中国联通蜂窝物联网技术白皮书

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1、 中国联通蜂窝物联网技术中国联通蜂窝物联网技术 白皮书白皮书 中国联通中国联通 20162016 年年 9 9 月月 目录 第 1 章 概述 . 1 1.1 白皮书愿景及目标 . 1 1.2 白皮书状态 . 2 第 2 章 问题和挑战 . 3 2.1 物联网业务发展迅猛，传统蜂窝承载能力有限 . 3 2.2 物联网业务需求跨度大，传统蜂窝技术面临挑战 . 3 2.3 物联网业务成本敏感，蜂窝网络需要更灵活的适应 . 5 2.4 物联网行业应用碎片化，平台适应能力需提升 . 6 第 3 章 总体架构和需求 . 8 3.1 总体架构 . 8 3.2 整体需求 . 9 3.2.1 应用层需求 . 9

2、 3.2.2 网络层需求 10 3.2.3 感知层需求 11 第 4 章 技术要求 13 4.1 网络技术要求 13 4.1.1 网络架构 13 4.1.2 无线技术要求 14 4.1.3 核心网技术要求 17 4.2 终端通信模组技术要求 19 4.2.1 适应差异化业务的定制化要求 19 4.2.2 适应主流网络发展的频段要求 20 4.2.3 适应广泛部署的低成本要求 20 4.2.4 适应灵活应用的标准尺寸接口要求 20 4.3 平台功能及技术要求 21 第 5 章 技术路线和规划 24 5.1 中国联通物联网总体策略 24 5.2 中国联通物联网路线规划 25 5.2.1 网络演进路

3、线 25 5.2.2 平台演进路线 27 5.2.3 模组产品规划 28 第 6 章 总结和展望 30 1 第第1 1章章 概述概述 1.11.1 白皮书愿景白皮书愿景及目标及目标 伴随新一轮技术革命与产业革新的浪潮，云计算、大数据、移动宽带等技 术的快速演进，物联网在各个行业的应用不断深化，这颠覆性地改变着当今社 会生产和生活的方式，为产业带来突破式创新、跨越式发展的战略机遇。全球 各国政府纷纷将物联网上升到国家战略的层面。2009 年，奥巴马政府将“宽带 网络等新兴技术”定位为振兴经济、确立美国全球竞争优势的关键战略， 并出 台了总额为 7870 亿美元的经济刺激计划，通过经济复苏和再投资

4、法确定了 能源、科技、医疗、教育等方面的物联网技术发展策略，进一步强调了物联网 对于美国的战略地位。2009 年 6 月，欧盟向欧洲议会、欧洲理事会、欧洲经济 与社会委员会和地区委员会提交了题为物联网欧洲行动计划的公告。 2009 年 7 月，日本 IT 战略本部颁布“i-Japan 战略” ，聚焦电子化政府治理、 医疗健康信息服务、 教育与人才培养三大公共事业领域， 推进物联网发展。 2009 年 8 月，中国政府提出“感知中国”项目，将物联网列为必争产业制高点。 面对人人通信逐渐饱和、增量不增收的残酷局面，传统运营商都在积极寻 求创新突破。万物互联的海量连接潜力以及连接背后的巨量市场为运营

5、商提供 了一个业务创新拓展的机遇。因此，全球的运营商均积极拥抱物联网，探索新 的业务发展新空间。2016 年，中国联通发布聚焦战略，物联网成为了其中一个 重要的聚焦业务，力图“规模拓展物联网业务新空间” ，培育新的增长极。尽管 中国联通已建成覆盖全国的优质通信网络，但是物物连接巨量性、多样性、与 人联网需求的差异性都给传统的蜂窝网络带来了一定的挑战。 在此背景下，本白皮书立足于中国联通移动蜂窝网络，结合中国联通自身 网络情况，深度分析了物物通信与人人通信在成本要求、终端适配、网络接入 方式、 适用场景等方面的差异， 总结了物联网业务的这些差异将给终端、 网络、 业务及平台带来的问题和挑战；进一

6、步地，从物联网整体架构出发，结合物联 网未来技术演进趋势，分析了物联网应用、网络、终端的需求，并针对这些需 求，从中国联通的网络、业务平台及终端技术推进三大方面，分别提出了具体 2 技术要求；最后给出了中国联通物联网整体发展策略，以及在此大策略下网络 整体演进及部署的计划、平台演进路线以及终端产品的规划。 我们期望通过此白皮书，分享中国联通对物联网的思考，以期与产业各界 共同探讨产业合作、共建良好生态模式，共同推进物联网业务发展。 1.21.2 白皮书状态白皮书状态 本白皮书版本 1.0 是第一个版本，虽然还不够全面，并可能存在需要继续 修订的地方，但希望这一版本的发布能对产业界有所帮助。随着

7、时间推移，新 的研究内容可能会被加入到后续版本中，欢迎提出修改意见和建议。 3 第第2 2章章 问题和挑战问题和挑战 2.12.1 物联网业务发展迅猛，物联网业务发展迅猛，传统传统蜂窝承载能力有限蜂窝承载能力有限 随着各类智能技术的发展，信息服务的快速推进，万物互联已从概念走向 现实，物联网正步入快速发展期，连接的数量和设备的类型增长迅速。据 IDC 预测（如图 1所示） ，到 2020 年，全球物联网连接将达到 300 亿；到 2025 年， 全球物联网连接将达到 700 亿。 图 1 物联网连接数预测 巨量物联网连接的需求，对物联网的网络接入能力提出了极高的要求。尽 管物联网连接不全是基于

8、移动蜂窝技术的，然而能够提供广域覆盖的移动蜂窝 网络依然具备一定的优势，将承接大量物联网接入业务。传统蜂窝的设计目标 是以人为服务对象， 满足人的通信需求， 因此其依据人口密度来规划网络覆盖、 承载等能力建设。随着物联网业务应用的拓展，接入终端的密度、地域分布等 都呈现不一样的特征，因此，为人人通信而设计的移动蜂窝承载网在单位面积 容量、接入终端数等方面将面临较大的挑战。 2.22.2 物联网物联网业务业务需求需求跨度大，传统蜂窝技术跨度大，传统蜂窝技术面临挑战面临挑战 由于物联网连接的是物，连接物的巨大差异，带来的终端形态、技术需求 4 等差异巨大。移动通信终端连接的是人，各类手持终端的发展

9、目标主要是为了 便于人的携带，手机即为移动通信的一个最典型的终端形态。物联网最终服务 的是物，物联网连接的也是这些物所对应的终端，如图 2所示，当物联网连接 的是人身体的某个部位（如手指） ，那么其终端体积等方面则要求极小；当物联 网连接的是工业控制中的某个大型器械，那么其连接终端在形态、体积等方面 则需求不一样，差异化较大。另外，物联网终端除了在物理形态等方面发生了 剧烈变化，跨度较大之外，其工作环境的差异巨大，因此带来的具体技术需求 的变化也较大。以省电技术为例，部分远程监控类应用，省电是其重要的一项 技术指标，是影响其能否规模应用的重要特性；而对于有持续供电能力的终端 应用，省电并非其考

10、量的重要技术指标。 图 2 物联网与传统蜂窝网的对比 物联网业务应用场景多样， 各类物联网业务模型差异大， 技术需求跨度大。 从速率需求来说，既有对速率有强烈需求的高清类视频监控，速率需求在 Mbps 以上；又有对速率完全无需求的抄表类业务应用，bps 量级的接入速率亦能满 足其需要。从业务接入频次要求，则包括了异常通信业务、批量通信业务、定 期通信业务以及实时通信业务等，各类业务在接入频次、接入次数等方面需求 差异很大。从业务时延需求来说，既有对时延敏感，要求极高的自动控制等诉 求，其时延要求需达到 ms 级；亦有对时延完全不敏感的，甚至分钟级都能接受 的业务应用。因此，物联网业务应用的复杂

11、性、多样性对传统蜂窝技术的适应 性提出了更多样的要求。 传统蜂窝是往宽带化、IP 化演进的，当前主要技术诉求是往更高速率方向 演进的。尽管其从一开始业务模型的设定主要是为语音业务服务，到后来数据 业务服务的适应往宽带化演进， 其演进的根本趋势还是以带宽/速率作为其最重 5 要的一项技术指标。因此，从空口技术来说，其通过更多载波的捆绑、更高阶 的调制、更多天线的应用等相关技术，带来更高的速率。从无线空口设计上来 说也未考虑对于业务，尤其是物联网业务多样性的考虑。同样地，从核心网角 度来说，尽管一定程度的可针对不同的业务应用构建不同的承载，提供差异化 的保障，然而其整体设计上主要还是为了保障实时通

12、信，如话音等业务应用， 而非针对丰富的物联网业务特性而制定的，因此也难以灵活的适应物联网业务 应用的需要。 2.32.3 物联网业务成本敏感，蜂窝物联网业务成本敏感，蜂窝网络网络需要更灵活的适应需要更灵活的适应 各类行业应用在选择其物联网通信技术时， 成本是其考虑的一个重要因素。 因此，终端模组成本极大地左右着物联网业务对于接入技术的选择。传统蜂窝 技术沿着 2G、3G、4G 的宽带化演进，其极大的提高了网络的频谱效率和资源利 用率，给用户带来了更高的峰值速率和更低的时延体验。这些性能提升对于速 率、流量要求高的物联网应用具有重要的意义，但是，类似于智能抄表等数据 速率、业务时延要求不高的物联

13、网业务，对终端模组的成本敏感度极高，因此 采用新的蜂窝技术反而带来了额外的不必要的成本开销和复杂度 （如图 4所示） 。 因此，尽管 3G 网络已商用多年，4G 网络也已在全球范围内规模商用，物联网 连接中 2G 依然占据较大比重，超过 70%（如图 3 ） 。 图 3 2G/3G/4G 物联网终端占比分析 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 4G 3G 2G 6 图 4 几种无线模组成本对比 资费成本也是众多物联网业务应用在技术选择中重点考虑的一个重要因素， 因此对于物联网业务的运营提出了更精细化的诉求。尽管物联网业务有一个广 阔的规模空间

14、， 然而当前移动蜂窝网络的成本模型难以匹配如此低 ARPU 诉求的 物联网业务需要， 增量不增收将是运营商在物联网市场面临最大的痛点。 因此， 对于需要承接如此规模业务应用的移动蜂窝物联网演进来说，在降低终端成本 的基础上，更需要考虑网络建设及维护成本。因此，在能满足业务需要的情况 下， 不断优化并提升各类资源利用率、 降低能耗比将是努力的方向。 另一方面， 物联网业务的多样性，其对网络的精细化运营提出了更高的要求，针对不同行 业应用、不同的业务场景需要能够灵活的适应，匹配差异化的业务策略。更精 细化、更灵活化的业务运营，一方面需要有满足不同业务应用的接入技术能够 提供承载；另一方面则需要网络

15、资源能够灵活部署及适应。 2.42.4 物联网行业应用碎片化，物联网行业应用碎片化，平台适应平台适应能力需提升能力需提升 纯粹管道型运营物联网业务，难以改变运营商增量不增收的局面。物联网 业务的使用成本（即连接成本）将是影响物联网业务发展的一个重要因素，对 于大连接业务应用来说，其 ARPU 值的不断降低将是可预期的，如当前针对抄表 类应用其连接价格已降低到 20 元/年。多数物联网业务应用中，用户更关注应 用本身，对网络连接质量的敏感度较低，除运营商蜂窝网络外，还有更多提供 局域应用的物联网连接服务，管道化的同质化竞争验证。因此，运营商在管道 之外，纷纷以平台为抓手，布局物联网产业，成为物联

16、网产业链整合商。 $0 $5 $10 $15 $20 $25 $30 $35 7 物联网业务与传统电信业务有很大不同，其业务行业属性强，类型复杂多 样，应用呈现碎片化发展特性。当前运营商大部分物联网平台核心是以管道服 务为基础，提供便捷的连接管理能力已适应业务的管理，而缺乏在面向行业应 用、用户服务的支持如数据管理、终端设备管理等，其本质服务依然是管道服 务能力。因此，面对复杂多样且不断发展的物联网业务，需要整合资源，加快 物联网业务运营管理能力、业务开放能力、基础网络能力的融合，积极拓展平 台在垂直行业和水平行业的业务能力，水平服务能力以及垂直行业应用。 8 第第3 3章章 总体总体架构架构和和需求需求 3.13.1 总体架构总体架构 移动蜂窝物联网是以各类移动蜂窝接入技术为基础，为各种物联网终端提 供安全可靠的数据传输通道，并面向各行业提供物联网整体应用服务。移动蜂 窝物联网的整体架构包括了三层：感知层、网络层、应用层。如图 5所示，运 营商依托移动蜂窝接入网络面向各类物联网终端、传感节点等提供连接接入； 面向整体物联网行业提供专用接入及业务服