物联网的长期演进技术

内容提要：随着LTE(长期演进)技术的发展，这项技术可以满足建设更方便互连世界的需求，而围绕该问题的蜂窝蓝图也变得日趋复杂。为了将LTE引入物联网，不同国家/地区和运营商采用了不同的技术和频段，最终导致出现了明显的市场分割现象。这些分歧和复杂现状让产品创造者意识到需要采取战略性手段来使物联网设备永不过时。其中部分战略手段包括利用eSIM、引脚兼容和多频段模块以及MVNO/物联网平台。

尽管近来有许多关于物联网的新闻报道，但在机器中融入连接的做法却屡见不鲜。多年来，网络运营商一直在供应基于GSM的连接模块，蜂窝连接在众多应用中表现不俗，证实了自己的实力。促使物联网变革的并非设备连接本身的理念，而是其广泛的应用。同样，LTE始终没有变革物联网的核心技术，只是改变了其规模大小。LTE具有低成本、低带宽和低功耗的特性，实现了许多在过去不可能或经济上不可行的物联网应用。据预计，20201年前互联网连接设备的数量将超过500亿，而LTE技术有可能在物联网发展中起决定性作用。

但对产品创造者而言，当前从立足于传统网络转向使用LTE技术来部署解决方案，可谓机会与风险并存。在推行(和决定LTE技术)LTE前途的竞争中，不同国家/地区、运营商和硬件制造商采用了各种不同的蜂窝技术和频段。最终使得LTE格局变得日趋分裂和复杂。

尽管存在各种挑战，但向LTE转型在所难免。因此，要求产品创造者采取灵活、战略性的手段来确保他们的设备永不过时。

展望蜂窝技术的未来

无线传输数据是物联网应用的基础。在最初的2G蜂窝模块出现时，就向设备中添加了该模块以减少服务成本。接收到的数据包括自动售货机里的库存水平、缴费终端机内的篡改证据，或生产设备所用的时间等。数据还包括简单的功能，如将设备投入使用或停机、告诫运营商已报告故障或提供无线更新等。

随着LTE网络的不断推出，可能实现更广泛的应用。具有更多不同数据需求的应用(如视频、音频和遥测控制等)将提高人们对可靠、灵活和高能效连接的需求。

如今，很多物联网设备被部署在远程位置，而且采用电池供电。这些分布式应用需要功耗更低的芯片组和模块，但对带宽的要求相对比较一般。LTE在此类应用的连接上也起到了重要作用。

目前，LTE的作用是通过在低带宽物联网流量中使用“资源块”，通过所谓的“类别”来支持物联网应用。最为显著的是，物联网将为机器类型通信(被称为LTE-MTC、LTE-M或LTE Cat M1)以及NB-LTE-M和NB-IOT(NB指窄带)部署LTE Category M1。

物联网流量使用的类别要求复杂芯片组的数量显著减少，这一要求具有两重含义——运行功耗更低(启用超低的功耗节点如智能传感器和执行器等)，而且成本更低(应用范围更加广泛且更多样化)。在某种程度上通过使用更低的(根据3G)带宽可以满足上述需求，使其在数据交换受限时甚至更适合物联网应用。

蜂窝蓝图存在分割现象

产品创造者最初在开发蜂窝连接时面临着巨大的困难。蜂窝蓝图，过去被漫游协议和固定的几套受支持的频段简化，现在采用LTE后开始变得更加复杂。产品创造者必须着手计划(但并未公开表示)使现有的2G/3G网络退出历史舞台，并结束LTE标准和频段的国际分割现状。

大部分运营商已宣布计划在十年内停止使用2G网络。而且因为更多的投资资本瞄向LTE，3G网络的未来也不容乐观。

同时，运营商在客户维系方面也面临着挑战。支持客户采用LTE技术需要了解芯片组供应商、模块制造商和运营商之间的复杂关系。

蜂窝蓝图始终受区域性变化的影响(变得复杂);而且不幸的是，这种情况不会随着LTE而改变。过去，产品创造者能够依赖漫游协议实现国际兼容。但随着LTE的问世，不同运营商采用的不同频段将使这些类型的漫游协议失效。有人认为这预示着产品创造者可能需要采用他们自己的MVNO服务(移动虚拟网络运营商)并与运营商签署直接协议。如果远离创新的刺激，这些问题对市场准入来说意味着令人沮丧或彻底崩溃的障碍。每份运营商协议均需要花费数月时间进行协商，并受到服务条件、定价和数据量的影响。转售该服务将为MVNO的制造商带来更大的挑战。

部分创业公司正在通过创建物联网平台解决新出现的问题，该平台可以让产品创造者卸下连接的负担。这些平台旨在将MVNO的优势和基于云的服务提供商所具有的丰富资源组合起来。

国际产品的复杂性

在蜂窝通信领域，从来没有一套统一的标准。多年来，这一现象一直困扰着众多产品创造者，但如果物联网采用LTE技术，就可以调整黄金标准缺失的情况。这是因为其无法为LTE-M和NB-IoT提供无缝支持。迁移至LTE-M需要将软件升级至现有的蜂窝塔，而迁移至NB-IoT则需要升级软件以及具有全新的无线硬件。

这些情况只会根据地理位置和技术边界进一步划分运营商。比如，在美国、加拿大和墨西哥，人们习惯于使用LTE-M1。而在欧洲、中国和东南亚，NB-IoT更受欢迎。对于希望在多个市场出售产品的产品创造者，这样的差异性将要求生产两种不同的产品系列或同时支持这两大类别的一种产品系列。而无论采用哪种方式，制造商都需要承担额外的成本

eSim问世

另一项可能影响MVNO的创新是嵌入式SIM (eSIM)。简单来说，eSIM可以让硬件成为中性载体，在区域内切换或运输后进行供应。业中有人认为eSIM将帮助各个MVNO建立合作关系，从而提高了供应链的效率。

预计eSIM将成为全球发布的LTE-IoT设备的一部分，因为它能够用‘空白’SIM来装运产品，随后在指定的国家/地区激活。因此，产品创造者能够更轻松地在不同的细分市场开发并提供新产品。

LTE的现状

目前LTE-M和NB-IoT设计人员锁定的应用类型是传感器和执行器;此类设备需要具有低数据带宽，可能还需要低占空比。如此一来，形成了一种广为流传的误解，即智能传感器和执行器可以在一个装置中运行多年。实际上，远程部署的智能传感器和执行器使用寿命长短将取决于具体使用实例的需求。请查看如下的信息图，了解典型的应用实例。

管控风险和回报

现在，芯片组和模块制造商正与平台供应商紧密合作，以激发物联网LTE的潜能。尽管LTE具有复杂性，但前瞻性的产品设计和堆栈选择可以减小产品开发的相关风险，并提高投资回报率(ROI)。要使物联网产品永不过时，创造者必须考虑采用硬件解决方案、eSIM和MVNO/数据平台。

了解硬件的局限性非常重要。比如，双模调制解调器似乎是单一产品系列中实现全球覆盖的最佳方案，但该方案可能会增加许多不必要的成本。更好的方法是采用可以为所有变量提供封装/引脚输出和软件兼容性的模块。那样的话，采用简单的交换模块即可在不同的市场使用单一产品设计。见下图1。

为克服与复杂漫游协议相关的成本问题和挑战，部分产品创造者目前转而采用一种新备选方案——第三方IoT/MVNO平台。对产品创造者来说，这些平台无需在日趋复杂的全球市场上商议运营商协议，可以简化执行。

据证明，依托于专用硬件的IoT/MVNO平台对产品制造商来说非常宝贵，可以更轻松将他们的项目推向市场并扩大规模。这些平台提供必要的基础设施以全方位传送、管理并保护从设备至云端的数据。

结语

采用蜂窝模块来增强设备连接的方法由来已久。但在过去，经济和技术上的诸多限制使得蜂窝连接无法得到广泛应用。LTE技术具有低成本、低带宽和低功耗的特点，可以扫除上述障碍，并创造众多创新型物联网应用。

而采用这一技术也面临着不少挑战。因国际上采用多种不同技术和频段导致的市场分割现象大幅提升了采用LTE技术的难度。随着新产品的推出，还有可能出现全新不可预见的挑战。例如，华为和爱立信研发的在无线系统软件之间不兼容的秘钥已影响到NB-IoT的未来，而这项技术已被欧洲运营商选择用于物联网2。

在这张蓝图中，eSIM、封装/引脚输出和软件兼容性蜂窝模块和全堆栈IoT/MVNO平台等解决方案在面对不确定性的情况下都具有一定的灵活性。