角逐物联网商机 运营商布局NB-IoT成功有道

[导读] 窄频物联网(NB-IoT)成物联网关键推手。NB-IoT承接过去蜂巢式技术优势,无论在数据安全性、建设网络成本和网络覆盖皆具备很强的优越性,备受厂商关注,但其背后却隐藏一些既有挑战有待克服,本文提出五大考虑因素,协助厂商“钱”进商机。

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窄频物联网(NB-IoT)成物联网关键推手。NB-IoT承接过去蜂巢式技术优势,无论在数据安全性、建设网络成本和网络覆盖皆具备很强的优越性,备受厂商关注,但其背后却隐藏一些既有挑战有待克服,本文提出五大考虑因素,协助厂商“钱”进商机。

许多通讯服务供货商都认为,NB-IoT将改变物联网市场的游戏规则。为确保窄频物联网的部署成功,通讯服务供货商的技术策略规划人员必须先克服频谱、架构、窄频物联网芯片定价与生态系统成熟度相关的诸多挑战。

通讯服务供货商(CSP)与网络设备供货商所遭遇的挑战之一,就是如何在语音、数据通讯服务等既有通讯承载(Communications Bearer)业务以外找到新的营收来源。物联网(IoT)的快速成长为通讯服务供货商提供了大好机会,成为大部分通讯服务供货商战略计划里优先项目之一。

有越来越多物联网应用需要超长的装置电池续航力、低带宽、深度覆盖范围、低成本大规模,还有非经常性数据传输。这也是为什么在过去几年间,低功耗广域网(LPWA)这种新兴的物联网联机技术能够逐渐崛起。这个领域里有很多由不同私人企业、集团、技术标准机构与联盟所发起的技术竞争,不过Gartner认为只有几项技术会成功。在现今的市场中,许多LPWA是私有网络,在无人管理的公用频谱下运作,因此无法保证服务质量(QoS),加上并未实行用户识别模块(SIM)的概念,因此安全性较低。

窄频物联网是一种用户许可证频谱的LPWA无线电技术标准,自从2016年6月列入第三代合作伙伴计划(3GPP) R13规格(又称LTE Advanced Pro)后,很快就获得通讯服务供货商支持。它有如下几种特色特别吸引通讯服务供货商:

►窄频物联网是在受规范的授权频谱下运作,可保证服务质量。

►窄频物联网利用既有架构且支持来自既有LTE网络的软件更新,可将资本支出(Capex)降至最低,并缩短产品上市所需时间,而且能利用既有的营运、管理与维护流程与资源。

►窄频物联网用户许可证频谱以及经过3GPP核可的标准,能以LTE为基础提供安全防护及频谱效率。

►窄频物联网是窄频5G的基础,可演化升级为5G技术。

最重要的是这种技术可受通讯服务供货商的控制,能协助通讯服务供货商收复被私有LPWA存取技术抢占的市场。

虽然3GPP正式确立窄频物联网标准后曾有过几次商用发表和测试,但和其他新兴技术一样,通讯服务供货商的技术策略规划人员在确保窄频物联网顺利部署并符合成本效益方面,仍然面临诸多挑战。

部署窄频物联网的五大考虑因素

部署窄频物联网的五大考虑因素

四大NB-IoT使用案例

LPWA网络适合需要深度/广泛覆盖范围、低功耗与大量装置联机(Massive Connections)等条件的服务。窄频物联网技术的特色(详见图2),让它成为最适合LPWA部署的联网技术之一。通讯服务供货商必须了解物联网市场的技术区隔类别,理解窄频物联网并不能解决所有跟“联网对象”有关的问题。通讯服务供货商的技术策略规划人员必须与业务伙伴紧密合作,找出窄频物联网在整体产业链能带来的加值空间。

窄频物联网技术的特色

窄频物联网技术的特色

窄频物联网所支持的各种服务与应用可分为以下四个类别:家电用品、个人科技、公共服务与产业应用(见图3)。

选择适合频谱与部署方法 NB-IoT联网可靠度有保障

要成功部署窄频物联网,第一步就是选择正确的频谱及部署方法。窄频物联网装置可弹性运用于任何场所,也可以在任何一种旧版LTE系统下进行排程,与其他装置分享容量和行动通讯基地台(Cell-site)资源。这样的弹性能提供通讯服务供货商相当大的空间,可根据现有网络状况选择正确的频段与部署方式。但另一方面,频段碎片化(Frequency Fragmentation)也带来新的挑战。

为窄频物联网选择频段与频率并不是一件难事,但必须非常小心处理。做出正确决定的主要考虑包括频谱可用性、需要的覆盖范围/容量、产品上市所需时间、生态系统成熟度,还有就是对既有行动宽带(MBB)流量及质量可能带来的冲击。由于窄频物联网主要的优点之一就是覆盖范围更广更深,Gartner建议采用“sub 1GHz”之类的低频,因为它们具有良好的传播与室内穿透特性。sub 1GHz类别里最受欢迎的频段包括700MHz、800MHz以及900MHz,因为有相当多使用通用行动通讯系统(Universal Mobile Telecommunications System)与LTE技术的商用网络,目前都采用这些频段。除了庞大完备的生态系统,通讯服务供货商还有现成的网络可用。

除了sub 1GHz,英国、中国、澳洲与新加坡也有部分通讯服务供货商,计划在1800MHz、2.1GHz等较高频的频段建置窄频物联网,主要原因多半是服务商已在这些频段达到相当良好的LTE覆盖率,只要牺牲一点点覆盖率,就能利用既有的LTE建置快速推出窄频物联网服务。

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窄频物联网端点通常受限于内存、储存与运算资源。在这些限制下如何支持复杂且不断演化的安全运算法便成为一大挑战,因为这不仅需要更短的CPU周期,还倚赖更强的处理能力。此外,大部分窄频物联网端点的寿命也超越加密有效期。这些潜在的安全漏洞会增加装置的弱点,容易成为黑客的目标。各大芯片组厂商将在模块中整合各种不同的防护机制,通讯服务供货商在选择装置供货商时必须留意这一点。

另一个潜在的安全疑虑则是与“讯号风暴”(Signaling Storm)有关,也就是由于控制层(Control Plane)讯号造成移动核心超载,特定类别的窄频物联网端点具有小规模频繁通讯丛发(Communication Burst)的特性。这样的流量模式不同于LTE网络为一般智能手机设计的使用模式,当装置从闲置转换为联网状态时,如此频繁的流量丛发可能导致网络内部出现大量讯号。

此外,异常的移动应用程序也是造成讯号风暴的主因之一。举例来说,特定的窄频物联网装置会根据预先设定的间隔时间传送或接收流量。当大量装置同时运作时,便可能造成讯号与数据流量同时达到尖峰,进而影响核心网络。另一个类似状况则是当外部事件启动大量装置,并开始回报或进行通讯时,造成控制层讯号超载。

虽然3GPP已在R13规格中定义了几种主要的安全方法,通讯服务供货商还是必须进行服务开通与配置工作。通讯服务供货商加速采用窄频物联网技术的时候,必须了解可能面临的各种潜在攻击。他们所采用的技术,必须要能提供全面性资源,以主动保护并强化系统。

最后,为了让通讯服务供货商的IT营运及网络达到现代化,Gartner也提供了如下几点建议给技术策略规划人员:

1.与业务伙伴就窄频物联网联机的应用紧密合作,想清楚哪些市场与应用是他们锁定的目标。

2.计划要有灵活性,在分配频谱和考虑建置方法时,要选择能透过既有LTE基础建设进行软件升级者。与相关网络设备厂商密切合作,并尽量减少硬件替换以降低资本支出。

3.慎选商用发表的时机,密切留意厂商的产品开发计划和其他通讯服务供货商的窄频物联网计划。立即着手进行窄频物联网的先导测试与实验计划,以收复被LoRa、Sigfox等专用LPWA存取技术抢占的市场。

4.透过成立测试实验室等营销与教育方面的投资来推广窄频物联网,打造窄频物联网技术生态系统,促进伙伴之间的合作。

5.评估采用窄频物联网技术后会有哪些潜在的安全漏洞,采用能提供全面性资源的技术,以主动保护并强化系统。

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