LPWA in an LTE-M and NB-IOT World
【3S Market】這篇文章把目前發展物聯網，其所需的通訊網路支援的生態，以及接下來到未來，這個產業生態可能發生的變化，作者也做了一番推演。而目前很多把「我們公司就是在做物聯網」這句話掛在嘴上的廠商，這篇文章給他們看，可能看了也還看不懂——這篇文章在說什麼！
來源：物联网智库
正如一個古老格言所說：「當貓離開的時候，老鼠統治世界」，這一格言運用到物聯網領域，就是當NB-IoT規範延誤時，其他LPWAN就佔據了上風，這正是今天物聯網市場中正在發生的情況。
作為負責全球3G/4G/5G無線標準的組織，當物聯網蓬勃發展的時候，3GPP在這方面犯了一些錯誤。那些笨重的頭顯設備吸引了我們的注意力，也佔用著無線通信網路的頻譜資源，3GPP工程師們卻為了滿足這些設備的需求，完全忘記了需要給當前大量的機器對機器通信設備，設計一些新的技術，來替代GPRS這一老舊的2G網路。
他們將所有時間花在設計高功耗、高速率、各種昂貴版本的4G技術，來支持iPhone、Galaxys和Pixels王朝的發展，這些都是無法應用到物聯網的。
作為負責全球3G/4G/5G無線標準的組織，當物聯網蓬勃發展的時候，3GPP在這方面犯了一些錯誤。那些笨重的頭顯設備吸引了我們的注意力，也佔用著無線通信網路的頻譜資源，3GPP工程師們卻為了滿足這些設備的需求，完全忘記了需要給當前大量的機器對機器通信設備，設計一些新的技術，來替代GPRS這一老舊的2G網路。
他們將所有時間花在設計高功耗、高速率、各種昂貴版本的4G技術，來支持iPhone、Galaxys和Pixels王朝的發展，這些都是無法應用到物聯網的。
意識到這一漏洞，很多企業著手開發擁有自主產權的、低成本、低速率、低功耗通信技術，也收穫了低功耗廣域網路市場的機會。
雖然很多人認為這是「皇帝的新衣」，但是面對著正在到來的物聯網時代，網路營運商陷入困境，因為沒有相關產品可以提供，於是也開始推出LPWAN基礎設施。
意識到這方面，可能對其行動通信領導地位形成挑戰，並保持其在行動通信領域的地位，GSMA協會引導3GPP來訂製一套符合其「皇家身份」的標準，稱作窄頻物聯網(NB-IoT)。
這就是NB-IoT為什麼會「遲到」、為什麼在短期會失敗、為什麼在長期中會成功的故事，以及為什麼企業在這方面很難賺到錢。
標準研發的始末
在這個故事中，最讓人意外的是，3GPP完成標準花費的時間，以及網路營運商何時發佈。
回顧2010年，愛立信公開預測到2020年將有500億物聯網設備，不過隨後他們調低了這一預測數據，但產業內很少有人注意到這一變化，因為對於他們來說，一旦將「百億級」設備前景，與其業務規劃聯繫在一起，他們是很難拋棄這一預測的。
不論數字是否有意義，它在董事會辦公室會上得到高度關注，似乎意味著，他們自身的預測是非常正確。
回顧2010年，愛立信公開預測到2020年將有500億物聯網設備，不過隨後他們調低了這一預測數據，但產業內很少有人注意到這一變化，因為對於他們來說，一旦將「百億級」設備前景，與其業務規劃聯繫在一起，他們是很難拋棄這一預測的。
不論數字是否有意義，它在董事會辦公室會上得到高度關注，似乎意味著，他們自身的預測是非常正確。
正在發生的事情是，企業更加注重今天的收入，而不是明天的收入。當用戶擁抱智慧手機時，他們對於數據的需求爆發式增長。
當各家智慧手機供應商，將手機螢幕做得越來越大，行動視訊影像暴增，對網路容量帶來巨大壓力，所有人的注意力都集中在，提升其網路容量來保住用戶，營運商集中精力在如何更有效利用現有的無線資源，而不是為M2M和物聯網尋求新的標準。
對於這一問題，又一個簡單的答案：關閉2G網路，將2G佔用的資源用於4G，這將支持大概原有40倍的用戶群。正是他們這樣去實施了，他們可能會延遲支持物聯網。這這個時點上，其他LPWAN產業的雛形開始形成，GSMA協會開始感到驚慌，並引導3GPP著手NB-IoT的研究。
當各家智慧手機供應商，將手機螢幕做得越來越大，行動視訊影像暴增，對網路容量帶來巨大壓力，所有人的注意力都集中在，提升其網路容量來保住用戶，營運商集中精力在如何更有效利用現有的無線資源，而不是為M2M和物聯網尋求新的標準。
對於這一問題，又一個簡單的答案：關閉2G網路，將2G佔用的資源用於4G，這將支持大概原有40倍的用戶群。正是他們這樣去實施了，他們可能會延遲支持物聯網。這這個時點上，其他LPWAN產業的雛形開始形成，GSMA協會開始感到驚慌，並引導3GPP著手NB-IoT的研究。
在這一階段，有兩點值得我們關注：一個是研發一個無線標準的常規時間表，另一個是500億物聯網設備的主要需求。
研發一個無線通信標準，是一個漫長的過程。回顧2010年，我曾經試圖估算過時間和成本，結論是這項工作會花費大約10億美元，耗時大約8-10年，方能讓這一標準基本完善且對市場有吸引力，我們常見的一些局域網路技術，如藍牙、WiFi、Zigbee就是如此。
蜂窩網路比起這些技術更為複雜，所以研發成本更高，花費時間會更長。儘管如此，GSMA協會宣佈新的NB-IoT標準，會在6個月完成併發布，6個月之後，他們又宣佈標準進展非常順利，且在接下來6個月時間中會發佈。在此之後的6個月，他們在媒體公開說標準規範已完成。
蜂窩網路比起這些技術更為複雜，所以研發成本更高，花費時間會更長。儘管如此，GSMA協會宣佈新的NB-IoT標準，會在6個月完成併發布，6個月之後，他們又宣佈標準進展非常順利，且在接下來6個月時間中會發佈。在此之後的6個月，他們在媒體公開說標準規範已完成。
對於第二個問題來說，一個無線物聯網連接標準，是用來做什麼的?大部分物聯網設備都屬於「沈默寡言」型的，它們往往收集數據後，每天只傳輸少量幾次，它們是電池供電，因此無法用於不是大流量影像或通話應用中，如果一節小電池，或一些能量採集方案，可以讓它們運行好幾年，它們每天所能發送的數據量就非常小。
Sigfox公司深諳此道，並在其數據規劃中，也是如此執行的，它們不回去探討蜂窩網路百兆的數據速率，而是探討每天不超過14次數據頻率，每次不超過12比特，這一數據量大約相當於一個普通簡訊的數據。換句話說，大多數的物聯網應用，會讓簡訊看起來也很「臃腫」。
Sigfox公司深諳此道，並在其數據規劃中，也是如此執行的，它們不回去探討蜂窩網路百兆的數據速率，而是探討每天不超過14次數據頻率，每次不超過12比特，這一數據量大約相當於一個普通簡訊的數據。換句話說，大多數的物聯網應用，會讓簡訊看起來也很「臃腫」。
NB-IoT將走向末路?
不過，GSMA對此並沒有很深的理解。在此前舉行的行動寬頻論壇上，GSMA和其他營運商仍在暗示，物聯網設備需要數十甚至數百Kbps的數據速率。
對於營運商來說，這當然是其所希望的，但這並非物聯網設備所必需的。當物聯網的設備數量達到數十億的時候，連接費用和晶片成本必須非常低廉，比GPRS要更加便宜、更加簡化。
蜂窩網路產業界，並沒有充分考慮我們還未達到數十億物聯網設備以，及GPRS成本太高的問題。如果讓NB-IoT的複雜度還高於GPRS，這並不是開啓物聯網時代的節奏，我們需要的是一套技術標準，讓晶片的成本在大批量供貨，是可以降到1美元左右。
對於營運商來說，這當然是其所希望的，但這並非物聯網設備所必需的。當物聯網的設備數量達到數十億的時候，連接費用和晶片成本必須非常低廉，比GPRS要更加便宜、更加簡化。
蜂窩網路產業界，並沒有充分考慮我們還未達到數十億物聯網設備以，及GPRS成本太高的問題。如果讓NB-IoT的複雜度還高於GPRS，這並不是開啓物聯網時代的節奏，我們需要的是一套技術標準，讓晶片的成本在大批量供貨，是可以降到1美元左右。
這一路徑並非蜂窩晶片企業所走過的路，在2G網路商用的初期，營運商在兩個不同頻段上部署，射頻模組相對簡單一些，這也意味著晶片相應的比較簡單;隨著時間推移，用於大部分現有物聯網設備的GPRS模組，價格降至7美元左右。
然而，由於對更高頻寬需求的增加，3G和4G晶片變得越來越複雜，雖然摩爾定律的作用，讓它們的價格沒有過快增長，但每一個新發佈的標準，都不得不支持不斷增長的頻段需求(從2個頻段增長到70個頻段)，也要支持之前標準中，所有不同的協議，對這些技術的研發成本是非常高的，結果，3G模組的成本大約為20美元，4G模組的成本大約為35美元。
不斷增加的複雜度，相應的晶片也需要大量複雜的協議棧，這樣只有少數幾家晶片廠商才能獲益，高通佔有統治地位，聯發科佔據大部分剩餘的市場。兩家企業的商業模式，都是向少數幾家大批量採購的製造商供應數十億晶片，這些製造商擁有技術積累，可以將這些複雜的技術，整合到他們的產品中。
這樣的模式，並不適合成千上萬的物聯網產品商，對1美元晶片的需求。
然而，由於對更高頻寬需求的增加，3G和4G晶片變得越來越複雜，雖然摩爾定律的作用，讓它們的價格沒有過快增長，但每一個新發佈的標準，都不得不支持不斷增長的頻段需求(從2個頻段增長到70個頻段)，也要支持之前標準中，所有不同的協議，對這些技術的研發成本是非常高的，結果，3G模組的成本大約為20美元，4G模組的成本大約為35美元。
不斷增加的複雜度，相應的晶片也需要大量複雜的協議棧，這樣只有少數幾家晶片廠商才能獲益，高通佔有統治地位，聯發科佔據大部分剩餘的市場。兩家企業的商業模式，都是向少數幾家大批量採購的製造商供應數十億晶片，這些製造商擁有技術積累，可以將這些複雜的技術，整合到他們的產品中。
這樣的模式，並不適合成千上萬的物聯網產品商，對1美元晶片的需求。
你可以看看已發佈的NB-IoT標準，在這方面的困惑吧。NB-IoT本來有兩條不同的路徑，保守派以諾基亞和愛立信為代表，提議簡化4G標準的形式，這一路線的特點是可以在相同頻譜上，和4G設備協同工作，所以更容易與現有網路融合。
不過，這一標準需要在一定程度上保留4G的複雜度，最終產生兩個影響：一方面意味著晶片的複雜性，因此成本依然很高;另一方面，終端功耗也不會太低。
另一條路線是華為和沃達豐為代表，提出了全新空口技術。這一方案與4G網路無縫融合有些困難，但要求營運商為此留出少量的頻譜，專門為物聯網流量所用，其晶片更簡單因此也成本更低。
這一套新的路線，規避了傳統路徑需要複雜的硬體，來適應所有頻段，而營運商一般更傾向於複雜硬體的路線，因為這樣的話，他們可以將全球互聯互通的主要難題，推給晶片商和做協議棧的企業，營運商不論擁有哪張網絡、擁有哪個頻段，他們都可以正常運行，但帶來的影響是提高了硬體價格。
這一套新的路線，規避了傳統路徑需要複雜的硬體，來適應所有頻段，而營運商一般更傾向於複雜硬體的路線，因為這樣的話，他們可以將全球互聯互通的主要難題，推給晶片商和做協議棧的企業，營運商不論擁有哪張網絡、擁有哪個頻段，他們都可以正常運行，但帶來的影響是提高了硬體價格。
新的路徑源於Weightless標準，位於劍橋的創業公司Nuel開發Weightless，作為新的無線協議，使用電視白頻譜。當該公司被華為收購後，其技術被重新規劃，運行於授權頻譜上。由於沒有後向相容的負擔，該技術給了晶片廠商機會，可以將成本降至1美元量級。
這兩種路徑本來是不相容的，3GPP是如何解決兩者之間的差異的?這是一個有趣的話題。在好奇心驅使下，當規範發佈後，我研究了規範文本。當我們閱讀它的時候，我們可以看到他們是如何如此快速完成了該技術規範。
文本中包含了華為/沃達豐和愛立信/諾基亞/英特爾的兩種選擇，而不是試圖去找到一個折衷的方法，因此完全是由晶片供應商和營運商，來決定他們支持哪一方。
規範起草團隊在截止日期，提交一疊文稿給PR部門來發佈，並以「後真相」的方式來推動技術，這似乎是不可取的。
我們可以善良地認為，規範起草團隊只是發佈了一個初稿，並在後續致力於推動兩種提案的融合，但實際上他們似乎忽略了這些工作，而是聚焦於在規範中加入定位的功能。或許是因為LoRa提供這一功能，他們不想落後而已。
我們可以善良地認為，規範起草團隊只是發佈了一個初稿，並在後續致力於推動兩種提案的融合，但實際上他們似乎忽略了這些工作，而是聚焦於在規範中加入定位的功能。或許是因為LoRa提供這一功能，他們不想落後而已。
讓NB-IoT快速實現，似乎更有說服力。當今年沃達豐宣佈首個NB-IoT商用網路試驗時，Sonera也在芬蘭宣佈，完成首個NB-IoT商用試驗，這看起來好像非常困惑，實際上並不矛盾。沃達丰採用的是華為的NB-IoT標準，而Sonera採用的是諾基亞的NB-IoT標準，兩者並不相同。
沒人知道哪種路徑將勝出，個人認為最終是華為勝出，因為它擁有晶片供應商海思，可以支持其提供1美元級別的晶片，如果他們也能夠說服中國政府，來發展數億的設備連接，則其技術將成為事實標準。
諾基亞、愛立信和英特爾並不想讓步，但其晶片的高成本，加上缺乏像中國市場，那樣的規模化設備的支撐，因此很難勝出。
沒人知道哪種路徑將勝出，個人認為最終是華為勝出，因為它擁有晶片供應商海思，可以支持其提供1美元級別的晶片，如果他們也能夠說服中國政府，來發展數億的設備連接，則其技術將成為事實標準。
諾基亞、愛立信和英特爾並不想讓步，但其晶片的高成本，加上缺乏像中國市場，那樣的規模化設備的支撐，因此很難勝出。
不幸的是，這樣的商業戰爭並不利於市場發展。若沒有全球相容性的標準，製造商是不願去應用該技術的，因為他們不能確定其產品，是否能在其他目標市場上使用。
這樣一來，整個量級不會上去，相應的晶片成本也會居高不下。除此之外，其他重要的事情也會被推遲，比如開發新的測試、網路優化維護設備，這些對完善網路性能非常重要。為了可持續發展，NB-IoT需要發展成單一的低成本、全球相容的標準。若兩者鬥爭還在繼續，則NB-IoT將會走向末路。
這樣一來，整個量級不會上去，相應的晶片成本也會居高不下。除此之外，其他重要的事情也會被推遲，比如開發新的測試、網路優化維護設備，這些對完善網路性能非常重要。為了可持續發展，NB-IoT需要發展成單一的低成本、全球相容的標準。若兩者鬥爭還在繼續，則NB-IoT將會走向末路。
其他攪局者
當NB-IoT在推進時，其他LPWAN供應商已經在攪局了。
Sigfox雄心勃勃，不斷推動其價格下降，包括模組和數據包，近期宣佈，在2017年其模組將降至3美元左右，且將推出低至每年1.5美元的數據包，當然，Sigfox也需要獲取更多的連接數，因此有可能進一步降低成本。
截止目前，該公司已經通過風投市場，募集超過3億美元的資金，並計劃2018年啓動IPO，不過要達到合適的市值，他們認為其連接的活躍設備數，至少要達到1億以上。因此，Sigfox的投資人會對其施壓，要求其盡量獲得更多的連接數，並有可能將物聯網連接商品化，從其競爭對手手中購買。
截止目前，該公司已經通過風投市場，募集超過3億美元的資金，並計劃2018年啓動IPO，不過要達到合適的市值，他們認為其連接的活躍設備數，至少要達到1億以上。因此，Sigfox的投資人會對其施壓，要求其盡量獲得更多的連接數，並有可能將物聯網連接商品化，從其競爭對手手中購買。
LoRa是一個更加分散的群體，其生態系統中有大量的供應商，但LoRa的最大特點是，任何人都可以購買LoRa網管，來搭建自己的網路，這一點非常重要。
一個典型的眾籌型網路營運平台——TTN(The Thing Network)就在設計其模組和網管，並說服電子產品分銷商Farnell Element14來銷售這些設備，就像其銷售樹莓派開發板一樣。
起初，TTN設計的產品只是在學校協助代碼開發，目前已經被開源社區使用，成為很多項目和產品的基礎。
一個典型的眾籌型網路營運平台——TTN(The Thing Network)就在設計其模組和網管，並說服電子產品分銷商Farnell Element14來銷售這些設備，就像其銷售樹莓派開發板一樣。
起初，TTN設計的產品只是在學校協助代碼開發，目前已經被開源社區使用，成為很多項目和產品的基礎。
TTN/Farnell的目標很明確，希望以250歐元價格銷售LoRa網管，換句話說，只需250歐元，則任何人都可以成為覆蓋半徑5公里的物聯網網路營運商。TTN開發者社區，試圖建立一個全球化的LoRa網路，提供通用性、相容性的平台，能夠將大量網管連接在一起。
雖然在成本上可能比Sigfox略高一些，但這對開源社區有吸引力，使得最新技術可以獲得創新紅利。規模化一直是個問題。到2017年聖誕，在劍橋、阿姆斯特丹和柏林等地，都有超過1000個LoRa網管，這將形成一次有趣的嘗試，或許也會給Ingenu一些參考和機會。
雖然在成本上可能比Sigfox略高一些，但這對開源社區有吸引力，使得最新技術可以獲得創新紅利。規模化一直是個問題。到2017年聖誕，在劍橋、阿姆斯特丹和柏林等地，都有超過1000個LoRa網管，這將形成一次有趣的嘗試，或許也會給Ingenu一些參考和機會。
在這樣的模式下，對於網路營運商意味著什麼呢?沃達豐已經與NB-IoT深度綁定，但其他營運商並不一定如此，它們可能在不同的LPWAN技術中搖擺。
儘管如此，為了得到更多的物聯網連接數，營運商的合約價格已非常低了，如SK電信降至每月0.3美元，Sigfox很有可能近期降至每年2美元以下，這與營運商從傳統M2M業務中，獲得的50-200美元的收入相差甚遠。
儘管如此，為了得到更多的物聯網連接數，營運商的合約價格已非常低了，如SK電信降至每月0.3美元，Sigfox很有可能近期降至每年2美元以下，這與營運商從傳統M2M業務中，獲得的50-200美元的收入相差甚遠。
每年2美元的價格，200億聯網設備貢獻的收入，只有當前全球行動用戶收入的4%左右，這也很有可能低於，營運商從現有GPRS用戶中獲得的收入，而未來GPRS將會被LPWAN所替代。
換句話說，營運商支持200億的物聯網連接，但獲得的收入反而下降了，即數百億的物聯網連接的機遇，給營運營商帶來的是收入的下降，而不是上升。
換句話說，營運商支持200億的物聯網連接，但獲得的收入反而下降了，即數百億的物聯網連接的機遇，給營運營商帶來的是收入的下降，而不是上升。
有不少營運商可能會認為，他們可以透過物聯網產業鏈的其他環節，來獲取收入，如雲服務或大數據分析，但是目前來看很少有跡象顯示，營運商在這些環節中佔據有利地位，亞馬遜、谷歌以及其他供應商，已經在這方面佔據優勢地位。
在接下來的時間中，大量的應用很有可能採用Sigfox和LoRa這樣的標準，而選擇這些標準的開發者，肯定會自然而然地使用亞馬遜或谷歌等成熟的服務。
在接下來的時間中，大量的應用很有可能採用Sigfox和LoRa這樣的標準，而選擇這些標準的開發者，肯定會自然而然地使用亞馬遜或谷歌等成熟的服務。
NB-IoT會永生?
雖然目前NB-IoT存在一些問題，但3GPP的研發者們也會向前看，他們最終會推出符合產業需求的標準規範。不過，個人認為要到2023年才能問世，因為這才符合無線通信標準的研發週期。這樣一來，其他LPWAN標準有了充足的時間來發展，而雲計算和大數據服務供應商也脫穎而出，取得一定市場和用戶市場佔有。
但是，3GPP標準的優勢也不容忽視，它更容易被推廣開來，在很多情況下，只需基地台軟體的升級就可以實現，因此3GPP的標準，從一個完結的版本，到全球應用所用的時間並不長。到那個時候，大部分物聯網供應商，可能會轉向這一陣營，或許其他LPWAN的時代就會終結。
當然，大部分LPWAN的玩家和投資者，看到了這幾年的回報，並在這個時間窗口期獲得了回報，因此當3GPP標準全面商用前它們可能就消失了(對於風投來說，5年可能都是一個很長的時間)。
當然，大部分LPWAN的玩家和投資者，看到了這幾年的回報，並在這個時間窗口期獲得了回報，因此當3GPP標準全面商用前它們可能就消失了(對於風投來說，5年可能都是一個很長的時間)。
多年來，我們一直追求推出低功耗廣域連接方案，讓傳感器電池壽命達到十年及以上時間，然而，目前我們已經有了數個不同的LPWAN網路解決方案，它們能支持10年電池壽命，但其網路不一定能運行十年，也就是說，電池壽命超過網路壽命。對於一個設備商來說，不論它今天選擇何種連接方案，在接下來的10年中將會消失，或者說，他們的產品週期，取決於對網路營運商的選擇。
未來NB-IoT所失去的是一些預期的收入，在其他LPWAN技術競爭過程中，這方面的利潤已經越來越少，使營運商進一步管道化，相反，卻讓產業鏈其他玩家獲得超額的收入。
未來很長的時間裡，NB-IoT將會振作起來，並成為物聯網連接市場中的主導，不僅連接的量級會增加，營運商所擁有的授權頻譜也會提供QoS服務，這是其他LPWAN技術所不能提供的。
另外，NB-IoT也能讓很多用戶要求網路穩定地使用15-20年的需求成為可能。從這個意義上來說，長期中NB-IoT將永生。
未來很長的時間裡，NB-IoT將會振作起來，並成為物聯網連接市場中的主導，不僅連接的量級會增加，營運商所擁有的授權頻譜也會提供QoS服務，這是其他LPWAN技術所不能提供的。
另外，NB-IoT也能讓很多用戶要求網路穩定地使用15-20年的需求成為可能。從這個意義上來說，長期中NB-IoT將永生。
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