第1章 全球移动物联网发展概况

随着移动通信技术和传感器技术的不断进步以及市场与产业的逐步成熟，物联网进入了新的发展阶段，尤其是运营商主导的移动物联网发展势头更加强劲。

1.1 全球移动物联网市场情况

各国高度重视物联网的发展，纷纷从战略高度制定物联网策略以抢占发展先机。美国着力构建以工业物联网为基础的先进制造体系，物联网支出将从2016年的2320亿美元增长到2019年的3570亿美元；欧盟先后组建了物联网创新联盟（AIOTI）、物联网创新平台（IoT-EPI），致力于构建可持续发展的物联网生态系统；日本联合2000多家国际企业组成了物联网推进联盟，其国内物联网市场规模预计将从2016年的6万亿日元，增长到2020年的14万亿日元；韩国以人工智能、物联网城市等九大国家创新项目作为拉动国民经济增长的新动力，积极规模化部署物联网商用网络；俄罗斯在物联网技术发展路线草案的基础上拟定超过20个物联网试点项目及地区。

全球移动物联网市场规模巨大且保持高速增长。据Ovum数据显示，截至2017年，全球移动物联网连接数达到5.15亿，其中亚太市场占比为47%，北美市场占比为18%，西欧市场占比为14%，预计到2022年年底连接数将达到10亿，年复合增长率达17%；与此同时，全球移动物联网服务收入总额为470亿美元，其中，亚太市场占比为36%，北美市场占比为25%，西欧市场占比为20%，预计到2022年年底该收入总额将升至926亿美元，年复合增长率达到16%。总体而言，全球移动物联网主体市场除了与网络相关的硬件、软件、服务和连接之外，跨行业的各种物联网应用的相关市场在未来也将增长明显，尤其是在市政物联、交通物流、公共事业等重点领域。

为推动移动物联网市场的进一步发展，除了利用传统的2G/3G/4G网络外，以NB-IoT和eMTC为代表的新型LPWA网络技术正在全球范围内加速落地。截至2018年7月，全球已商用NB-IoT网络达到45张，预计2018年年底将达到100张，已商用的eMTC网络已有12张（见表1.1）。

表1.1 NB-IoT和eMTC商用网络情况（截至2018年7月）

1.2 中国移动物联网发展情况

我国政府高度重视物联网产业的发展。早在2010年，国务院出台了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，物联网作为新一代信息技术产业中的重要项目位列其中，成为国家首批加快培育的七个战略性新兴产业之一，标志着物联网的发展已经上升为国家战略。随后国家又陆续出台了《物联网“十二五”发展规划》（2012）、《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》《关于印发10个物联网发展专项行动计划的通知》（2013）、《工业和信息化部2014年物联网工作要点》（2014）、《关于开展2015年智能制造试点示范专项行动的通知》（2015）、《信息通信行业发展规划物联网分册（2016—2020年）》（2017）等，以保障我国物联网产业健康有序的发展。

经过近十年的发展，目前我国物联网产业已初具规模。据中国信息通信研究院《物联网白皮书（2016年）》所述，我国物联网产业规模已从2009年的1700亿元发展到了2015年的7500亿元，年复合增长率达到25%，机器到机器的终端数量超过1亿。其中，移动物联网发挥了至关重要的作用。截至2017年年底，中国移动在2G/3G/4G网络上承载的物联网连接数超过1.8亿，中国联通物联网连接数约为7000万，中国电信物联网连接数约为4000万。

为进一步加速我国新型物联网技术NB-IoT和eMTC的发展，工业和信息化部于2017年陆续发布了《工业和信息化部办公厅关于全面推进移动物联网（NB-IoT）建设发展的通知》等政策法规，移动物联网产业迎来了快速布局的政策红利期。在全产业的共同努力下，NB-IoT技术快速成熟，在技术标准、网络部署、应用落地等方面成效显著。

在NB-IoT技术标准工作开始之初，业界在上行传输方案上存在较大分歧，标准化进度缓慢。为保证NB-IoT标准可以如期完成，中国移动牵头组织将多家厂商的上行传输方案有机融合为统一的技术方案，极大促进了标准化的顺利完成。此外，中国移动还和其他合作伙伴一起，对窄带物联网广覆盖、海量连接、低功耗、低成本等物联网新特性相关的技术方案进行了深入的研究；完成了包括灵活部署场景、超窄带系统设计、控制面数传、深度睡眠等NB-IoT特色的技术方案并推入3GPP标准；针对外场测试发现的过迟重选、不支持连接重建、不支持测量上报、调度中未考虑下行信道质量等问题，提出了解决方案并写入3GPP标准。在中国移动、沃达丰、华为、爱立信、高通、中兴、联发科等企业共同努力下，历时9个月NB-IoT标准完成制定，并于2016年6月发布。

在网络部署方面，2017年国内三大电信运营商积极布局移动物联网，网络建设在第三季度进入加速期，截至2017年年底全国范围内的NB-IoT基站数量已超过40万个。预计到2020年国内的NB-IoT基站规模将达到150万个，大规模部署的NB-IoT网络将带来无处不在的移动物联网覆盖。随着网络建设的逐步完成，三大运营商也在2017年陆续宣布NB-IoT全网商用。

在业务应用方面，面向市政、智能建筑、交通物流等领域的业务发展迅速，如水电气抄表、智能停车、公租房改造、智能消防、智能垃圾桶、环境监测、智能井盖、智能路灯、智慧景观、共享单车等。以NB-IoT应用的标杆城市——鹰潭为例，2017年，鹰潭生产物联网水表27万块，鹰潭市供水集团有限公司发展智能水务总用户数近13万，其中NB-IoT水表用户7万；全市共完成1896个智能车位改造，其中龙虎山景区改造完成171个NB-IoT停车位；鹰潭水稻原种场成为全国首个NB-IoT农业示范应用单位；全市改造和新建7898盏智慧路灯，同时烟感探测、井盖、充电桩、消火栓、基站设备监测、地下线缆温度监测等智慧城市应用也陆续规模落地。

1.3 典型物联网技术对比

本节将对广域覆盖的物联网的重点技术进行比较，见表1.2。

表1.2 满足广域覆盖的典型物联网接入技术对比

注：以上参数指标的比较基于以下前提条件：

1.覆盖指标：指无干扰场景下的理想覆盖能力。当系统中存在较严重的干扰时，覆盖范围会收缩。

2.功耗指标：采用相同的极低频次的业务上报模型，用户处于覆盖较好的点，基于目前的产业水平进行的估算；若采用高频次的业务上报模型，或用户分布在中差点时，性能指标将下降；CAT.1基于传统R8/R9 CAT1终端进行评估。

3.上行峰值速率：NB-IoT采用了多频传输（MT），如果采用单频传输，速率会降低。

1.LoRa

LoRa（LongRange）是一种部署在非授权频谱上的低功耗广覆盖无线物联技术，其名称本身指一种扩频调制方式，由于该调制方案是其核心专利，因此后来也逐渐成为使用LoRa芯片的技术方案的名称。LoRa使用宽带线性调频脉冲（Wideband Linear Frequency Modulated Pulses）的扩频技术来提高覆盖能力；支持动态速率适配，以提升电池寿命和网络容量。该领域的业界领先厂商主导建立了LoRa联盟，研究制定了一套标准的LoRa通信协议，基于该标准的LoRa解决方案被称为LoRaWAN。相比NB-IoT，LoRa的主要优势是成本低、部署快，主要劣势是干扰不可控、缺少大规模组网能力、产业规模较小。该技术当前主要应用于监测类、追踪类和抄表类物联网应用，具体包括食物链监测、智能停车、建筑设施管理、水质检测以及财产跟踪等。

2.SigFox

SigFox的发展理念与LoRa相似，目标也是提供一种低功耗广域网络。SigFox工作在非授权频谱，主打超窄带（Ultra-Narrow Band）技术，采用二进制相移键控（BPSK）调制，通过超窄带、超简化的设计，实现低成本广覆盖。SigFox网络主要应用于低数据速率、低成本的物联网业务应用，如偶尔传输少量数据的电表等。

3.eMTC

eMTC是3GPP针对物联网的业务、在LTE基础上进行局部裁剪和优化的移动物联网标准。2016年3月，3GPP正式发布eMTC R13标准。相比LTE，eMTC R13支持更小的带宽（1.4MHz）；对于CQI反馈、传输模式、信道等做了简化设计；支持重复传输，覆盖相比LTE增强15dB（FDD）；引入了PSM省电模式；与LTE相同，可支持切换和语音。

4.NB-IoT

NB-IoT是3GPP针对低功耗物联网业务进行深度优化的窄带移动物联网标准。2016年6月，3GPP正式发布NB-IoT R13标准。相比eMTC，NB-IoT R13支持更小的带宽（200kHz）；不支持CQI反馈；对信道、信令等做了进一步简化设计；支持重复传输，覆盖能力和PSM省电模式均获得进一步增强。为了简化设计和实现，并降低成本，NB-IoT不支持连接态切换和语音。

参考文献

[1] Ovum.Cellular Machine-to-Machine（M2M）Forecast：2017-2022[R].2017.

[2] ITU.ITU Internet Report 2005：The Internet of Things[R].2005.

[3] 孙玉.我国物联网产业发展趋势[J].物联网学报，2017，1（3）：1-5.

[4] 中国信息通信研究院.物联网白皮书（2016年）[R].2016.

[5] 中国信息通信研究院.鹰潭NB-IoT网络测试报告[R].2017.