衛(wèi)星NB-IoT、私有NB-IoT，支撐5G連接“未連接的物”

基于衛(wèi)星的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)自建私有 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，都是通過擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)連接方式，實現(xiàn)“連接未連接的物”，擴(kuò)大 5G 大連接的范疇，盡量使物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)覆蓋所有場景。

筆者曾在《2020 全國物聯(lián)網(wǎng)全景圖譜報告》前言中提到，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)正在“擴(kuò)大連接范圍，連接未連接的物”。過去幾年中，NB-IoT 作為專用于物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)，除了由主流運營商部署外，也在不斷擴(kuò)大部署形式，擴(kuò)展運營商 NB-IoT 不能覆蓋的范疇，力求做到大部分低功耗、大連接的遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)場景都有相應(yīng)連接方案。

基于衛(wèi)星的 NB-IoT

NB-IoT 一個新的擴(kuò)展方向是向天基物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，即通過衛(wèi)星提供全球無處不在的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，這樣不論身處海洋還是深山中，都可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)連接。

初創(chuàng)公司 Skylo Technologies 為全球物聯(lián)網(wǎng)用戶提供泛在連接服務(wù)，其中一個亮點是計劃于 2020 年夏季推出基于衛(wèi)星的全球化 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，這一 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)旨在為移動性設(shè)備提供服務(wù)，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、交通、航海、應(yīng)急等領(lǐng)域。Skylo 公司成立于 2017 年，并于當(dāng)年年底獲得三家機(jī)構(gòu) 1300 萬美元的 A 輪融資，其中一家機(jī)構(gòu)是谷歌前 CEO Eric Schmidt 的風(fēng)投公司；近日，該公司又獲得了軟銀領(lǐng)投的 1.03 億美元的 B 輪投資。

Skylo 公司基于衛(wèi)星的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)是采用地球同步通信衛(wèi)星連接 Skylo 部署在地球上的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)運行頻段除了專門的同步衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)頻段外，也運行在 3GPP 所定義的頻段上。這是一個雙向通信的網(wǎng)絡(luò)，除了網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)回傳給衛(wèi)星外，由于專有的天線技術(shù)，衛(wèi)星無需額外設(shè)備也可以將數(shù)據(jù)反饋至網(wǎng)關(guān)。其中，那些網(wǎng)關(guān)是 8*8 英寸的盒子，一般安裝在漁船、火車車廂以及其他場景設(shè)備上，網(wǎng)關(guān)盒子作為收發(fā)器，收集本地傳感器數(shù)據(jù)，并通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至云端平臺。
 
目前已有大量衛(wèi)星通信的方案，但衛(wèi)星通信一般成本很高，而這張 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)成本并不高。根據(jù) Skylo 公司 CEO 所述，該網(wǎng)絡(luò)連接成本比現(xiàn)有衛(wèi)星通信方案節(jié)約 95%的成本。具體來說，該網(wǎng)絡(luò)連接資費大約為每個用戶每月 1 美元，硬件成本即網(wǎng)關(guān)低于 100 美元。Skylo 公司的衛(wèi)星 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)首先在印度提供服務(wù)，首家客戶是印度鐵路公司，印度鐵路公司將在其車廂安裝 Skylo 的網(wǎng)關(guān)，使用 Skylo 的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)。
 
根據(jù) GSMA 發(fā)布的數(shù)據(jù)，截止 2020 年 1 月，全球已有 92 張商用 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)。在全球主流運營商都部署 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的同時，基于衛(wèi)星的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)正在踐行著“連接未連接物”的使命，一方面對運營商蜂窩網(wǎng)絡(luò)形成補充，另一方面在一定程度上也和蜂窩網(wǎng)絡(luò)形成競爭。

實際上，Skylo 并非獨家提供衛(wèi)星 NB-IoT 的廠商，美國另一家物聯(lián)網(wǎng)公司 Ligado Networks 表示其準(zhǔn)備在 1500MHz-1700MHz 頻段上使用 NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)一個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)；盧森堡一家名為 OQ Technology 的公司已經(jīng)在一些商業(yè)衛(wèi)星上測試軟件定義無線電（SDR）的 NB-IoT 無線接入。除此之外，我們也看到近年來大量初創(chuàng)公司均推出廉價的低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)方案，國內(nèi)也有數(shù)家民營衛(wèi)星公司推動衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展，當(dāng)然國內(nèi)還未出現(xiàn)基于衛(wèi)星的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)。

私有 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)

GSMA 所公布的截止 1 月有 92 張 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)商用，這些網(wǎng)絡(luò)均為主流運營商向所在區(qū)域提供的公共物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，而隨著 NB-IoT 逐漸成熟，私有 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)，為一些關(guān)鍵行業(yè)提供更為安全可靠的保障。

2019 年 6 月，位于美國加州的一家名為 Puloli 的公司宣布推出首個私有 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)采用 700MHz 頻譜，部署在佛羅里達(dá)北部，基本覆蓋該地區(qū)大多數(shù)人口，是為該地區(qū)一家公用事業(yè)企業(yè)提供部署的。對于私有網(wǎng)絡(luò)，Puloli 探索出一套網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)（NaaS）的商業(yè)模式，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、部署和運營。除了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)外，該私有 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)采用 Pycom 公司基于 Sequans Monarch 芯片的 NB-IoT 模組，該模組支持 700MHz 頻段。
 
由于是私有網(wǎng)絡(luò)，Puloli 對此進(jìn)行專門的頻段定制，在 700MHz 頻段中使用 1MHz 作為下行，另外 1MHz 作為上行。當(dāng)然，由于 700MHz 頻段已經(jīng)被 21 家基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)構(gòu)購買，包括電力、燃?xì)狻⑺畡?wù)、石油以及鐵路公司，因此頻譜是部署私有網(wǎng)絡(luò)最具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)。Puloli 與一家名為 Select Spectrum 的頻譜咨詢機(jī)構(gòu)合作，該機(jī)構(gòu)為無線電頻譜的買賣提供規(guī)劃、咨詢和數(shù)據(jù)分析服務(wù)，最終確定頻譜定制方案。

部署私有網(wǎng)絡(luò)并非一件新鮮事物，在移動通信發(fā)展的各個歷史階段，都有很多重點行業(yè)和重點企業(yè)基于自身業(yè)務(wù)的需要，自建或者委托建設(shè)一張歸屬于自己的私有網(wǎng)絡(luò)，與運營商提供的公共網(wǎng)絡(luò)做到物理上的隔離來保障安全性。因此，在全球主流運營商積極部署 NB-IoT 公共網(wǎng)絡(luò)的同時，NB-IoT 私網(wǎng)也開始出現(xiàn)，也是一個正常的現(xiàn)象。
 
當(dāng)然，從目前發(fā)展情況看，NB-IoT 私網(wǎng)并未形成一個大量部署的態(tài)勢。實際上，早在 2016 年 6 月 NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)之初，華為就推出了基于 NB-IoT 的私網(wǎng)方案 eLTE-IoT，華為企業(yè)網(wǎng)官方微信對此做出以下描述：
 
eLTE-IoT 解決方案是為企業(yè)自建的免授權(quán)物聯(lián)網(wǎng)市場，提供基于 Sub-GHz 免授權(quán)頻譜的低功耗中長距物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)。針對低數(shù)據(jù)速率、大規(guī)模終端數(shù)目及廣覆蓋要求等典型的 M2M 應(yīng)用場景，eLTE-IoT 可以為政企等行業(yè)客戶，如智慧城市、電力和燃?xì)?/ 水務(wù)廠商開辟廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場。eLTE-IoT 的芯片將完全重用 3GPP NB-IoT 的芯片，和免授權(quán)頻譜上的 LTE 技術(shù)類似，eLTE-IoT 產(chǎn)業(yè)鏈的參與者，也是 3GPP NB-IoT 的玩家。
 
既然能夠復(fù)用 NB-IoT 本身產(chǎn)業(yè)生態(tài)，那么隨著 NB-IoT 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，NB-IoT 私網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈也會準(zhǔn)備就緒。不過，除了產(chǎn)業(yè)鏈外，需求、商業(yè)模式等方面也需要準(zhǔn)備就緒。近年來，僅電力等少數(shù)行業(yè)中有 NB-IoT 私有網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。
 
在當(dāng)前 5G 快速發(fā)展的背景下，NB-IoT 已納入 5G mMTC 候選標(biāo)準(zhǔn)中。此前，全球多國和大量行業(yè)都在探索發(fā)展 5G 私網(wǎng)，不少國家也開始為企業(yè)建設(shè) 5G 私網(wǎng)分配頻譜，形成 5G 賦能行業(yè)的一種典型的形式。企業(yè)自建 5G 私網(wǎng)，在很大程度上用于物與物的通信，連接企業(yè)各類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，而其中低功耗、大連接的部分將由 NB-IoT 來承載。從這個角度來看，未來 NB-IoT 私有網(wǎng)絡(luò)更多是通過 5G 私網(wǎng)來呈現(xiàn)。
 
不論是基于衛(wèi)星的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，還是企業(yè)自建私有 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，都是通過擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)連接方式，實現(xiàn)“連接未連接的物”，擴(kuò)大 5G 大連接的范疇，盡量使物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)覆蓋所有場景。