NB-IoT標準核心協議凍結_iot_robot

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2016年6月16日，這是蜂窩物聯網產業最為重要的一天，這一天在韓國釜山召開的3GPP RAN全會第72次會議順利結束。NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶蜂窩物聯網）作為3GPP R13一項重要課題，其對應的3GPP協議相關內容獲得了RAN全會批准，正式宣告了這項受無線產業廣泛支援的NB-IoT標準核心協議曆經2年多的研究終於經全部完成。全球電訊廠商終於有了基於標準化的物聯網專有協議，基於該協議標準的產品和解決方案將能很好的服務於廣大行業的物聯網市場。標準化工作的成功完成也標誌著NB-IoT即將進入規模商用階段。

NB-IoT 標準起源

物聯網可以應用在生產和生活的方方面面，其業務對網路傳輸速率的需求也有差別。高速率業務主要使用3G、4G技術，如監控網路攝影機等；中等速率業務主要使用GPRS技術，如POS機等。低速率業務目前還沒有很好的蜂窩技術來滿足，很多情況下只能使用GPRS技術勉力支撐。隨著物聯網的發展，低速率業務漸漸成為蜂窩物聯網未來主要的市場發展方向，業界將這一市場歸納為LPWAN（Low Power Wide Area Network）市場，即低功耗廣域網路。由於GPRS技術存在終端功耗高、覆蓋能力不足等問題，無法應對LPWAN市場需求。因此電訊廠商希望有一個新的蜂窩物聯網技術來滿足LPWAN市場需求。

基於對蜂窩物聯網這一趨勢和需求的敏銳洞察，2013年初，華為與業內有共識的電訊廠商、裝置廠商、晶片廠商一起開展了廣泛而深入的需求和技術研討，並迅速達成了推動窄帶蜂窩物聯網產業發展的共識，NB-IoT研究正式開始。當時，大家為這個窄帶蜂窩物聯網起名叫LTE-M，全稱為LTE for Machine to Machine，名字蘊含的期望是基於LTE產生一種革命性的新空口技術，該技術既能做到終端低成本低功耗，又能夠和LTE網路共同部署。

LTE-M確定了窄帶蜂窩物聯網的關鍵目標：覆蓋率需要達到99.9%，鏈路預算至少比GSM高20dB以上；終端功耗越低越好；終端的模組成本希望低於5美金。

以此需求為目標，華為作為唯一一家的中國裝置廠商提出了窄帶設計思想，並從理論上論證了上行窄帶在覆蓋受限地區可以帶來一個量級以上的容量提升，為NB-IoT的後續發展打下堅實的基礎，其經典的窄帶提升容量的公式也被廣泛採用。此外，華為還首創性的提出了上行3.75kHz LTE的概念，系統性的闡述了180kHz窄帶系統的設計理念以及帶來的潛在好處。包括可以與GSM、UMTS、LTE共部署，比如在GSM Refarming情境，只要拿出一個GSM載波200kHz資源，就可以部署此180kHz窄帶系統。此外，180kHz窄帶系統還可以部署在LTE保護帶中，這些設計思想都成為了NB-IoT標準的基礎。

NB-IoT標準制定曆程

一項技術要成為3GPP標準，首先需要立項成為SI（Study Item），研究分析後產生TR（Technical Report），經過3GPP組織評議後可以轉成WI（Work Item），然後由各個工作項目組輸出TS（Technical Specification）。因為需要巨大的研究資源投入，所以整個過程一般由一家或幾家行業領導企業牽頭，反映在組織形式上一般是貢獻最大的企業會作為報告人。本次NB-IoT的4個報告人依次為沃達豐、華為、愛立信、高通。

從LTE-M到CIoT

在LTE-M的技術方案選擇上，當時主要有兩種思路：一種是基於現有GSM演化思路；另一種是華為提出的新空口思路，當時名稱為NB-M2M。

在2014年5月份，由沃達豐，中國移動，Orange，Telecom Italy，華為，諾基亞等公司支援的SI “Cellular System Support for Ultra Low Complexity and Low Throughput Internet of Things” 在3GPP GERAN工作群組立項，這兩種思路都被包含在內，LTE-M的名字演變為Cellular IoT，簡稱CIoT。由於絕大多數電訊廠商更加關心新空口方案，因此，在相當長的一段時間內，NB-M2M成為了電訊廠商熱議的一個話題。

從NB-M2M到NB-CIoT

隨著工作的進展，在GERAN進行標準化研究的CIoT得到了越來越多的電訊廠商、廠商的關注，已經冷清的GERAN逐漸又熱鬧了起來。一些原來已不參加GERAN會議的電訊廠商、裝置商、晶片廠商重新回到了GERAN，關注CIoT課題。

2015年4月底的PCG（Project Coordination Group）會議上做了一件重要的決定：CIoT在GERAN做完SI之後，WI階段要到RAN立項並完成相關協議。這說明了CIoT課題受到全球電訊廠商的廣泛關注，因此PCG決議將CIoT這棵樹苗從GERAN拔到了RAN，再進一步栽培長大。

RAN參與公司眾多，為了儘快取得標準進展，融合和協作就是最有效做法，這也是共同推動一個產業的必經之路。2015年5月，華為和高通在共識的基礎上，共同宣布了一種融合的解決方案，即上行採用FDMA多址方式，下行採用OFDM多址方式，融合之後的方案名字叫做NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）。

從NB-CIoT到NB-IoT

隨著市場逐漸清晰，蜂窩物聯網標準、產業的動作不斷加速。華為和高通技術方案的融合，進一步震動了業界。對於蜂窩物聯網這一未來具有巨大空間的市場方向，誰也不願意做落後者。在華為和高通宣布了技術方案融合之後，更多的公司參與進來，跟蹤NB-CIoT SI標準進展。

與此同時，其它廠商受到市場需求的牽引，也加快了在窄帶領域的研發節奏。經過一段時間的醞釀，愛立信聯合幾家公司，在GERAN SI階段最後一次會議，即GERAN 2015年 8月10日的會議上，提出了NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。在2015年9月份的RAN#69次會議上，經過激烈討論，各方最終達成了一致，NB-CIoT和NB-LTE兩個技術方案進行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演化到了NB-IoT（Narrow Band IoT）。

NB-IoT標準發展曆程

NB-IoT核心協議凍結，9月完成效能規範

截止6月16日，NB-IoT R核心協議在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四個工作群組均已凍結。效能規範在3GPP RAN4工作群組，計劃在9月份結束。效能規範NB-IoT與eMTC同時進行，計劃同時完成。

華為積極貢獻NB-IoT標準化工作

NB-IoT得到了業界空前的關注。3GPP各家公司均貢獻了大量的提案，從GERAN的SI開始，各公司共計貢獻了3205項技術提案，獲得通過的提案總共有447項，可謂碩果累累。其中華為貢獻提案1008項，184項獲得通過，佔全部447項已通過提案的41%。華為貢獻了最多的標準提案，位居全球第一，展示了強大的標準與概念領導能力。華為與4家歐美領先公司共同貢獻了約98%的通過提案。

3GPP R13 NB-IoT標準通過提案數統計

3GPP R13 NB-IoT標準提案數統計

做為NB-IoT標準的主要推動者，華為在各個階段均做出了大量貢獻：

Study Item階段

從最早的NB-M2M在2014年5月份在GERAN SI立項之後，華為就提前做了大量的研究工作。在第一次SI會議上，華為即提交了支撐該SI的NB-M2M技術概念討論稿，並在隨後的GERAN會議上快速完善了NB-M2M技術方案，有力的推動了GERAN SI的進展。

Work Item階段

Work Item在RAN開展，華為擔任了NB-IoT課題的第二報告人職位，承擔該課題線下討論的組織工作、大量評估工作的匯總以及課題進展總責任人的角色。由於NB-IoT涉及到整個空口的全新開發，工作量巨大，因而該課題設定了4個報告人，依次為沃達豐、華為、愛立信、高通。

除了報告人之外，華為還承擔了大量的技術性工作和組織性工作。尤其是2015年10月份以後，NB-CIoT與NB-LTE進行融合，每次會議都有接近200篇技術提案，要進行大量的技術方案研究與論證、評估技術方案的效能、綜合分析技術的利弊再進行取捨整合。既需要有深厚的技術能力，又要能高屋建瓴統觀全域，還要能夠協調好各組織機構和公司步調一致。華為很好的承擔了這一職責，負責最終整理輸出了權威的評估匯總版本，形成了R1-157741提案，並獲得RAN1一致通過。

在隨後的2015年12月份到2016年4月份NB-IoT協議制定進入關鍵的衝刺階段。NB-IoT的4位報告人沃達豐、華為、愛立信、高通在集體協商之後，決定開展廣泛的討論，以便加速NB-IoT標準化進展。在2015年12月中旬，4位報告人建立了一個超過40個公司參與，總共150多位成員的討論群組，並且建立了11個討論議題，包括同步、隨機訪問、廣播等議題等。其中華為承擔了同步、下行參考訊號、下行複用方式等3個議題的召集人，其他8個議題由愛立信、高通等7家公司承擔。華為不僅在自己承擔的議題中提交了大量的技術建議，並且也積极參与其他公司組織的議題討論，為3GPP取得進展做出了貢獻。

主持會議與協議撰寫

3GPP標準化另外一個關鍵的工作就是協議的撰寫。作為LTE協議36.212協議的總體撰寫人，華為高品質的完成36.212中有關NB-IoT的協議撰寫。此外，華為還承擔了36.300，36.302，36.331協議有關NB-IoT的撰寫工作，為3GPP NB-IoT標準進展做出了積極的貢獻。

通常3GPP的會議由各個工作群組的主席來主持，在時間衝突的情況下可以由公認的這一領域的權威專家代為主持。在韓國釜山召開的3GPP RAN1 84BIS會議就出現了上述情況，華為的資深標準專家Brian主持了NB-IoT部分議題。

NB-IoT標準在中國

眾多行業分析機構的研究都認為中國將成為全球最大的物聯網市場。與3GPP標準化節奏保持同步，國內也開始了NB-IoT相關標準的制定工作。在2015年11月份的中國通訊標準化協會CCSATC5 WG9#74次會議上，通過了《面向物聯網的蜂窩窄帶無線接入總體技術要求》的立項，標誌著國內NB-IoT標準化工作正式啟動。在2016年6月初CCSA TC5 WG9#77次會議上通過了NB-IoT系列行標（包含核心網，接入網和終端）的立項工作。NB-IoT系列行標計劃發布時間為2016年年底。這標誌著在中國，NB-IoT已經具備了在2017年年初規模商用的基本條件，預計2017年將是中國NB-IoT規模商用的元年。會議同時對eMTC行標進行了立項，時間上比NB-IoT行標晚半年，預計2017年初開始討論，2017年6月份發布。

華為以實踐助力NB-IoT起航

2015年11月，在華為聯合主流電訊廠商、裝置廠商、晶片廠商和相關國際組織在內的21家產業巨頭，在華為香港MBB論壇期間舉辦的NB-IoT論壇籌備會上，正式宣布成立了GSMA NB-IoT Forum產業聯盟，旨在加速窄帶物聯網生態系統的發展。其中六家電訊廠商成員還宣布，將聯合華為在全球成立六個NB-IoT開放實驗室，聚焦窄帶物聯網業務創新、行業發展、互通性測試和產品相容驗證。

華為已經在全球範圍與夥伴開始基於預標準方案進行業務應用測試，以便貼近客戶需求、激發產業創新、完善並提高技術方案：

·         2015年2月世界移動大會期間，華為聯合沃達豐展示了包含晶片在內的水表應用的端到端業務示範。

·         2015年6月，華為聯合上海聯通開啟智能停車應用的端到端外場測試。

·         2015年11月，華為聯合德國電信在德國完成基於智能停車的端到端外場測試。

·         2015年12月，華為聯合沃達豐及西班牙當地水務公司，在沃達豐西班牙商用網路上完成水務應用的端到端測試。

·         2016年4月，華為聯合阿聯酋電信完成智能停車應用的業務應用測試。

·         2016年4月，華為聯合澳洲東南水務、及當地電訊廠商VHA、Optus共同開啟水網資訊化改革。

·         2016年5月，華為與中國電信、深圳水務集團共同簽署戰略合作協議，打造智慧水務。

相信隨著標準凍結，將有更多的產業夥伴加入NB-IoT陣營。NB-IoT也將構建全球最大的蜂窩物聯網生態系統。2016年下半年將湧現出更多的商業應用，並在未來出現爆炸式增長。正如眾多分析機構所預測的，蜂窩物聯網串連數量將從2015年的4億串連快速增長到2020年的30億串連。這個巨大的藍海市場，已經開啟。