSM 載波頻譜上， 例如， 部署在運營商全 4G 計劃尚未分配的頻譜位置處。 或也可以單獨部署在 LTE 頻帶的旁邊頻譜位置。 無論以哪種方式進行部署， 窄帶物聯網都不會依賴于其它系統的信號源。 Aguas de Valencia: 遠程監控， 同時無需繁瑣的網絡管理 Aguas de Valencia 是一家跨國水務供應商。 這家公司一直致力于創新， 是自動抄表系統的最早采用者之一。 如今， 這家公司管理著超過 60 萬 個自動抄表設備， 而這些設備迄今仍在使用需要 A

32、guasdeValencia 安裝 和維護自己的基礎設施的專有技術。 這家公司希望能夠將其系統遷移 到一種新的通信技術， 從而使公司能夠在不運行自己基礎設施的情況 下遠程對水表進行監控。 窄帶物聯網對這家公司來說是理想之選。 Aguas de Valencia 與沃達豐 通力協作， 進行了一項試驗， 測試了窄帶物聯網是否具備在那些人員 難以到達的表計位置提供信號覆蓋的能力。 “此次試驗中最重要的方面是確定有哪些位置時信號難以到達的， 例如信號較弱或沒有信號的地下室之內的儀表室、 位于地下的儀表箱， 以及帶有會阻斷信號的金屬蓋的凹槽壁等位置， 到目前為止， 信號 能夠在所有測試位置處十分輕松地傳

33、輸至其目的地， 所以說， 測試 結果非常樂觀。 這樣的話， 我們便可以將通信方面外包給能夠確保 數據質量和安全的電信運營商。 一件水表的使用壽命大概是 10 年， 這與窄帶物聯網技術所能夠實現的電池使用壽命大體相當。 ” Aguas de Valencia 公司的表計設備和遙測讀數業務總監， VctorGonzlez 最可能的部署選項 200Khz 頻帶內的 180KHz 窄帶物聯網載波 頻帶內 LTE 載波 防護頻帶 LTE 載波 獨立部署 GSM/UMTS/LTE 載波 GSM 載波 窄帶物聯網與 4G LTE 緊密相關。 部署的靈活性， 以及對現有網絡資產進行再度利用的能力， 是窄帶物聯

34、網 技術相對于 Sigfox 和 LoRa 等專有無線技術的一項巨大優勢， 在后兩者之中， 必須部署新網絡設備 （網關、 信號桿、 中繼器等） ， 并需要運營商或者企業或 企業財團對新增設備單獨加以管理。 這種部署不僅成本高且緩慢， 而且還可能涉及到規劃許可、 返線事宜以及 其他的棘手問題所帶來的挑戰， 尤其是在人口稠密的市區。 圖 5 窄帶物聯網窄帶物聯網201720171312 2. 作為開放 3GPP 標準， 擁有廣泛的市場支持 當您將在未來十年甚至更長時間內使用低功率廣域網 技術時， 您需要確保您所選擇的技術具有穩定的未來。 由于窄帶物聯網采用的是開放的 3GPP 標準， 因此企業 可

35、以放心， 他們正在做出的是低風險且長期的技術承諾， 不會遇到與專有技術相關的風險。 Sigfox 則是一種完完全全的專有技術。 盡管現在有許多 家制造商在制造 Sigfox 客戶端設備硬件， 并且也有不少 網絡運營商正在部署 Sigfox 網絡， 在這一網絡中， 所有 數據都通過 Sigfox 云端傳輸， 可以通過 API 對其進行 訪問。 選擇 Sigfox 技術的企業將來將很大程度上依賴于 其控股公司未來的財力前景， 從而確保在能夠獲得支持。 您必須考慮智能電表部署的長期安全性， 并據此來為 自己選擇最安全的技術。 就技術本身而言， LoRa 受到 LoRa 聯盟的支持， 并且 LoRaW

36、AN 網絡協議 （與 IBM 共同開發） 是一項開源協議， 但該技術底層的無線技術是專有技術， 這意味著客戶 再次被鎖定在一個提供商那里。 此外， 專有技術的解決方案并沒有像開放標準那樣受到 多方審查， 也不像開源技術那樣在開發過程中能夠利用 眾多的研發資源。 當討論到安全性或性能優化之類的 問題時， 開放與否便可能是一個重要的考慮因素。 “如果您回顧一下無線技術的發展歷史， 唯一成功的技術都是采用開放標準的技術。 我們看不到有非常成功的專有技術案例， 所以我不認為采用專有技術的 LPWAN 供應商 能夠長期堅持下去?！?Weightless 現 CEO、 IET 前總裁幾十年 Ofcom 前

37、董事 WilliamWebb 教授說到 3. 易于整合到傳統的蜂窩技術生態系統之中 通信技術應該能夠與物聯網解決方案的其他元素形成良好配合。 如果難以將 這些元素整合到需要它們的應用和流程之中， 那么項目的總體投資回報率 將受到影響。 窄帶物聯網的工作原理與傳統的蜂窩通信技術十分相似， 具有可預測的流量 處理、 安全功能等特點。 特別是在沃達豐的物聯網網絡中， 能夠與全球物聯 網平臺上的其他物聯網卡共同實現對窄帶物聯網連接的無縫管理， 包括 報告、 SIM 狀態自助控制、 警報和業務規則的使用以及 API 訪問等。 客戶無需 保持單獨的流程、 用戶訪問權限、 軟件平臺或文件即可實現對其低功率廣

38、域 網部署的管理。 與之相比， 其他的低功率廣域網技術則可能有一些應用開發人員所必須了解 并針對進行計劃的異常行為或限制。 例如， LoRa 的流量處理功能非常有限， 在高流量負載下， 丟包率可能會超過 60%。 LoRa 支持基于非復雜標記的數據包發送確認方法， 但為了確認發送， 必須另外發送一個數據包， 這就進一步增加了網絡負載， 進而導致更多的 沖突和更嚴重的數據丟包情況， 以及數據重傳所導致的延遲不可預測問題。 這對于那些依賴于可靠及時數據包發送的開發人員來說是真正的麻煩。 窄帶物聯網測試實驗室將簡化解決 方案的開發過程 窄帶物聯網背后的行業社區正在全球范圍內開設 多個開放實驗室， 為

39、硬件開發人員和企業提供了 一個在隔離式網絡環境中對基于窄帶物聯網的解決 方案進行構建、 測試和認證的場所。 沃達豐和華為 于 2016 年在紐伯里建立了全球首個窄帶物聯網開放 實驗室， 并且又于 2017 年 2 月在杜塞爾多夫建成了 第二個開放實驗室。 在整個 2017 年， 中國移動、 阿聯酋電信和許多其他公司也紛紛建立了實驗室。 如需安排訪問我們的開放實驗室， 請聯系您的 沃達豐客戶經理。 或想了解更多有關窄帶物聯網 的詳細信息， 請訪問： 專有技術建立在單個供應商的商業知識產權基礎之上， 采用這種技術將始終必須承擔一定的額外成本。 Sigfox 和 LoRa 技術的開發公司 Semte

40、ch 向網絡設備制造商和 裝置制造商授予自有技術的許可權， 同時收取授權費用； 這部分費用最終會到企業用戶身上。 如果每臺設備的 價格接近 2 至 10 美元， 并且企業可能會購買數百萬臺 設備時， 知識產權費用的數額將會變得非?？捎^。 與之相反， 選擇窄帶物聯網的客戶則能夠從所有市場 影響中獲益。 窄帶物聯網技術已獲得 AT&T、 Telefonica、 中國聯通、 中國移動、 德國電信、 Verizon 和阿聯酋電信 以及沃達豐等多家網絡運營商的大力支持。 即使是像 Orange 那樣正在部署 LoRa 和 Sigfox 的運營商， 同時也 在投資窄帶物聯網。 總言之， 窄帶物聯網得到了全

41、球 30 多家最大運營商的 支持， 這些運營商為超過 34 億客戶提供通信服務， 并且 從地理角度來看為物聯網市場的 90% 以上提供服務。 這種受歡迎程度自然而然會形成滾雪球效果， 鞏固窄帶 物聯網作為最廣泛采用低功率廣域網技術的地位。 這也 意味著客戶可以在全球范圍內使用單一、 標準化低功率廣 域網技術。 同樣的趨勢也同樣適用于設備制造商。 諸如愛立信、 華為、 諾基亞、 高通和英特爾等領先設備制造商均致力 于采用窄帶物聯網， 這意味著客戶將能夠以更低的成本 獲得更多樣的終端設備選擇， 從而適應不同應用場景的 需求。 正如上文所討論的那樣， 我們預計窄帶物聯網終端 的最終成本將明顯低于 S

42、igfox 和 LoRa 設備。 窄帶物聯網窄帶物聯網201720171514 安全性和可用性 低功率廣域網部署需要像任何物聯網解決方案一樣需要安全防護。 窄帶物聯網延續了 LTE 技術所有已久經考驗的安全措施。 低功率廣域網安全十分重要 每一次對企業物聯網用戶 （包括 Vodafone 的物聯網 晴雨表） 進行的調查都著重指出了安全在物聯網部署中 的重要性。 企業擔心他們的物聯網設備和連接容易受到 黑客們攻擊， 后者目標包括竊取數據、 關閉服務或通過 控制遠程資產造成破壞而。 人們通常將低功率廣域網設備視為價值有限或不令人 感興趣而無需保護。 畢竟， 即便黑客僅僅對簡單的 傳感器 （例如智能

43、垃圾箱或煙霧報警器中的傳感器） 進行篡改， 又能造成什么糟糕后果呢？ 但現實卻是， 這些設備的安全其實非常重要。 如果攻擊者可以同時 觸發一萬個煙霧報警器， 或告訴議會里垃圾處理小組， 城市中的每個垃圾箱都需要立即排空， 或者通過篡改 土壤傳感器， 使農民對土地過度施肥， 這將肯定會造成 混亂。 確保最簡單設備的安全并不簡單 所面臨的挑戰在于如何利用身份驗證和加密等基本安全 措施， 從而在實踐中恰當保障這些設備的安全。 大部分 的低功率廣域網部署在設計上幾乎沒有考慮安全性。 對于一個需要節省電力、 價值 $2-$5 美元設備來說， 能夠對流量進行加密解密的處理器將會是一項重大 成本。 而在 1

44、% 占空比的限制之下， 也很難預留出進行 驗證通信會話所需的幾個字節。 而同樣極為有限的吞吐 能力也沒有留出任何對設備進行修補， 解決在實地使用 過程中所發現漏洞所需的容量。 對這一問題的一種解決 方案是在頂層部署中央流量監控解決方案， 從而識別 可疑流量， 但這實際上并不能阻止或應對中斷干擾。 其他低功率廣域網技術做得還不夠 在網絡安全社區看來， LoRa 和 Sigfox 技術都有著固有 的劣勢， 那就是專有代碼會降低人們對其進行仔細檢查 和識別漏洞的能力， 導致無法阻止黑客利用這些漏洞。 不僅如此， LoRa 和 Sigfox 安全性能低。 Sigfox 幾乎不具 備安全性， 該技術通信

45、通道未加密、 沒有內置身份驗證； 對此， Sigfox 建議在應用層面來管理安全性。 LoRa 則使 用應用會話密鑰對消息負載進行加密， 并使用網絡會話 密鑰來驗證消息完整性， 其中每個會話密鑰都是在設備 加入網絡時提供。 但這樣一來， 密鑰管理就成為了一項 挑戰。 此外， 由于 ISM 無線頻段無需許可便可進行傳輸， 因此 包括惡意黑客等任何人都可以合法使用， 傳輸與 LoRa 規范相兼容的數據， 從而阻塞合法的 LoRa 數據傳輸， 造成拒絕服務。 拒絕服務是與安全漏洞一樣具有破壞性 的問題。 窄帶物聯網延續了 LTE 技術的驗證和 加密特性 窄帶物聯網是一種與 LTE 緊密相關的 3GP

46、P 標準， 延續了 與 LTE 相關的所有安全技術。 窄帶物聯網 SIM 卡時便 內置密鑰來相互認證網絡和相關設備， 并會生成頻繁 更新的會話密鑰， 對相關設備與核心網絡深處間的流量 進行加密。 很明顯， 在必要且可行的前提下， 可以將那些附加的 “頂層” 安全性應用到設備、 通信和應用之中， 從而提高 保護級別。 下一步 我們堅信， 技術和市場優勢將使窄帶物聯網成為當今追求低功率廣域網解決方案 的所有企業的明智選擇。 但是在做出任何承諾之前， 您自己對這一技術進行測試是 正確的做法。 我們將隨時為您提供協助。 關于沃達豐 沃達豐處于物聯網和窄帶物聯網領域的最前沿。 以下是您可以采取的三個步驟

47、： 我們在物聯網領域擁有超過 25 年的經驗， 并擁有超過 4500 萬個活躍的 物聯網聯網設備。 我們的物聯網客戶遍及各個領域， 這使得使我們能夠對 推動低功率廣域網技術需求和各種應用有深入的了解。 作為窄帶物聯網論壇 的主席和 3GPP 物聯網標準的領先開發商之一， 我們一直致力于將這種見解 付諸實踐。 當然， 我們是全球知名的最大型通信網絡運營商之一， 我們致力于在 2020 年 之前在全球范圍內全面開展窄帶物聯網。 迄今為止， 我們已經在全球的多個 城市和農村社區展示了窄帶物聯網實地試驗和客戶試點。 但是我們所提供的服務遠不止覆蓋網絡連接。 我們將為您提供所需的一切， 從專業的服務和測

48、試設施到項目開始時的支持： 我們專業易用的物聯網聯 網平臺、 安全的全球 SIM 卡、 以及來自沃達豐品牌和大量合作伙伴的領先 硬件產品。 如需進一步了解我們和我們的業務， 請訪問 體驗窄帶物聯網， 前往我們位于 英國紐伯里或德國杜塞爾多夫的 開放實驗室， 測試我們的樣板硬件 模塊， 檢測我們的網絡測試平臺， 還能獲取最新的實地試用應用最新 信息。 聯系您的沃達豐客戶經理， 以便 嘗試窄頻物聯網模塊和 SDK 支持 服務從而加快加您的解決方案開發 過程。 更多信息請訪問 nb-IoT. 討論窄帶物聯網， 這是 GSMA 所創立 的窄帶物聯網論壇的內容之一。 如需 了解如何參與討論， 請聯系我們。 Vodafone 沃達豐集團 2018 。 本文件由沃達豐內部發布， 如未事先取得沃達豐明確書面 許可， 不得復制。 沃達豐和沃達豐標志均為沃達豐集團所持商標。 本文件中 提及的其他產品和公司名稱可能為各自所有者的商標。 本文件中包含的信息 于印制時正確無誤。 任何依賴信息的行為均由接收方自行承擔風險。 沃達豐 集團的任何成員均不對使用相關信息承擔任何責任。 該信息可能會出現變動。 沃達豐可能會修改、 補充或取消服務內容， 無須事先通知。 所有服務均受條款 和條件約束。 如有需要， 可提供相關內容的副本。