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运营商的思考
纷扰的LPWA市场

LPWA(Low Power Wide Area，低功耗广域)从一开始就被认定为自2014年兴起的第二波物联网发展浪潮中最关键的技术之一。在2015年，3GPP标准组织为应对LoRa、Sigfox、Ingenu等非授权频段LPWA技术零星部署与全球拓展趋势的挑战，迅速明确了NB-loT、 eMTC及EC-GSM三条清晰的LPWA技术发展路线，到了2016年6月，最受业界关注的NB-loT技术的核心功能标准顺利冻结，同时期Orange、韩国SK电讯、全球最大的有线电视网络运营商Comcast、印度塔塔通信以及日本软银等具有影响力的运营商已部署或者即将部署LoRaWAN网络，使得整个LPWAN (Low Power Wide Area Network，低功耗广域物联网)竞争从原先技术标准的口舌之争在真正意义上升级转入了市场备战阶段。面对纷扰的LPWAN市场，运营商的思考是什么？
网络技术选择是单选题还是多选题？
直觉上运营商好像就应该天然地遵循3GPP标准去走移动蜂窝网的路线，根据自身情况与能力从NB-loT、eMTC及EC-GSM中选择一种或两种技术去部署，而其中最热门的是N B-loT,预计未来有超过80%的运营商会部署NB-loT网络，这种选择的确规避了技术风险。那先简单对比—下非授权频段LPWA技术阵营中的最大热门LoRaWAN与NB-loT的情况，如表1所示。
表1

LoRaWAN
NB-loT
技术特点
扩频
基于LTE的窄带
产业推动
LoRa联盟
3GPP
知识产权归属
归属Semtech公司，不收取专利费用
开放性技术标准，产业链共享
厂商支持情况
芯片：Semtech(为主)、Microchip
芯片：海思、Intel、Qualcomm、中兴微电子等
网络设备：Cisco、中兴、诺基亚、Actility、IBM、Kerlink、Sagemcom以及一些国内中小厂商等
网络设备：华为、爱立信、诺基亚、中兴等
网络安全
接入安全：网络接入已有简单定义，需自定义进行加固应用安全：由应用层自行定义
接入安全：完全遵循LTE网络的接入能力应用安全：由应用层自行定义
产业成熟度
过热期，1～2年进入成熟期(注：随着欧洲、东亚运营商部署LoRaWAN网络，国外的产业链已相对成熟，国内的产业链尚处于松散状态)
幻灭期，2～5年进入成熟
工作频率
433MHz(国内)公开非授权频段，无需获批
国内运营商自有频率，暂时无需获批
性能
系统带宽
2MHz(8信道基站为例)
200KHz(1个工作频段)
传输速率
＜50kbps
160kbps～250kbps
覆盖
长距，最大耦合损耗MCL=162dB
长距，最大耦合损耗MCL=164dB
容量
2000report/200kHz/1hour
60000report/200kHz/1hour
功耗
平均56uA@162MCL(1report/day)
平均85uA@164MCL(1report/day)
成本
模块(￥)
约30元
目标约35元(不含SIM卡座)
网络建设(￥)
单站(含施工)成本约2万元，运营级LoRa网络服务器在百万元以上
单站需新增RRU设备和BBU板卡(RRU可与低频段LTE网络一起建设)
运营成本
较高(独立网络运维)
初期运营成本高，后期与移动蜂窝网融合运维，可摊薄运营成本
从对比情况来看，NB-loT仅凭工作频率这一点就具备了压倒性的优势，这也是LoRaWAN等非授权频段LPWA技术被对手所诟病的地方。“WiFi的今天，就是LoRaWAN的明天”，在移动互联网领域，用户可以人为选择不同的接入方式来缓解WiFi网络质量变差的问题，但到了物联网领域，终端若采用自动选网功能，势必会大幅度增加成本投入，这是物联网解决方案厂商所不能接受的，控制终端成本是物联网产业链的核心问题之一。既然如此，像LoRaWAN等非授权频段LPWA技术应适合于小众市场，那为何还有运营商会选择其进行建网部署呢？还是让我们一起来看看NB-loT到底离商用还有多远。
表2 NB-loT商用部署推进时间表

关键时间点
待解决的关键问题
标准协议
2016年6月16日核心功能标准协议冻结发布，9月完成性能规范，12月完成一致性测试规范

芯片与模组
2016年8月推出测试样片，同年10月提供测试模组，预计2017年第1季度推出商用芯片，第2季度提供商用模组
功能协议一致性、性能、功耗与成本(预计2017年第2季度会有初步结论，给出商用报价)
无线网设备
2016年10月实现与终端的联调能力，2017年第1季度可提供预商用设备
功能协议一致性与性能(目前第三方配合测试的测试仪表正在研发中)
核心网设备
2016年11月实现联调能力，2017年第1季度可提供预商用设备
功能协议一致性与性能(需无线基站、终端同步支持新功能)
运营商预商用测试
2017年第2季度启动，预计第3季度末完成
无线网与核心网部署方案制定，计费策略制定与开发，网管与物联网平台开发，物联网网络安全保障以及设备性能评估
商用部署
随着低频段重耕工作的启动，可提前至2017年第1季度启动网络建设，经第3季度完成预商用测试后，2017年年底前可完成网络优化，到2018年年初形成规模性的NB-loT网络
网络优化
到2017年年底，NB-loT的网络能力将完全具备商用能力，而芯片的性能与成本能否达到预期目标是整个市场所关注的重点，也是LPWA市场选择NB-loT技术的风向标。
对于运营商而言，现在是静静地等待NB-loT的到来，还是提前布局产业链领跑市场呢？未来NB-loT时代，将不存在制式的差异，所有运营商都将使用相同标准的技术，使用700MHz、800MHz以及900MHz工作频段的差异体现在实际覆盖效果上会变得很小，真正的差距在于运营商的基站站址数量的差异。可以预见，未来运营商间的NB-loT市场竞争将会更惨烈，拼的是网络覆盖、资费价格以及应用解决方案的成熟性等。面对这两年中已经出现的窄带物联网商机，借助LoRaWAN网络率先占领市场，培育窄带物联网的运营经验，快速形成完善的应用解决方案，弥补在移动市场中已有的差距，对于一些运营商来说，不失为一种较为理想的市场战略。当然其后续仍然会全面部署NB-loT网络，而自身的窄带物联网生态链已经提前培育好，可以迅速移植到NB-loT网络上。
LPWA的应用到底有哪些？
●LPWA技术的应用市场潜力巨大，据Analysys Mason预测，到2022年，LPWA技术将服务超过27亿美元的M2M市场，届时会产生超过100亿美元的收入。LPWA开辟新市场有如下三大主要竞争力。
低成本：由于每个设备的成本低于5美元，并且每年的维护成本低于1美元。
低功耗(无需外部供电)：使用同一块电池，LPWA设备可以持续工作十余年，这是传统的移动解决方案无法达到的。
强传播(深度覆盖，含广覆盖能力)：LPWA技术可以保证设备在楼宇或地下深处工作。
●LPWA技术特征是低成本、低功耗和强传播，适应的市场类型和传统蜂窝移动网络的市场并不相同。LPWA技术是对传统市场的进一步扩张，而不是简单地在原有市场对传统网络的重叠和替代。
●LPWA技术特征可以适用于不同领域的垂直市场，GSMA(GSM协会)按照应用领域将其细分为7个垂直市场，具体如图1所示。

图1 LPWA七大垂直市场的分类(来源：GSMA)
据Analysys Mason预测，到2022年市场收益最大的三个垂直市场将会是农业与环境(占25%)、消费者和医疗(占22%)和智慧楼宇(18%)，具体如图2所示。

图2 全球LPWA技术收益预测
7大垂直市场24个应用示例的业务模型呈现出LPWA应用需求是以弱移动、上行事件触发发送为主，如图3所示。

图3 典型LPWA应用的业务模型示例
而从国内已经出现的LPWA市场商机来看，目前还是聚焦在公共事业、农业与环境、智慧城市以及智慧楼字中的少量应用上，整个LPWA技术的应用空间尚未打开，当然有些方面还有待LPWA技术进一步完善来满足，具体如表3所示。
从现有的几个重点窄带物联应用来看，LoRaWAN与NB-loT所覆盖的应用有着很大的重叠性，两者差异化的应用不显著，并且无论是LoRaWAN还是NB-loT在应用适配上还是存在需要提前考虑以及进一步完善的地方。
●LPWA技术适合单一化功能的小数据转送应用，例如水/煤气抄表、环境数据收集等。若需增加视频监测功能时，那LPWA技术就无法满足了。因此，在方案设计初期一定要明确应用需求，兼顾考虑未来功能的扩展，选择合理的网络接入方案与终端方案。
●密集分布的终端同时发送数据一定会对LPWA网络产生影响，所以在应用开发时仍需要通过应用平台对终端进行控制，以降低LPWA单基站的并发流量。
●基于基站的定位能力目前尚没有创新与突破，LPWA网络定位精度仍与目前2G、3G以及4G网络的能力相似，而GPS+LPWA通信模块的定位方式则增加了终端投入成本，未必能得到客户的普遍认同。因此，LPWA的定位能力提升是后续技术研发中很重要的课题。
有限的应用市场也使得提前布局窄带物联网市场变得相当重要。当然借助“技术引领应用”的契机，运营商会通过LPWA网络的部署充分挖掘潜在市场，为更多领域提供技术服务，LPWA将被用来发掘新的市场机会。
LPWAN运营模式能否突破？
LPWAN市场除了直面运营商间的竞争，是否还有潜在的对手呢？答案是肯定的。
表3
垂直市场
应用
LoRaWAN
NB-loT
其他技术的机会
是否满足
备注
是否满足
备注
公共事业
水/煤气监测(含抄表)
√
降低对单基站并发容量的影响，需要对终端进行应用层的控制优化①
√
同①
若需增加基于视频的水流监测，则终端直接使用LTE技术或多模技术
农业与环境
农业与环境近实时监测
√
同①
√
同①
-
农业气候土壤监测
√
同①
√
同①
-
环境数据收集
√
同①
√
同①
若需增加基于视频的数据采集啊，则终端直接使用LTE技术或使用多模技术
智慧城市
城市停车
√
业务使用随机性，需做好容量规划②
√
同②
-
城市垃圾管理(窨井管理)
√
同②
√
同②
-
城市智慧照明
√
同①
√
同①
-
智慧楼字
烟雾报警器
√
同②
√
同②
-
消费者与医疗
智慧自行车
√
对有区域性覆盖的要求：适合(暂支持GPS+通信模块的定位能力，不提供基于基站的定位能力)
√
基于基站的定位精度与目前移动蜂窝网的定位能力一致；或者直接使用GPS+通信模块的定位能力③
-
物流
物流
×
对有全国性覆盖的要求：不适合
√
同③
若需增加语音能力，则需要考虑引入eMTC；若需增加实时视频能力，则终端直接使用LTE技术或使用多模技术
●全系统设备厂商可以部署行业性的NB-loT网络
一直以来NB-loT都被认为是运营商的专属，其实不然，当全系统设备厂商具备了芯片的研发制造能力，其就能随心所欲地改变NoT的工作频段，这一行动完全取决于市场利益。近两年来，国内采用1785MHz～1805MHz非授权频段部署LTE-TDD行业私网的案例越来越多，在促进网络设备产品成熟的同时，也快速进入了规模化生产阶段，若后续在500MHz以下非授权频段增加NB-loT无线基站模块，其实现难度不会太大，研发成本也不会很高，并且还能重用行业私网的核心网，网络升级的成本也在可接受的范围之内。同时，设备厂商自身也可以通过建设NB-loT开发实验室与成立CLAA(中国LoRa应用联盟)等方式，建立产业生态圈，形成综合性的应用解决方案体系。在物联网领域，运营商不仅是这些设备厂商的客户，同时也是竞争对手。
●拥有丰富的低频段资源的广电可以是个搅局者
随着电视广播数字化、有线化的发展，广电手中的低频段频谱资源会越来越多，在全国范围内如火如荼推进的基于700MHz的NGB-W(Next Generation Broadcasting Wireless Network，下一代广播电视无线网)试验，其中就包含了利用LTE技术建设双向通信基站实现小区制双向传输补盲的能力。NGB-W网络由于政策的限制暂无法引入智能手机提供移动互联网业务，但是对于能否提供物联网业务，至少现阶段还没有明确的限制，完全可以成为一种新的尝试。所以，未来NB-loT甚至eMTC与NGB-W共网并存是有可能的，这将大大降低网络建设成本，因为没有一家运营商会为了LPWA市场去建设独立的NB-loT网络。
当然，将LoRa、Sigfox、Ingenu等非授权频段LPWA技术移植到500MHz或者600MHz频段工作，这也是一个可行的选项。因此，从某种意义上讲，LPWA技术就不存在非授权频段技术与授权频段技术的分类，所谓的非授权频段与授权频段技术的定义完全取决于频谱拥有者对市场收益的判断。
面对这一市场，运营商处于前后夹击的局面，如果一如既往地靠自身资产投入去独立运营LPWA网络，很有可能成为这个市场中的输家，在窄带物联网时代，流量已经无法直接变现，数据价值变现短期内还是一个美丽的传说，相对封闭独立的行业数据壁垒不是一时半会儿能打破的，等待行业数据共享与价值变现的红利释放需要有足够的耐心，这是一个很漫长的过程，未必是运营商的决策者能等得起的。此时此刻，运营商需要合理利用自身的站址与传输、与行业客户的关系、综合平台运营等优势资源，尝试与其他企业一起建网与运营的合作模式，实现资源互补，共同承担市场风险，避免在物联网领域又被动地成为尴尬的纯管道提供者。

-全文完-