围观ARM专家如何看待关于蜂窝IoT技术6大问题

在万物互联时代，ARM的使命是通过提供支持终端设备的安全架构来扩展整个物联网生态系统。最近，ARM专家Chet Babla结束了与全球的芯片合作伙伴、基础设施供应商、运营商以及使用LPWA技术的终端用户的一系列会面和交流，他如何看待关于蜂窝IoT技术业内常见的6个观点呢？一起来围观吧。

许多文章里都声称Cat-M1（更正确的名称是“LTE-M”）和NB-IoT事实上被采用的速度很慢，而Sigfox和LoRa等非蜂窝技术正在将自己确立为事实上的LPWA部署标准。 这里有多个要考虑的因素：

• 首先，任何LPWA技术 – 无论是基于蜂窝通讯技术与否，运营商部署还是企业部署 - 必须证明它能以商业上可行的方式解决现实世界的问题。

• 其次，物联网应用有大量多样性的特性，这意味着要满足这些应用需求，需要不同的技术，“一种技术适合所有需求”路线无法为所有应用提供一种具有成本效益的解决方案。

• 第三，各种LPWA技术无法同时达到规范成熟度，NB-IoT在2017年3月才实现了3GPP Release 13规范的稳定性。因此，各种LPWAN技术都有不同的部署时间表以及对应的成熟度等节奏。

Chet Babla认为，除了少数例外，科技行业总是对无线技术的使用速度过于乐观，但长期来看，这些技术的最终出货量总是低于预期。一直以来的不变的旋律是最终在商业上的成功的是开放式无线标准。wifi、蓝牙和3G都是开放标准成功的具体例子，这些标准早期的宣传完全缺乏实际的商业吸引力，但是一旦生态系统的发展和商业用例变得更加清晰，相应的成功就会自动展现出来。

他还相信，任何开放的LPWA技术都需要实现超过1亿个单独的节点部署，才能达到为这个技术建立一个可自我维持的关键临界市场规模，从而实现规模经济。这里有一个平行的数字生态系统， 分析师Richard Windsor认为一个数字生态系统(使用Spotify为例说明)需要每天至少100万活跃用户才有机会达到临界体量，而且只有当达到了300万活跃用户时，生态系统的资产可以盈利地获利。虽然这不是一个与LPWA完全合适的比较，但临界体量和随后的盈利的问题同样适用于LPWA技术，而1亿的部署节点阈值与其他无线技术的经验是一致的。

在Chet Babla最近的中国之行中，他会面了中国的运营商、芯片厂商、使用LPWA技术的终端垂直用户，也有机会参加了GSMA的上海世界移动通信大会。很明显，NB-IoT和Cat-M1正在坚定地把自己打造为关键的LPWA技术，LoRa也享有早期的商业吸引力。 GSMA在MWC上海指出，全球有37家运营商和27家供应商现在正在支持蜂窝LPWA，并有56个活跃的蜂窝LPWA试点项目覆盖了仪表、停车、共享单车和安全面板等应用。目前全球共有7家主要运营商的9个商业化的Cat-M1或NB-IoT网络。

在这些GSMA统计数据和其他最近的行业公告令人鼓舞的同时，让Chet Babla更加确信现实中蜂窝IoT前景的是中国工信部（Ministry of Information and Information Technology ）最近发布了一项政策， 到2017年底，40万个蜂窝基站将支持NB-IoT业务，到2020年目标达到150万基站。这些基础设施数量可以对应转化为中国工信部2017年和2020年NB-IoT节点的目标分别是2000万和6亿。

Chet Babla认为这是个“假新闻”，用以编造一个话题，就像一些业内评论人士一直热衷于制造VH vs. Betamax的讨论，其实这两种技术具有针对不同使用情况和基本不重叠的特性。

NB-IoT适用于简单的传感器节点应用，其中所连接的“事物”通常是固定的，并且这些应用每天间歇传输不超过几十个字节的数据。智能停车，智能电表，农用传感器和智能市政照明是非常适合NB-IoT的用例。

相反，需要更高数据率、移动性或语音的物联网应用，如数字标识、实时资产跟踪和报警面板等，则Cat-M1是最佳选择。尽管总是有些应用让两者有交集，但这两种技术是非常互补的，这也是Chet Babla在最近的讨论中从运营商和基础设施供应商那里听到的非常明确的信息。

因此，要解决所有的物联网应用，单模和多模式蜂窝LPWA解决方案和非蜂窝LPWA的解决方案将会共存。

目前（或在开发中）可用的大多数蜂窝式LPWA芯片解决方案的工程源自在已有的更高规格的LTE调制解调器技术（Cat-1，Cat-4）中，并不是从基础设计为单模Cat-M1或NB-IoT解决方案。此外，Cat-M1标准支持相对于NB-IoT（即更高的数据速率，语音和移动性）的增强的功能能力，并且这些特征需要比NB-IoT更高的处理能力和更大的存储器要求。

在某些行业领域中，有一种说法是当NB-IoT功能是Cat-M1解决方案的一部分时，NB-IoT是“免费提供的”，即通过将NB-IoT添加到多模Cat-M1 + NB-IoT时对芯片面积增大的影响的方案是适度的。这可能是一个广泛的真实现象，但相反地，相对于Cat-M1，NB-IoT必须是更具成本效益的标准，因为其较低的处理需求和较小的功能子集，其等效为较小的硅晶片面积。

一直以来，互操作性问题是设备和基础设施供应商软件开发周期之间自然时间偏移的结果。当一些非向后兼容的变更请求（CRS）被引入到3GPP的2017年3月13日发布规范更新中时，生态系统之间的这种开发周期偏移被暴露出来。随着设备和基础设施供应商的软件交付同步，这一问题将在未来几个月消失，这是多个合作方共同努力确保全球互操作性的一个很好的例子，并不表示NB-IoT标准本来就有任何健壮性缺失。

顺便说一下，供应商开发周期对新引进或更新标准的失调不一致并不局限于蜂窝LPWA技术；一个主要的基础设施告诉我们，这是所有新的蜂窝标准演变的一个自然现象，并引用了与LTE第16类智能手机平台测试相关的最近的互操作性问题并没有成为热点新闻 (因为业内人士理解这是任何复杂的多厂商技术开发中的自然现象)。

Cat-M1和NB-IoT”是否足够高效节能，能让电池续航10年? 有一个3GPP技术说明（TR45.820）提出了一种计算Cat-M1和NB-IoT电池寿命的方法学。它对接收机，发射机待机和深度睡眠功耗有明确的假设条件（对于给定的功率放大器和效率以及使用5Whr容量的电池）。

该分析报告还考虑了三种不同的覆盖方案（即链接预算）的影响，Chet Babla简单地称之为“优良”，“典型”和“差”的覆盖。

3GPP分析还考虑了示例IoT应用的要求：传感器数据更新是每天一次还是两个小时一次，每次是更新500字节还是200字节到网络（供参考，住宅智能电表应用通常每天更新一次数据到网络，要求上传的的数据不超过100字节）。

3GPP分析表明，在“优良”的覆盖率和低传感器更新率用使用场景下，节点不需要频繁地发送（或重传）数据，实际上电池寿命由待机和深度睡眠功耗决定。在这些情况下，NB-IoT使用5Whr的电池理论上续航完全可以超过10年命。

相反，如果该节点被部署在一个“差”的覆盖场景（如深藏在室内或在小区边缘），或者如果此类应用要求每隔几分钟就更新一次传感器数据，那么如此多的数据传输可能无法保证使用5Whr容量电池的NB-IoT设备有超过1年的续航时间。在这些“较差”覆盖或多传感器数据更新的应用场景下，节点设备的接收和发射功耗将是电池寿命的主要消耗者。

作为参考，用于这些应用的典型电池可以是AA或D型锂电池，并且市售的电池可以轻易的实现大于3GPP假定的5Whr。在理论上可以使用小的纽扣锂“电池”，但是大约十几个并联连接来的NB-IoT或Cat-M1设备需要提供所需的峰值传输电流。需要注意的是3GPP计算不考虑自放电（锂电池约1％/年）或温度效应（每升高10摄氏度，自放电增加一倍）。这些现实生活中的电池效应将会逐渐削弱整个电池的使用寿命。顺便提一句，虽然NB-IoT是比Cat-M1更有效的LPWA技术，但在某些覆盖范围较差的情况下，这种优势可能会受到削弱。

总之，蜂窝LPWA技术可以使电池续航能力超过10年，但在具体的应用中，续航能力计算是一个多变量的函数，并且对非蜂窝LPWA技术也同样面临所讨论的不佳覆盖条件和传感器数据更新率所带来的种种限制。由于不同的LPWA技术适合于各自不同的应用场景，因此对电池寿命进行粗略的一刀切式的比较是比较浅显的。

如果规模和数量足够，可以利用规模经济来部署任何技术并降低成本。在“传统”蜂窝M2M的市场，现在2G GPRS模块价格已经低于5美元。但是，蜂窝通讯技术行业已经有25年的时间，有数十亿的2G芯片组的出货量，促使芯片和模组定价达到了成熟期。然而，业界不能再等25年才开始从蜂窝连接的“物联网”的特性中受益，所以Chet Babla认为，需要对LPWA模块供应链进行垂直整合，才能更快的实现革命性的、但仍然有利可图的飞跃式的价格下调。

传统的更高规格和更高数据速率的3G或LTE模块并没有引起供应链的垂直整合，这是因为终端应用领域如笔记本电脑，监控摄像机或汽车连接，通常能够承受更高的模块定价。对于LPWAN的激进的价格目标，Chet Babla认为芯片和模块的毛利率叠加，对外部SIM组件的和RF前端无源组件的需求都是业界必须共同关注来实现大幅降低价格的领域。希望有远见者将加紧应对这一挑战，ARM正在积极探索如何支持其合作伙伴关系中的创新者达到这一目标。

考虑到2G GPRS解决了IoT应用的许多重要特性需求（例如语音能力，移动性和高度成熟的成本）, 如果你想知道为什么2G GPRS还不是 LPWA技术的最佳解决方案, 关键原因有两个：2G频段对运营商是极其珍贵的资源，正在全球范围内被重新划分给更高数据传输速率的应用；其次，2G技术的功耗不像蜂窝LPWA那样具有竞争力，因为蜂窝LPWA在最初阶段就制定了专用的的省电和非连续接收模式。

IoT并不是一个特定的技术，而是指使用适当的技术来实现可以解决现实世界问题的可行的商业模式。 对于物联网行业，没有一种万能的联网解决方案，业界需要接受和欣然接纳这样的情况。

PAN，LAN，WAN，授权和非经授权的连接技术都需要共存、相辅相成的，因此“我的连接技术是最好的”的说法不仅是错误的，它实际上是误导和搅乱了行业致力促进的最终的垂直市场（如公用事业、农业、物流、建筑管理、保险等）。

LPWA连接技术肯定会在更广阔的物联网市场中发挥重要作用，ARM将继续确保提供安全，高效的处理器和连接技术解决方案，以帮助实现更广泛的物联网生态系统。点击“阅读原文”访问ARM Cordio主页了解更多信息。