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NB-IoT标准落地 2017年有望商用

全球运营商终于有了基于标准化的物联网专有协议,基于该协议标准的产品和解决方案将能很好的服务于广大行业的物联网市场。标准化工作的成功完成也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段。

作者:佚名来源:通讯维护联盟|2016-12-29 13:44

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2016年6月16日,这是蜂窝物联网产业最为重要的一天,这一天在韩国釜山召开的3GPP RAN全会第72次会议顺利结束。NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带蜂窝物联网)作为3GPP R13一项重要课题,其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准,正式宣告了这项受无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议历经2年多的研究终于经全部完成。

全球运营商终于有了基于标准化的物联网专有协议,基于该协议标准的产品和解决方案将能很好的服务于广大行业的物联网市场。标准化工作的成功完成也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段。

NB-IoT 标准起源

物联网可以应用在生产和生活的方方面面,其业务对网络传输速率的需求也有差别。高速率业务主要使用3G、4G技术,如监控摄像头等;中等速率业务主要使用GPRS技术,如POS机等。低速率业务目前还没有很好的蜂窝技术来满足,很多情况下只能使用GPRS技术勉力支撑。随着物联网的发展,低速率业务渐渐成为蜂窝物联网未来主要的市场发展方向,业界将这一市场归纳为LPWAN(Low Power Wide Area Network)市场,即低功耗广域网。由于GPRS技术存在终端功耗高、覆盖能力不足等问题,无法应对LPWAN市场需求。因此运营商希望有一个新的蜂窝物联网技术来满足LPWAN市场需求。

基于对蜂窝物联网这一趋势和需求的敏锐洞察,2013年初,华为与业内有共识的运营商、设备厂商、芯片厂商一起开展了广泛而深入的需求和技术研讨,并迅速达成了推动窄带蜂窝物联网产业发展的共识,NB-IoT研究正式开始。当时,大家为这个窄带蜂窝物联网起名叫LTE-M,全称为LTE for Machine to Machine,名字蕴含的期望是基于LTE产生一种革命性的新空口技术,该技术既能做到终端低成本低功耗,又能够和LTE网络共同部署。

LTE-M确定了窄带蜂窝物联网的关键目标:覆盖率需要达到99.9%,链路预算至少比GSM高20dB以上;终端功耗越低越好;终端的模组成本希望低于5美金。

以此需求为目标,华为作为唯一一家的中国设备厂商提出了窄带设计思想,并从理论上论证了上行窄带在覆盖受限区域可以带来一个量级以上的容量提升,为NB-IoT的后续发展打下坚实的基础,其经典的窄带提升容量的公式也被广泛采用。此外,华为还首创性的提出了上行3.75kHz LTE的概念,系统性的阐述了180kHz窄带系统的设计理念以及带来的潜在好处。包括可以与GSM、UMTS、LTE共部署,比如在GSM Refarming场景,只要拿出一个GSM载波200kHz资源,就可以部署此180kHz窄带系统。此外,180kHz窄带系统还可以部署在LTE保护带中,这些设计思想都成为了NB-IoT标准的基础。

NB-IoT标准制定历程

一项技术要成为3GPP标准,首先需要立项成为SI(Study Item),研究分析后产生TR(Technical Report),经过3GPP组织评议后可以转成WI(Work Item),然后由各个工作项目组输出TS(Technical Specification)。因为需要巨大的研究资源投入,所以整个过程一般由一家或几家行业领导企业牵头,反映在组织形式上一般是贡献最大的企业会作为报告人。本次NB-IoT的4个报告人依次为沃达丰、华为、爱立信、高通。

从LTE-M到CIoT

在LTE-M的技术方案选择上,当时主要有两种思路:一种是基于现有GSM演进思路;另一种是华为提出的新空口思路,当时名称为NB-M2M。

在2014年5月份,由沃达丰,中国移动,Orange,Telecom Italy,华为,诺基亚等公司支持的SI “Cellular System Support for Ultra Low Complexity and Low Throughput Internet of Things” 在3GPP GERAN工作组立项,这两种思路都被包含在内,LTE-M的名字演变为Cellular IoT,简称CIoT。由于绝大多数运营商更加关心新空口方案,因此,在相当长的一段时间内,NB-M2M成为了运营商热议的一个话题。

从NB-M2M到NB-CIoT

随着工作的进展,在GERAN进行标准化研究的CIoT得到了越来越多的运营商、厂商的关注,已经冷清的GERAN逐渐又热闹了起来。一些原来已不参加GERAN会议的运营商、设备商、芯片厂商重新回到了GERAN,关注CIoT课题。

2015年4月底的PCG(Project Coordination Group)会议上做了一件重要的决定:CIoT在GERAN做完SI之后,WI阶段要到RAN立项并完成相关协议。这说明了CIoT课题受到全球运营商的广泛关注,因此PCG决议将CIoT这棵树苗从GERAN拔到了RAN,再进一步栽培长大。

RAN参与公司众多,为了尽快取得标准进展,融合和协作就是最有效的做法,这也是共同推动一个产业的必经之路。2015年5月,华为和高通在共识的基础上,共同宣布了一种融合的解决方案,即上行采用FDMA多址方式,下行采用OFDM多址方式,融合之后的方案名字叫做NB-CIoT(Narrow Band Cellular IoT)。

从NB-CIoT到NB-IoT

随着市场逐渐清晰,蜂窝物联网标准、产业的动作不断加速。华为和高通技术方案的融合,进一步震动了业界。对于蜂窝物联网这一未来具有巨大空间的市场方向,谁也不愿意做落后者。在华为和高通宣布了技术方案融合之后,更多的公司参与进来,跟踪NB-CIoT SI标准进展。

与此同时,其它厂商受到市场需求的牵引,也加快了在窄带领域的研发节奏。经过一段时间的酝酿,爱立信联合几家公司,在GERAN SI阶段最后一次会议,即GERAN 2015年 8月10日的会议上,提出了NB-LTE(Narrow Band LTE)的概念。在2015年9月份的RAN#69次会议上,经过激烈讨论,各方最终达成了一致,NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演进到了NB-IoT(Narrow Band IoT)。

NB-IoT标准发展历程

NB-IoT核心协议冻结,9月完成性能规范

截止6月16日,NB-IoT R核心协议在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四个工作组均已冻结。性能规范在3GPP RAN4工作组,计划在9月份结束。性能规范NB-IoT与eMTC同时进行,计划同时完成。

NB-IoT得到了业界空前的关注。3GPP各家公司均贡献了大量的提案,从GERAN的SI开始,各公司共计贡献了3205项技术提案,获得通过的提案总共有447项,可谓硕果累累。其中华为贡献提案1008项,184项获得通过,占全部447项已通过提案的41%。华为贡献了最多的标准提案,位居全球第一,展示了强大的标准与概念领导能力。华为与4家欧美领先公司共同贡献了约98%的通过提案。

3GPP R13 NB-IoT标准通过提案数统计

3GPP R13 NB-IoT标准提案数统计

做为NB-IoT标准的主要推动者,华为在各个阶段均做出了大量贡献:

Study Item阶段

从最早的NB-M2M在2014年5月份在GERAN SI立项之后,华为就提前做了大量的研究工作。在第一次SI会议上,华为即提交了支撑该SI的NB-M2M技术概念讨论稿,并在随后的GERAN会议上快速完善了NB-M2M技术方案,有力的推动了GERAN SI的进展。

Work Item阶段

Work Item在RAN开展,华为担任了NB-IoT课题的第二报告人职位,承担该课题线下讨论的组织工作、大量评估工作的汇总以及课题进展总责任人的角色。由于NB-IoT涉及到整个空口的全新开发,工作量巨大,因而该课题设置了4个报告人,依次为沃达丰、华为、爱立信、高通。

除了报告人之外,华为还承担了大量的技术性工作和组织性工作。尤其是2015年10月份以后, NB-CIoT与NB-LTE进行融合,每次会议都有接近200篇技术提案,要进行大量的技术方案研究与论证、评估技术方案的性能、综合分析技术的利弊再进行取舍整合。既需要有深厚的技术能力,又要能高屋建瓴统观全局,还要能够协调好各组织机构和公司步调一致。华为很好的承担了这一职责,负责最终整理输出了权威的评估汇总版本,形成了R1-157741提案,并获得RAN1一致通过。

在随后的2015年12月份到2016年4月份NB-IoT协议制定进入关键的冲刺阶段。NB-IoT的4位报告人沃达丰、华为、爱立信、高通在集体协商之后,决定开展广泛的讨论,以便加速NB-IoT标准化进展。在2015年12月中旬,4位报告人建立了一个超过40个公司参与,总共150多位成员的讨论群组,并且建立了11个讨论议题,包括同步、随机访问、广播等议题等。其中华为承担了同步、下行参考信号、下行复用方式等3个议题的组织者,其他8个议题由爱立信、高通等7家公司承担。华为不仅在自己承担的议题中提交了大量的技术建议,并且也积极参与其他公司组织的议题讨论,为3GPP取得进展做出了贡献。

主持会议与协议撰写

3GPP标准化另外一个关键的工作就是协议的撰写。作为LTE协议36.212协议的总体撰写人,华为高质量的完成36.212中有关NB-IoT的协议撰写。此外,华为还承担了36.300,36.302,36.331协议有关NB-IoT的撰写工作,为3GPP NB-IoT标准进展做出了积极的贡献。

通常3GPP的会议由各个工作组的主席来主持,在时间冲突的情况下可以由公认的这一领域的权威专家代为主持。在韩国釜山召开的3GPP RAN1 84BIS会议就出现了上述情况,华为的资深标准专家Brian主持了NB-IoT部分议题。

NB-IoT标准在中国

众多行业分析机构的研究都认为中国将成为全球最大的物联网市场。与3GPP标准化节奏保持同步,国内也开始了NB-IoT相关标准的制定工作。在2015年11月份的中国通信标准化协会CCSA TC5 WG9#74次会议上,通过了《面向物联网的蜂窝窄带无线接入总体技术要求》的立项,标志着国内NB-IoT标准化工作正式启动。在2016年6月初CCSA TC5 WG9#77次会议上通过了NB-IoT系列行标(包含核心网,接入网和终端)的立项工作。NB-IoT系列行标计划发布时间为2016年年底。这标志着在中国,NB-IoT已经具备了在2017年年初规模商用的基本条件,预计2017年将是中国NB-IoT规模商用的元年。会议同时对eMTC行标进行了立项,时间上比NB-IoT行标晚半年,预计2017年初开始讨论,2017年6月份发布。

华为以实践助力NB-IoT起航

2015年11月,在华为联合主流运营商、设备厂商、芯片厂商和相关国际组织在内的21家产业巨头,在华为香港MBB论坛期间举办的NB-IoT论坛筹备会上,正式宣布成立了GSMA NB-IoT Forum产业联盟,旨在加速窄带物联网生态系统的发展。其中六家运营商成员还宣布,将联合华为在全球成立六个NB-IoT开放实验室,聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互操作性测试和产品兼容验证。

华为已经在全球范围与合作伙伴开始基于预标准方案进行业务应用测试,以便贴近客户需求、激发产业创新、完善并提高技术方案:

2015年2月世界移动大会期间,华为联合沃达丰展示了包含芯片在内的水表应用的端到端业务演示。

2015年6月,华为联合上海联通开启智能停车应用的端到端外场测试。

2015年11月,华为联合德国电信在德国完成基于智能停车的端到端外场测试。

2015年12月,华为联合沃达丰及西班牙当地水务公司,在沃达丰西班牙商用网络上完成水务应用的端到端测试。

2016年4月,华为联合阿联酋电信完成智能停车应用的业务应用测试。

2016年4月,华为联合澳洲东南水务、及当地运营商VHA、Optus共同开启水网信息化改革。

2016年5月,华为与中国电信、深圳水务集团共同签署战略合作协议,打造智慧水务。

相信随着标准冻结,将有更多的产业伙伴加入NB-IoT阵营。NB-IoT也将构建全球最大的蜂窝物联网生态系统。2016年下半年将涌现出更多的商业应用,并在未来出现爆炸式增长。正如众多分析机构所预测的,蜂窝物联网连接数量将从2015年的4亿连接快速增长到2020年的30亿连接。这个巨大的蓝海市场,已经开启。

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【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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