2024年后2G 3G时代物联网连接技术指南.pdf
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1、后2G/3G时代物联网连接技术指南2024版TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|2All figures and tables are Copyright 2023 Accenture.All rights reserved.目 录概要3序言:物联网连接技术发展的十字路口4移动物联网连接产业价值的演进8LTE-M、NB-loT和LTE CAT-1技术延长电池寿命、增强覆盖并简化硬件10电池寿命和增强覆盖11新定价模式12硬件简化12LTE-M和NB-loT在全球范围内的应用前景13在LTE-M、NB-loT和LTE CAT-1之间做出选择13全球网络覆盖15软件
2、更新与安全16移动设备16远程控制设备17语音功能17SIM卡本地化eUICC18快速推出产品网络技术能力18loT Complete:面向联网产品的端到端“物联网完整解决方案产品”19结论21建议22术语表24TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|3鉴于2G和3G网络逐步关停以及5G日益普及,企业在部署物联网项目时,选择合适的连接技术尤为关键。概要本指南深入探讨了目前尤其值得关注的三种技术:LTE-M、NB-IoT和LTECat-1,同时研究了网络关停导致硬件过时的风险,并阐明为什么IoTComplete是一种可行的解决方案。全球网络不断演进发展,本指南力求帮助
3、用户应对物联网连接的复杂性,从而做出更明智的决策,实现具有韧性和前瞻性、可扩展的物联网部署。TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|4在下文中,我们将深入探讨快速发展的网络连接技术,并研究2G和3G退网的应对方案。从网络迭代带来的硬件更新,到LTE-M、NB-loT和LTE Cat-1等先进连接技术的应用,我们将以专业视角提供独到的见解,化繁为简,帮助决策者做出明智的选择。序言:物联网连接技术发展的十字路口如需全面了解物联网连接技术,请阅读2023版物联网连接技术指南。TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|5在连接技术发展日新月异的时代
4、为企业 注入新动能 网络连接是产品设计和性能的重要组成部分,必须尽早明确选用何种连接技术。鉴于技术和市场的迅速发展,做出正确的选择并非易事。5G技术已正式商用,2G和3G开始逐步退网。支持低功耗广域网的新网络技术LTE-M和NB-loT(也被称为移动物联网)开始实现全球范围的网络覆盖。这是首次专门为满足物联网连接的具体需求而开发网络。在此之前,联网产品利用面向消费级市场的基础网络设施进行通信。技术因素户外覆盖范围室内覆盖范围能效典型上行数据传输速率典型下行数据传输速率移动性定位时延设备密度商业因素模块成本订阅费用部署和维护成本可靠性安全性可扩展性生态系统因素前瞻性全球覆盖和互操作性低功耗蓝牙低
5、功耗蓝牙低功耗蓝牙近距离通信近距离通信近距离通信蜂窝低功耗广域网蜂窝低功耗广域网蜂窝低功耗广域网其他蜂窝网络其他蜂窝网络其他蜂窝网络传统蜂窝网络传统蜂窝网络传统蜂窝网络专有低功耗广域网专有低功耗广域网专有低功耗广域网低中高是是是是是是是是/否否否否否表1:主要物联网技术的优势和局限表1TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|6LTE-M、NB-loT与再度兴起的 LTE Cat-1LTE-M和NB-loT是安全的标准化技术,由运营商在授权频段里进行管理。它们是为低成本、数据传输量较少、需要较长的电池寿命,并且经常在难以到达的地点运行的物联网应用而设计。对于那些设备的
6、生命周期较长,需要更长电池寿命和扩大覆盖范围的行业来说,LTE-M和NB-loT是代替2G和3G的显而易见的选择。这两种技术对于设计使用寿命十年以上的设备来说都是很好的选择,然而,这两种技术之间存在着差异,使得它们各自更适合于某些物联网应用。问世时间更早的LTE Cat-1虽然并未作为2G和3G替代技术而被广泛采用,但自运营商宣布2G和3G退网计划以来,该技术已获得越来越多的关注。两个重大进展改变了Cat-1的前景。首先,Cat-1模块(尤其是单天线版Cat-1 bis)的成本已降至仅比NB-loT或Cat-M稍高的水平,从而消除了Cat-1应用的重大障碍。其次,全球各运营商推广Cat-M和智
7、能设备(即“物”)图1:端到端物联网解决方案的主要组成部分物联网解决方案IT服务整合物联网技术的各个要素,打造定制解决方案。系统集成、技术咨询、应用程序开发服务。软件和应用程序针对特定用例或垂直行业的横向和纵向物联网应用。预测性维护、车队管理、智能泊车、智慧城市。平台开发人员开发应用程序、管理设备、处理和存储数据的平台。应用支持、连接管理、设备管理、数据分析。网络连接设备接入网络,并将数据发送到云端。传统蜂窝网络(2G-5G)、低功耗广域网、Wi-Fi、蓝牙。固件嵌入式设备软件,用于控制设备组件、管理网络连接以及处理必要逻辑。调制解调器集成、软件更新管理、安全机制、协议转换等。设备组件嵌入联网
8、设备中的硬件,用于收集数据。网络连接模块、传感器、电池、处理器、网关。TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|7NB-loT的速度不及预期,尚未实现全球全面覆盖,这使得真正需要全球范围网络覆盖的用户更多地采用Cat-1。Berg Insight1报告称,在中国市场上,Cat-1 bis模块目前的价格为10美元,约为标准Cat-1模块的一半,而在大型招标中,LTE Cat-1 bis模块的价格已降至每块5美元以下。这使得cat-1模块在所有地区的物联网模块销量中占据了主要份额,原因在于客户看中该技术在全球范围内的网络覆盖能力。因此,对于性能要求比LTE-M更高的物联网
9、应用场景来说,LTE Cat-1 bis提供了具有吸引力的性能优势,同时在外形和成本方面优于LTE Cat-1。不过,Cat-1 bis硬件的价格可能高于LTE-M和NB-loT设备,因此更适用于需要更高数据传输速率的应用场景,以冲抵LTE-M和NB-loT成本优势。哪种技术最适合您的应用场景?本指南介绍了每种技术的相对优势和局限,帮助您做出明智的选择,获得长久成功。文末列出了一些行业术语和缩略语释义。1https:/ IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|8移动连接技术已经从人与人之间通信的基础设施,发展到了遥测、机器对机器以及物联网应用。第一代移动连接技术(即1G)引入了无线
10、语音。2G技术推出了漫游和短信服务,后来又发展到GPRS数据通信。短信和GPRS成为广泛使用的基础电信业务。漫游使移动通信技术适合在多个国家部署。Telenor是最早提供M2M通信的运营商之一,早在20世纪90年代就通过2G网络将设备接入网络。3G成为真正的全球标准,并在单一标准中融合了各种竞争技术的精华。3G的发展主要围绕高速数据应用。4G推出了LTE技术(包括LTE Cat-1),用于将设备接入互联网。4G满足了消费者对带宽和速度的需求,并引入了一种新的语音处理方式,取代了2G语音。LTE-M和NB-IoT(移动物联网)专为物联网而设计。LTE-M和NB-loT适用于需要较长电池寿命的设备
11、,以及在难以到达的地区需要良好网络接入的设备。5G网络结合了现有的4G LTE和新的5G新无线电(5G NR)技术。4G和5G的设计旨在实现两者共存,为4G(包括LTE-M、NB-loT和LTE Cat-1)设计的应用程序拥有相当长的生命周期。5G非独立组网(NSA)需要依赖4G支持。5G独立组网(SA)核心网将支持LTE-M和NB-loT。但移动物联网连接 产业价值的演进TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|9如果只有5G SA核心网,没有4G核心网,LTE Cat-1将无法工作。许多运营商可能会同时运行4G LTE核心网与5G核心网。5G在三类应用场景中增强了
12、4G的功能:增强型移动宽带、关键通信和移动物联网。增强型移动宽带目前面向需要更高带宽的消费者。它还可以实现需要高数据吞吐量的物联网新用例,例如流媒体视频。关键通信要求更快的响应速度、更高的服务质量和安全性。5G引入了5G新无线电技术,该技术既可以利用更高的频率,也可以利用较低的频率,例如以前分配给2G的频率可以重新分配给5G。移动物联网LTE-M和NB loT具有对5G核心网技术的向前兼容性,也就是说LTE-M和NB-loT技术可在5G的整个生命周期中使用。如今,大多数声称是5G的网络实际上是5G NSA架构,使用5G接入网挂接在现有4G核心网上。完全使用5G核心网的5G SA架构正在推出,但
13、推进速度不及5G NSA。覆盖范围决定设备在室内和室外的部署位置。能效影响电池寿命和维护周期。数据速率(上行和下行传输速率)限制可提供的服务类型。移动性决定设备的移动范围。定位确定联网设备的精确位置。时延决定提供时间敏感型服务的可能性。设备密度表示网络在特定区域内可容纳的设备数量。技术商业生态系统总拥有成本(TCO)决定实施和运营物联网服务的商业可行性。可靠性确保为设备提供一定级别的持续连接。安全性保护物联网用户隐私和数据完整性。可扩展性决定增长管理的灵活性。前瞻性从长远来看,确保对物联网的战略投资在经济性和技术上具有可持续性。全球覆盖和互操作性在全球范围内实现简便、高效的物联网部署。图2:连
14、接技术要求TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|10LTE-M和NB-loT专为需要较长电池寿命或者是在普通4G技术难以覆盖的地方(例如室内较深的地方)使用的物联网设备而设计。LTE Cat-1可以使用节能模式(PSM),但支持这种模式的运营商很少。总体而言,LTE Cat-1不如LTE-M和NB-loT节能。LTE-M、NB-loT和LTE Cat-1有什么不同?将对市场产生怎样的影响?LTE-M、NB-loT和LTE Cat-1技术 延长电池寿命、增强覆盖并简化硬件TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|11LTE-M和NB-loT
15、具有Cat-1不具备的覆盖增强功能。该功能可实现重复发送,即使在无线电信号较差的情况下也能确保发送信息。这意味着LTE-M和NB-loT可以在Cat-1无法发挥作用的地下室和其他具有挑战性的环境中使用。然而,在电池寿命、信号覆盖和响应速度之间应做出权衡,为此需要利用网络中的新型功能,例如节能模式和扩展非连续接收(eDRX)。需要快速响应的应用场景不太适合考虑省电和增强覆盖。同样地,需要达到10年使用寿命的设备应部署在有良好网络覆盖的区域。为了达到平衡,电池节能和增强信号覆盖可同步进行,例如采用休眠模式。通过减少设备和网络之间的无线电通信,得以延长电池寿命,设备可以进入休眠模式或降低网络通信频率
16、。电池寿命和增强覆盖近距离通信(Wi-Fi)低功耗广域网(LoRaWan、NB-IoT、LTE-M)传统蜂窝网络(2G-5G)低功耗高数据传输速率广域覆盖图3:技术层面的权衡图5:商业层面的权衡蜂窝网络(2G-5G、LTE Cat-1、LTE-M、NB-loT)专用网络(LoRaWan、WiFi)公共专有网络(LoRaWan、Sigfox)网络服务质量和安全性高良好的可扩展性低成本TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|12将来会有大量采用LTE-M和NB-loT技术的联网设备,但它们传输的数据量较少。与以往按照每台设备数据消耗的计费模式不同,网络提供商很有可能会考
17、虑按设备收费,或者综合使用两种计费方式,以更好地匹配这些设备所消耗的网络资源。新定价模式全球移动通信系统协会(LGSMA)在其官网列出了一份已实现商用的模块清单,显示模块市场分为两大类:支持LTE-M或NB-loT的模块,以及同时支持LTE-M和NB-loT的模块。为支持物联网应用场景而开发的LTE Cat-1 bis使用单根天线,而LTE Cat-1要求物联网设备有两根天线。因此,LTE Cat-1 bis简化了硬件,设备体积比LTE Cat-1更小,同时价格更低。LTE Cat-1 bis的一个重要优势是,即使只有一根天线,它也能提供与LTE Cat-1相同的数据传输速率、时延、漫游能力和
18、稳健性。此外,LTE Cat-1 bis使用与LTE Cat-1相同的基础设施,包括现有的LTE网络和标准,因此无需重新考虑开发或引入全新技术。与普通4G相比,LTE-M和NB-loT均降低了硬件的复杂性,在技术大规模应用后成本有望降低。硬件简化由于物联网连接所涉及的流量情况不同,LTE-M和NB-loT的定价模式可能会与传统电信业务不同。TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|13LTE-M和NB-IoT网络将在所有国家部署计划在全球范围内部署设备的企业需要考虑技术的生命周期。全球部署需要全球网络覆盖,而新技术一般首先在本地层面部署。预计LTE-M和NB-loT何
19、时能实现全球网络覆盖?如今,LTE-M和NB-loT已在许多国家落地,开始实现全球范围内的广泛覆盖。我们看到,有时某个地区的某家运营商开始专注于LTE-M和NB-loT其中一种技术,之后同一地区的竞争对手往往会提供另一种技术方案。在全国范围内部署产品打下了良好的基础,但为了实现全球覆盖,运营商之间还需签订全球商用漫游协议。这样企业只需签订一份合同,与一家供应商联系,即可在全球范围内部署设备。随着4G的广泛普及以及5G的正式商用,2G和3G正在逐步退网。2G技术如今仍广泛应用于物联网解决方案中。2G语音技术用于eCall紧急呼叫等服务,eCall为在欧盟任何地方发生碰撞事故的驾车人提供快速援助。
20、自2018年4月起,在欧盟地区销售的所有经型式认证的新车强制安装eCall系统。由于eCall规定使用2G语音,欧盟的运营商不会轻易将2G退网。我们预计大多数欧洲运营商对2G的支持将持续至2025年。在北美地区,2G的覆盖率低于欧洲,亚太地区的一些国家已经逐步淘汰了2G。LTE-M和NB-loT正开始实现全球覆盖,LTE-M领先一步。我们预计LTE-M和NB-loT可在5G的整个生命周期内使用。LTE-M和NB-loT在全球范围内的应用前景一家企业在LTE-M、NB-loT、LTE Cat-1之间进行选择时,应该考虑哪些最重要的因素?下面我们将详细说明这些关键因素以及它们之间的差异,从而为做出
21、最佳选择指明方向。在LTE-M、NB-loT和LTE Cat-1之间做出选择适应新应用场景的要求在选择连接技术时,必须考虑联网产品的整个生命周期。企业应选择一种能够与新用例一同升级发展的技术。想象一下,有一款叫做“联网门”的产品,最初只是具备开门、关门的简单功能,每晚发送使用数据到云端。一般来说,门的生命周期是10年。由于数据量非常小,因此最初的关注重点是采用带宽最小的技术。这款产品大量生产并成功推出。三年后,生产商希望在此基础上创造新的价值 除了联网功能之外,还要实现门与包裹递送服务的交互。对于那些随着时间推移不断发展的用例来说,整个解决方案应具备升级发展的潜力,这十分重要。相比较而言,LT
22、E-M具有更大的发展潜力。TELENOR IoT|SUNSET STRATEGY GUIDE|14LTE-M的带宽更宽,因此能更好地满足不断发展的新用例的需求。对于那些从一开始要求就很明确而且基本保持不变的用例来说,NB-loT则是合适的选择。LTE Cat-1具有更高的网络容量,能够以统一的连接技术实现全球部署,因此灵活性大大提高。2G/3G的替代方案由于世界上许多地区已经关闭了2G和3G网络,许多原有的用例需要转而采用新的连接技术。我们认为全球许多地区将继续使用2G技术,而且会比3G技术更长久。在欧洲,由于欧盟法律所要求的紧急救援服务依赖2G技术,因此我们预计,2G技术将继续使用至2025
23、年。如今在一些地区,LTE-M和NB-loT网络覆盖还不够理想,因此我们建议企业对网络覆盖范围进行更详细的验证,并确保设备与现有技术相兼容,作为备用。物联网用例最终将从老旧技术转向新技术。由于LTE-M能达到甚至超越2G/3G服务的技术特点,这会是自然而然的过渡。NB-loT的响应速度低一些且在移动性方面受到限制,适合要求较低的应用场景。LTE Cat-1的硬件和网络成本已经降至可以替代移动物联网技术的水平,作为2G和2G的替代技术,其吸引力有所提升。特别是LTE Cat-1 bis,其数据吞吐量超过了LTE-M和NB-loT,并提供了更大的带宽,因而适用于更多的物联网应用场景。TELENOR
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