隨著2016年6月16日第三代合作夥伴計劃(3GPP) RAN全會第72次會議順利結束，窄頻物聯網(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)協議正式凍結，作為 3GPP R13一項重要課題，正式宣告了這項受無線產業廣泛支援的NB-IoT標準核心協定歷經2年多的研究終於全部完成。全球營運商有了第一個基於標準化的， 進入商用階段的物聯網專有協議，這對蜂巢式物聯網產業是非常重要的一個起點。
說到物聯網專有的標準，多年來，市場一直在推動一些新興協議的測試和商轉。蜂巢式網路曾經推出了低速的CAT. 1、CAT. 0標準。非蜂巢式的無線網路包括Sigfox、LoRa、Weightless等等，在全球都有一定的支持者。
總結來說，蜂巢式網路無疑是機器對機器(M2M)最直接、投入最少的連接方式。但是，從2G到LTE，3GPP的協議大部分圍繞手機通訊而設置。M2M的設備，長期以來採用的都是和手機通訊基本一致的通訊規格。然而，手機通訊和M2M通訊的需求畢竟還是有很大不同。
手機注重的是語音和影像，資料量需求大，語音品質要求高。而M2M的通訊設備，根據不同的應用，對資料速率要求也不一而足。例如車載通訊，目的是將汽車變成一個綜合性的移動設備，需要兼具安全和娛樂等多種功能，對資料傳輸速率，頻寬要求比較高，與手機相比，車載設備還有一個很重要的特性，就是即
時性。未來無人駕駛時代，汽車通訊對於即時性的要求會變得更高。而對一些智慧抄表、風力發電機、鐵塔監控等等設施，對資料的即時性，以及資料傳輸速率和頻寬的要求是非常低的，對語音、影像基本沒有要求。
各種市場調研機構對未來M2M市場都做了非常良好的預期，思科甚至提出了2020年，有高達「500億」M2M設備終端總量的預測，除去藍牙、Wi-Fi等無線連接，200億蜂巢式的物聯網終端的預測應該是一個比較靠譜的資料，可是如果M2M設備全部占用與手機的蜂巢式網路同樣的資源，跟著手機從2G到3G，再升級到LTE、5G，龐大的設備數量，一定會壓垮現有的蜂巢式網路，就算網路建設不斷投入，也應對不了如此快速的M2M市場的增量，對通訊資源也將是非常大的浪費。
不同的物聯網設備，對網路通訊提出了不同的需求。進入4G時代以後，M2M與手機的通訊協議逐漸「分手」，針對不同的應用場合，使用的通訊規格開始出現了分化。對於M2M模組廠家，首先面臨的難題，就是和各種LTE的頻段和「CAT」的較勁，LTE雖然是全球一統的4G協議，有非常多的優勢，協議定義更為優化，可以承載更多的應用，但是頻段設計卻紛繁複雜。單獨的一個設備不可能將全部的LTE規格都設計在內，產品的開發難度大，成本也過高。只有充分調研全球市場，針對不同地區，甄選主流的LTE頻段(表1)。
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| 表1 不同頻段間，上行與下行傳輸對照表。 |
目前已有廠商祭出相關解決方案，例如移遠(Quectel)在2015年推出了全網通的LTE模組EC20，設計了多個版本，以適應不同國家需求。模組採用了CAT. 3定義的標準，最大下行速率達到100Mbit/s，足以滿足部分對速率有一定要求的M2M產品。在2016年，市場對通訊資源的合理使用的呼聲越來越高，因此，移遠通訊開始在不同的「CAT」上又展開了新的研究。今年移遠在深圳6月17日的新品發布會上，更加碼正式推出了幾種不同「CAT」的LTE模組，包括速率更高的CAT. 4模組產品，和速率介於2G和3G之間的CAT. 1的模組產品。
市場競爭，唯快不破。移遠是中國第一個將高通(Qualcomm)MDM9X07平台成功設計到模組產品中的廠家，CAT. 4技術的模組，下行速率達到150Mbit/s，內核採用Coretex A7 @1.3GHz，內「晶片」足夠強大，資源豐富，內置512MByte，256MByte DDR2的Flash。介面更是豐富，預留了乙太網介面、Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac介面、BT4.1介面，完全具備數據機(Modem)的基本素質(表2)。該模組還可以將平台開放給終端產品廠家，基於Open_Linux系統，即可開發一些簡單功能的M2M終端產品，而無需外加微控制器(MCU)。該模組產品，對於車載市場是比較合適的，整合的定位功能不僅支援全球衛星定位系統(GPS)、全球導航衛星系統(GLONASS)、伽利略(Galileo)，甚至加入了中國的北斗。
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| 表2 3GPP Cat. 4、Cat. 1、Cat. 0、Cat. M與NB-IoT等不同版本部分列表 |
手機的速率要求是越來越高的，M2M的部分市場就是跟進手機的規格。繼CAT. 4之後，移遠又將目光投向速率更高的CAT. 6、CAT. 9，明年將推出CAT. 6產品。
另一方面，移遠的LTE模組不僅是往高速的標準發展，在低速的規格上，例如基於CAT. 1也開發了新的EC21模組產品。這個標準占用較少的頻寬資源，速率小於10Mbit/s。產品的背景，是因為全球行動營運商的行動網路升級的需求，LTE網路的基礎建設非常快，據全球行動通訊行業供應商協會(GSA)的報告，截至2016年4月，全球商用LTE網路數達到494個，分布在162個國家和地區(圖1)。於是矛盾產生了，2G/3G網路，會隨著時間推移，逐漸停用。而很多應用市場，例如跟蹤、環境監控和抄表等，對資料量要求不高，在網路環境升級換代的逼迫下，又必須切換到LTE網路。使用LTE高速模組不僅價格高，而且資源會被不合理占用。為了解決這樣的問題，用低速低價的LTE，替代以前2G/3G無線通模組，將是對市場極大的補充，也促使M2M產品轉型升級。
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| 圖1 各國商用LTE網路分布圖 |
未來還將推出CAT. 0、CAT. M標準，商用仍需時日，但整體思路是繼續推進物聯網私人網路的建設。
NB-IoT標準在今年的誕生，無疑是給M2M市場一個發展的強心劑。強力推進該協定的華為，在去年就率先和中國聯通合作，在新鮮熱力的上海迪士尼，建立了停車場試點。在華為的NB-IoT白皮書中，提到了NB-IoT的四大優勢：
NB-IoT比2G/3G/4G有50∼100倍的上行容量提升，以比現有無線技術提供50∼100倍的接入數，預測每個社區可有大於50K的連接數。
NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當於發射功率提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等訊號難以到達的地方也能覆蓋到。利用這一優勢，地下車庫網路構建就可以脫離Wi-Fi、藍牙等區域無線技術的補充了。還有地下管線的監控，這個也是之前的無線技術局限的地方。
低功耗特性是物聯網應用一項重要指標，特別對於一些不能經常更換電池的設備和場合，如安置於高山荒野偏遠地區中的各類感測監測設備，在電池技術無法取得突破的前提下只能通過降低設備功耗以延長電池供電時間。
NB-IoT引入了超長非連續接收(DRX)省電技術和省電模式(Power Save Mode, PSM)。NB-IoT可以讓設備時時線上，但是通過減少不必要的信令和在PSM狀態時不接受尋呼資訊來達到省電目的，按照華為的初步測算，可以使電池使用壽命達到10年。
低速率低功耗低頻寬帶來的是低成本優勢。
採用授權頻譜，電信營運商全國範圍建網，而且是基於營運商現有基礎設施，大部分都可以與之前的設備複用。所以無論在資料安全性、建網成本、產業鏈和網路覆蓋來講，相對於非授權頻譜的LoRa、Sigfox都有很強的優越性。
NB-IoT的協定出現，為M2M描繪了一副理想的使用藍圖，讓M2M市場眼前一亮，對這個技術的討論也此起彼伏。5月在上海，由物聯網行業協會發起的，華為、聯通和移遠主導的NB-IoT聯盟召開了一次預備會議，拉開NB-IoT組織的大旗，引來300多家行業企業報名參與，完全顯示了市場對這個技術的熱情追逐。移遠作為物聯網行業「鋪路搭橋」的企業，也必須跑在市場前列，目標就在年底，為市場獻出成熟的商用模組產品。
(本文作者任職於Quectel)