試論低速率物聯(lián)網(wǎng)蜂窩通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

肖志豪

【摘要】 物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成中，低速率占據(jù)主體地位。低速率蜂窩技術(shù)具有功耗少、成本低等特點(diǎn)，文章闡述了低速率物聯(lián)網(wǎng)蜂窩技術(shù)的類型、技術(shù)條件、部署規(guī)則以及具體的應(yīng)用過程。采用低速率蜂窩技術(shù)Cat.M和NB-IoT相互對(duì)比的方式進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】 低速率 物聯(lián)網(wǎng) 蜂窩通信技術(shù)

LT-MTC是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一種先進(jìn)模式，優(yōu)于GSM和WCDMA。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)制式的結(jié)合已經(jīng)成為一種必然。我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)正從3G轉(zhuǎn)向4G，并且已經(jīng)有多個(gè)國(guó)家提出了2G/3G退網(wǎng)計(jì)劃，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)制式的更新成為一種必然。

一、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用向LTE-MTC方向發(fā)展

蜂窩技術(shù)在全球范圍內(nèi)掀起了浪潮，我國(guó)廣泛使用這一技術(shù)是在2015年，并且預(yù)計(jì)未來5-10年內(nèi)，蜂窩技術(shù)將在智能安防、智能交通和智能電力等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮積極作用，由此而帶來的經(jīng)濟(jì)效益將大幅度增長(zhǎng)。但目前這一技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，因此而衍生的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要為Cat.M和NBIoT。隨著CatM和NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，4G網(wǎng)的市場(chǎng)份額將大幅度提升。預(yù)計(jì)從今年起，我國(guó)的低速率蜂窩技術(shù)將逐漸替代以往的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，或者與其他技術(shù)之間相互配合，但蜂窩技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中將占據(jù)重要地位。同時(shí)，Cat.M和NB-IoT技術(shù)的實(shí)現(xiàn)也是物聯(lián)網(wǎng)低速率的特征。

二、Cat.M與NB-IoT技術(shù)形式對(duì)比

Cat.M和NB-IoT是目前主流市場(chǎng)的兩種不同的低速率物聯(lián)網(wǎng)蜂窩通信技術(shù)。二者的共同點(diǎn)是都屬于低速率鏈接范疇，且通過3GPP-R13定義。筆者根據(jù)兩種技術(shù)的特點(diǎn)和效果等方面進(jìn)行了具體的分析。

1、技術(shù)背景對(duì)比。Cat.M是我國(guó)首次出現(xiàn)的低速率蜂窩技術(shù)，是由3GPP公司于2014年9月開發(fā)，該技術(shù)的開發(fā)宗旨就是實(shí)現(xiàn)低功率信息傳輸。Cat.M技術(shù)發(fā)展穩(wěn)定，但成就并不明顯。隨著華為進(jìn)軍低速率物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，NB-IoT開始呈現(xiàn)在人們面前，并且華為的NB-IoT迅速崛起，在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)名聲大噪。伴隨著蜂窩窄帶技術(shù)的出現(xiàn)，低速率蜂窩通信技術(shù)得到了更多的關(guān)注，它標(biāo)志著蜂窩通信技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌矫窕奔夹g(shù)的開始。

2、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展。NB-IoT與Cat.M通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括三個(gè)部分，分別為主體功能標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)和一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。主體功能標(biāo)準(zhǔn)是所有標(biāo)準(zhǔn)的核心，涵蓋了低速率蜂窩技術(shù)實(shí)現(xiàn)的所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是設(shè)計(jì)師研發(fā)的重點(diǎn)。性能標(biāo)準(zhǔn)涉及技術(shù)領(lǐng)域，是指低速率蜂窩技術(shù)所用的設(shè)備要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在測(cè)試中。另外，設(shè)備運(yùn)行還需要遵從一致性標(biāo)準(zhǔn)，是指某些功能要保持一致，才能確保其正常運(yùn)行。Cat.M與NB-IoT相比，凍結(jié)時(shí)間點(diǎn)上有所不同。Cat.M主體功能凍結(jié)于2016年3月，而NB-IoT主體技術(shù)凍結(jié)于當(dāng)年6月，也就是說Cat.M的發(fā)展要先于NB-IoT。其它標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)時(shí)間二者基本沒有差異，均可以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。生廠商在依據(jù)相關(guān)技術(shù)的前提下，逐漸設(shè)計(jì)了低速率蜂窩通信技術(shù)的芯片和模型，2016年，完整的Cat.M相通信研發(fā)版本出現(xiàn)。但無(wú)論實(shí)現(xiàn)哪種技術(shù)都存在一定的困難。Cat.M器件不全已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)，由于無(wú)法提供技術(shù)支撐，該技術(shù)多數(shù)時(shí)間是處于理論中，而在華為的強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入市場(chǎng)后，NB-IoT芯片的發(fā)展和革新速度明顯提高。未來一段時(shí)間內(nèi)，NB-IoT極有可能成為3GPP標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)的引領(lǐng)者，成為蜂窩通信技術(shù)的標(biāo)志性技術(shù)。

3、技術(shù)參數(shù)對(duì)比。Cat.M和NB-IoT屬于兩種完全不同的技術(shù)形式，在帶寬需求、網(wǎng)絡(luò)覆蓋和速率等方面均存在差異。其中， Cat.M帶寬為1.4MHZ， NB-IoT為200kHz。不同的帶寬支持不同的數(shù)據(jù)傳播，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)部署方式，這也使得Cat.M和NB-IoT無(wú)論是在內(nèi)部技術(shù)支撐上還是外部表現(xiàn)上均不同。雖然華為和它的NB-IoT發(fā)展迅速，但在傳輸效率上依然是后者較高。另外，Cat.M的外界影響因素較多，可以通過與M2M的連接來提高和改進(jìn)。速率的差異是導(dǎo)致二者應(yīng)用場(chǎng)景不同的主要原因。在覆蓋增強(qiáng)方面，NB-IoT采用窄寬帶輸出模式，比Cat.M的功耗更低，且實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息傳播的多樣性。最后，在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)使用過程中，最應(yīng)關(guān)注的參數(shù)為定位能力和移動(dòng)性，二者之間相互對(duì)應(yīng)。但無(wú)線資源管理對(duì)RM實(shí)施分段管理。Cat.M具有較好的移動(dòng)性，可以在一定的速率下完成切換，而NB-IoT則很難實(shí)現(xiàn)。二者的應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同，通常不只是連接態(tài)切換。目前，NB-IoT只能應(yīng)用于普通的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于移動(dòng)性較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)則并不適應(yīng)。

4、網(wǎng)絡(luò)部署及成本。由于兩種技術(shù)均處于發(fā)展中，因此網(wǎng)絡(luò)部署僅處于理論階段。目前尚不能明確的評(píng)價(jià)哪種方案具有優(yōu)勢(shì)。但從成本上講，Cat.M是通過標(biāo)準(zhǔn)的LTE發(fā)展而來，需要改動(dòng)的部分少，成本較低。而NB-IoT作為華為新的技術(shù)，一切從頭開始，在研究上、技術(shù)上都需要大量的成本。

總結(jié)：低速率物聯(lián)網(wǎng)蜂窩技術(shù)主要以Cat.M與NB-IoT為主，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能化、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)通信時(shí)代。文章就兩種技術(shù)的背景、特點(diǎn)進(jìn)行了分析。蜂窩技術(shù)的實(shí)現(xiàn)只需手機(jī)等終端設(shè)備即可完成。我們有必要相信，未來一段時(shí)間內(nèi)，Cat.M與NB-IoT兩種甚至更多種低速率物聯(lián)網(wǎng)蜂窩通信技術(shù)將成為通信的主要手段。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]趙靜.低速率物聯(lián)網(wǎng)蜂窩通信技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].熱點(diǎn)，2016（7）.

[2]周衛(wèi)寧，劉友剛.移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展技術(shù)與安全問題[J].科技傳播，2012（3）.