IoT的概念自1999年被學(xué)者提出以來，得到了世界各國(guó)科研界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第3次浪潮。進(jìn)入新世紀(jì)后，物聯(lián)網(wǎng)得到了快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界更是提出了萬物互聯(lián)的設(shè)想，越來越多的物體將被連接到互聯(lián)網(wǎng)，并最終實(shí)現(xiàn)到主控端、云端的連接。

據(jù)IDC預(yù)測(cè)，到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)連接將達(dá)到300億；到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)連接將達(dá)到700億。巨量的物聯(lián)網(wǎng)連接需求，對(duì)IoT的網(wǎng)絡(luò)接入能力提出了更高的要求。目前的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以短距接入為主，占到市場(chǎng)一半以上的份額。隨著低功耗廣域（LPWA）技術(shù)的落地，將在部分場(chǎng)景中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的短距接入技術(shù)。GSMA報(bào)告顯示，2020年蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達(dá)到30億，以NB-IoT和LTE-eMTC等為代表的廣域蜂窩物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)由于采用授權(quán)頻譜，具有干擾小、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，將承接大量物聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。

本文首先介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的演進(jìn)方向，包括物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)的分類、演進(jìn)、技術(shù)業(yè)務(wù)適應(yīng)性以及NB-IoT和LTE-eMTC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。然后從物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)架構(gòu)、演進(jìn)方案2個(gè)方面介紹中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)策略。最后給出中國(guó)聯(lián)通蜂窩物聯(lián)網(wǎng)部署方案，并對(duì)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)進(jìn)行了總結(jié)。

1、物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)分類

物聯(lián)網(wǎng)無線接入技術(shù)種類眾多，包括Zigbee、Wi-Fi、藍(lán)牙、Z-wave等短距和長(zhǎng)距無線通信技術(shù)。長(zhǎng)距無線技術(shù)分為2類，包括工作于未授權(quán)頻譜的LoRa、SigFox等技術(shù)和工作于授權(quán)頻譜下傳統(tǒng)的2G/3G/4G蜂窩技術(shù)及其3GPP支持的LTE演進(jìn)技術(shù)，如LTE eMTC、NB-IoT等。受業(yè)界青睞的LPWA既包括廣域非授權(quán)頻譜技術(shù)LoRa和Sigfox，也包括授權(quán)頻譜的LTE-eMTC和NB-IoT等。

物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)分類如圖1所示。

圖1  物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)分類

2、物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)演進(jìn)

物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)整體演進(jìn)方向如圖2所示。

圖2  物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)演進(jìn)方向

傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向?yàn)椋?/span>

a）大帶寬、高速率應(yīng)用場(chǎng)景。

b）低時(shí)延、高可靠應(yīng)用場(chǎng)景。

c）低功耗大連接場(chǎng)景，代表技術(shù)有NB-IoT和LTE-eMTC等。

短距接入技術(shù)朝著低功耗廣覆蓋方向演進(jìn)，代表技術(shù)為802.11ah。

新興非授權(quán)頻譜廣域技術(shù)包括LoRa和Sigfox等。上述演進(jìn)方向包含一個(gè)共振點(diǎn)，即LPWA。NBIoT、LTE-eMTC等蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最受全球運(yùn)營(yíng)商的青睞，已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)商開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的最佳切入點(diǎn)。

3、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及業(yè)務(wù)適應(yīng)性

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)多種多樣，既有大帶寬高速率業(yè)務(wù)應(yīng)用，也有諸如抄表、農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)等低功耗、大連接應(yīng)用。針對(duì)差異化業(yè)務(wù)應(yīng)用，出現(xiàn)了與之適應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。如圖2所示，針對(duì)無人駕駛等高可靠、超低時(shí)延業(yè)務(wù)，需要采用LTE 面向大帶寬高速率演進(jìn)的LTE-V等技術(shù)；對(duì)諸如視頻監(jiān)控、智能醫(yī)療等高QoS應(yīng)用場(chǎng)景，仍需要傳統(tǒng)3G/4G網(wǎng)絡(luò)來承載；圖2中金字塔下2層業(yè)務(wù)對(duì)終端成本和功耗敏感，需要用LPWA來承載。在LPWA中，運(yùn)營(yíng)商擅長(zhǎng)的LTE-eMTC和NB-IoT在應(yīng)用場(chǎng)景方面既有差異也有互補(bǔ)。LTE-eMTC可支持中低速率應(yīng)用及LPWA業(yè)務(wù)，支持語音及移動(dòng)性，適合如可穿戴、智能建筑、智能家居等應(yīng)用；NB-IoT支持超低速率LPWA業(yè)務(wù)，極致深度覆蓋，覆蓋增強(qiáng)方面比eMTC多5 dB以上，更適合環(huán)境較為惡劣、多阻擋和屏蔽的遠(yuǎn)程抄表、城市公共設(shè)備監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。

4、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

由于市場(chǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求急迫，各運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠商、芯片廠商紛紛積極推進(jìn)窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展（見圖3）：從2014年5月起，NB-IoT 經(jīng)歷了多次融合和更替。2016 年6 月16 日3GPP RAN 全會(huì)第72 次會(huì)議上，NB-IoT核心協(xié)議在RAN1、RAN2、RAN3 和RAN4 4個(gè)工作組均完成凍結(jié)。在R13標(biāo)準(zhǔn)中，NB作為一個(gè)全新標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，其空口技術(shù)相比LTE進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)：180 kHz窄帶系統(tǒng)和上行3.75 kHz的子載波間隔能有效提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而滿足至少比GSM高20 dB以上的鏈路預(yù)算設(shè)計(jì)目標(biāo)；UE僅支持半雙工，且增加了PSM和eDRX功能，能有效降低終端功耗，節(jié)約終端成本。

圖3  NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

3GPP R14新增定位功能、SC-P2M下行廣播功能、非連接態(tài)移動(dòng)性增強(qiáng)功能，可以滿足更多場(chǎng)景需要，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。

LTE-eMTC 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展（見圖4）：為了滿足MTC更低傳輸速率及更低功耗的需求，3GPP R12新增Cat0的UE傳輸?shù)燃?jí)，UE工作帶寬為20 MHz，支持半雙工，最大發(fā)射功率為23 dBm；3GPP R13的eMTC進(jìn)一步簡(jiǎn)化終端功能，UE工作帶寬為1.4 MHz，支持半雙工，UE可使用更低發(fā)射功率20 dBm；3GPP R14階段也將新增定位功能、SC-P2M 下行廣播功能、異頻測(cè)量功能等。LTE eMTC 相比NB-IoT能夠提供更高的傳輸速率，擁有更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，但受限于產(chǎn)業(yè)鏈，整體比NB要慢半年左右。

圖4  LTE-eMTC標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

1、中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)架構(gòu)

中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)總體策略聚焦“規(guī)模拓展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)新空間”戰(zhàn)略，將中國(guó)聯(lián)通打造成為管道提供商、產(chǎn)業(yè)整合商和服務(wù)提供商。演進(jìn)架構(gòu)分為“云、管、端”模式，如圖5所示。5G微信公眾平臺(tái)（ID：angmobile）了解到，作者進(jìn)一步指出，“云”為物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及各行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)，包括垂直行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)管理及使能平臺(tái)。通過實(shí)施平臺(tái)基礎(chǔ)能力建設(shè)，打造以平臺(tái)為核心的業(yè)務(wù)拓展樣板工程，探索運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的商業(yè)閉環(huán)?！肮堋敝腹艿阑芰ㄔO(shè)。通過引入LTEeMTC、NB-IoT等窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模覆蓋。同時(shí)，通過推進(jìn)虛擬化核心網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“人網(wǎng)”和“物網(wǎng)”分離?！岸恕睘槲锫?lián)網(wǎng)終端。結(jié)合行業(yè)應(yīng)用及業(yè)務(wù)需求，持續(xù)推進(jìn)雙頻終端產(chǎn)業(yè)鏈成熟，開展定制化模組、芯片、產(chǎn)品的研制與商用。

圖5  中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)總體架構(gòu)

2、中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案

物聯(lián)網(wǎng)的總體演進(jìn)方向?qū)⒊浖?、?biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)快速迭代的要求。

（1）近期：構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)

如圖6所示，本階段以滿足大連接物聯(lián)網(wǎng)接入需求為目標(biāo)，以NB-IoT、LTE-eMTC物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)引入為契機(jī)，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的構(gòu)建，并嘗試探索NFV技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)2級(jí)結(jié)構(gòu)部署。

圖6  中國(guó)聯(lián)通近期網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)

無線網(wǎng)：以當(dāng)前LTE網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，一方面持續(xù)推進(jìn)LTE網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，如CA、MIMO等，滿足大帶寬（如視頻監(jiān)控）物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)接入需求；另一方面基于當(dāng)前UMTS/LTE網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求引入NB-IoT、LTE-eMTC技術(shù)，滿足低功耗、大連接物聯(lián)網(wǎng)接入需求。同時(shí)，在整體部署上，通過多模多頻等技術(shù)，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)與UMTS/LTE基站的共平臺(tái)，滿足未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要。

核心網(wǎng)：以NB-IoT等技術(shù)引入為契機(jī)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，在原來獨(dú)立接入（專用HSS、P-GW）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推進(jìn)MME、S-GW等核心網(wǎng)網(wǎng)元的專用部署，同時(shí)，嘗試NFV技術(shù)的引入。

（2）中期：“人”、“物”分離專網(wǎng)

如圖7所示，本階段以物聯(lián)網(wǎng)專用核心網(wǎng)為基礎(chǔ)，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)接入與“人網(wǎng)”分離，并通過網(wǎng)元分布部署，滿足物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)接入需求，實(shí)現(xiàn)多級(jí)結(jié)構(gòu)部署

圖7  中國(guó)聯(lián)通中期網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)

無線網(wǎng)：以LTE網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在滿足大連接物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)接入場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，嘗試引入MEC等新的技術(shù)，推進(jìn)實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)接入的需要。此外，在原來以接入技術(shù)為區(qū)分的基礎(chǔ)上，推進(jìn)以業(yè)務(wù)應(yīng)用為區(qū)分，接入到物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)。

核心網(wǎng)：以物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)為基礎(chǔ)，一方面，推進(jìn)整體專網(wǎng)H2H網(wǎng)上的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)逐步減少，物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)承擔(dān)起絕大部分的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，并推進(jìn)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的虛擬化；另一方面，通過PGW下沉滿足uMTC業(yè)務(wù)需求。

（3）遠(yuǎn)期：按需融合物聯(lián)網(wǎng)

如圖8所示，本階段以虛擬化物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)為基礎(chǔ)推進(jìn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)及行業(yè)應(yīng)用的按需編排和接入。進(jìn)一步地，在原來多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多級(jí)DC的部署。

圖8  中國(guó)聯(lián)通遠(yuǎn)期網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)

1、頻率遷移方案

基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT、LTE-eMTC，其頻率部署總體跟隨LTE頻譜使用情況進(jìn)行選擇。NB-IoT：根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際部署情況，推進(jìn)基于G900/U900/L1800網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)部署。

a）基于900 MHz演進(jìn)部署建議。如圖9所示，初期考慮現(xiàn)有G900/U900頻率重耕，后續(xù)推進(jìn)L900的演進(jìn)部署，根據(jù)G/U業(yè)務(wù)發(fā)展情況，G/U退網(wǎng)，最終演進(jìn)為N/L900。

圖9  900 MHz演進(jìn)部署方案

b）基于1 800 MHz演進(jìn)部署建議。如圖10所示，1.8 GHz頻段上NB-IoT的部署需兼顧GSM重耕以及LTE載波聚合部署。

圖10  1 800 MHz演進(jìn)部署方案

LTE-eMTC：LTE-eMTC是基于LTE演進(jìn)的低功耗廣覆蓋技術(shù)，其頻率選擇遵從現(xiàn)網(wǎng)LTE實(shí)際頻率使用情況。

2、無線設(shè)備升級(jí)方案

NB-IoT：基于現(xiàn)網(wǎng)G900/U900/L1800設(shè)備升級(jí)支持N900，具體方案如表1所示。

表1  NB-IoT無線設(shè)備升級(jí)方案

a）G900網(wǎng)絡(luò)升級(jí)策略：新建NB-IoT基站并滿足L900軟件開通要求，需要新增NB-IoT基帶處理模塊、主控模塊及RRU硬件設(shè)備，且需要進(jìn)行軟件升級(jí)。

b）U900網(wǎng)絡(luò)升級(jí)策略：支持NB-IoT的UL多模設(shè)備，需要新增基帶處理模塊及主控模塊，并軟件升級(jí)支持NB-IoT部署；否則，需要新建NB-IoT基站，滿足軟件升級(jí)至L900的能力。

c）G/L1800網(wǎng)絡(luò)升級(jí)策略：新增或升級(jí)NB-IoT基帶處理模塊、主控模塊，RRU軟件升級(jí)支持NB-IoT。LTE-eMTC：LTE-eMTC是基于LTE演進(jìn)的低功耗廣域覆蓋技術(shù)，其無線設(shè)備可在現(xiàn)網(wǎng)LTE設(shè)備上直接升級(jí)支持物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)（見表2）。

表2  LTE-eMTC無線設(shè)備升級(jí)方案

3、核心網(wǎng)部署方案

物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)向基于云化的NFV虛擬化架構(gòu)演進(jìn)已成為業(yè)界發(fā)展趨勢(shì)。中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)部署方案將采用共平臺(tái)云化架構(gòu)，集中部署NFV網(wǎng)元，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)伸縮，統(tǒng)一調(diào)度，業(yè)務(wù)自動(dòng)發(fā)放，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)與擴(kuò)容，最大利用硬件資源，降低投資成本。此外，在后續(xù)網(wǎng)絡(luò)切片模式中，需要能夠根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求進(jìn)行不同業(yè)務(wù)快速部署和靈活調(diào)度，甚至是跨運(yùn)營(yíng)商集成，都需要核心網(wǎng)具備云化架構(gòu)。

業(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展驅(qū)動(dòng)著蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷向前演進(jìn)。一方面，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)繼續(xù)向低功耗廣覆蓋技術(shù)演進(jìn)；另一方面，向低時(shí)延高可靠業(yè)務(wù)特征的技術(shù)演進(jìn)，如未來的LTE-V及5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。多條技術(shù)路線的演進(jìn)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展，為未來人類提供更加便捷、高效的生活方式和服務(wù)。中國(guó)聯(lián)通也將秉承開放的姿態(tài)，與各產(chǎn)業(yè)鏈伙伴積極合作，共同開拓物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)新空間，在創(chuàng)新中發(fā)展，共享萬物互聯(lián)的新時(shí)代。。無線網(wǎng)絡(luò)利用了IT技術(shù)打造出基于通信系統(tǒng)的開放云架構(gòu)平臺(tái)，較傳統(tǒng)的基于專有處理系統(tǒng)的架構(gòu)平臺(tái)，可以幫助運(yùn)營(yíng)商降低硬件成本、提高資源利用率，能更好地支持未來新標(biāo)準(zhǔn)、新業(yè)務(wù)，同時(shí)支持能力開放的要求。