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专访邬贺铨院士:四个好消息说明物联网的发展步入了正轨

[日期:2016-07-05] 来源:物联网智库  作者:iot101君 [字体: ]

  在2016中国(上海)物联网大会,iot101君有幸在中国互联网协会理事长邬贺铨院士演讲完毕后对其进行了专访,我们聊了聊物联网发展的新机遇、新技术以及一些未来可能遇到的问题,现将演讲和专访内容整理如下:

  概要

  一.物联网发展新技术与应用新机遇

  1.窄带物联网的出现,改变了物联网的应用

  2.车联网和网联车

  3.物联网支撑工业4.0/产业互联网与“互联网+”

  二.四个好消息说明物联网的发展步入了正轨

  第一个好消息是标准化

  第二个好消息是5G

  第三个好消息是产业互联网

  第四个好消息是大企业的入局

  三.最后的一点建议

  第一

  物联网发展新技术与应用新机遇

  1.窄带物联网的出现,改变了物联网的应用

  你看这个三角形的图,最上面是视频监控物联网的应用,大概需要10Mbps以上的速率;智能家居、机器到机器(M2M)等应用的速率要求大概是1Mbps以下;而剩下60%的物联网应用,要靠低速率(<100Kbps)的低功耗广域网。

  一般来讲视频监控要用光纤;中速率的可能用2G、3G;使用WIFI和蓝牙的物联网因为功率比较低,传输距离比较短,大多只适用于室内,通过手机和网关,耗电也比较大。60%左右的应用是广域的物联网。低容量的传感器如果用移动通讯的网络就太过浪费,因为移动通讯的网络本来就不是为了这些用途的,所以很难满足低功耗的要求。因此目前接入到运营商网络的物联网终端仅有6%。我们认为如果用运营商的网络,就可以实现整个城市一个网,窄带物联网就是这样出来的。

  2014年5月立项;2015年由华为和高通提出窄带蜂窝的IoT方案;到15年9月中兴、爱立信提出窄带融合;今年12月份才把技术方案讨论出来,然后今年6月16号在韩国的釜山通过了窄带IoT的核心标准。

  NB-IOT是基于授权频段的低功耗技术,除此之外还有非许可频段的技术:一个叫Sigfox,一个叫LoRa。NB-IoT之所以没有选择非许可频段,是因为他有比较多的干扰。用了许可频段的好处是直接可以部署在运营商现有的2G/3G/4G网络,与现有网兼容。NB-IoT目前定义了上下行频分(FDD)的方式,但为了减少干扰,适用半双工模式。

  它有三种运营模式,一种是独立的在运营商的网络外面重做;第二种是在LTE的保护带上,实际上它主要的原理是上行是采用OFDMA,前后保留10kHz的保护带,它有两种子载波间隔,一种是3.75kHz的,另一种是间隔15kHz的;第三种是带内模式:可利用LTE载波中间的任何资源块。

  它有几个大特点:

  一个是广覆盖 :NB-IoT技术能实现比GSM好20dB以上的覆盖增益,覆盖面积扩大100倍,在地下车库、地下管道也能覆盖到。

  上行工具谱密度增益17dB(NB-IoT的200mw/3.75kHz相比2G/3G/LTE的200mw/180kHz)

  2-16倍的重传机制增益3-12dB(付出时延代价,10s,但业务允许)

  编译码增益3-4dB

  二是大连接 :NB-IoT单扇区支持5万个连接,比现往高50倍(2G/3G/4G分别是14/128/1200),目前全球有约500万个物理站点,假设全部署NB-IoT,每站点三扇区可接入的物联网终端数将达4500亿个。

  窄带技术:上行等效功率36信道*23dBm,提升信道容量

  减少空口信令开销,提升频谱效率

  基站优化:独立的准入拥塞控制与终端上下文信息存储

  核心网优化:终端上下文存储与下行数据缓存

  三是低功耗 :NB-IoT终端如每天发送一次200Byte报文,AA电池待机时间10年

  单次的速传时间缩短了

  终端99%的时间都工作在节能模式(PSM),这个节能模式和手机的节能模式不一样,终端仍然注册在网,但信令不可达。终端处于深度睡眠,99%的时间终端的功耗只有15微瓦。它的睡眠的时间比较长,能减少终端监听网络的频度。

  因为物联网不像手机那么位置变化那么快,所以移动性的管理可以简化。

  四是是低成本 :目前单个模块做出来的成本不会超过5美元,目标是要做到1美元左右。

  180kHz窄带,降低芯片复杂度;

  简化协议栈(500Byte),减少片内Flash/RAM;

  低采样率

  单天线、半双工,射频成本低;

  峰均比低,单片SOC内置23dBm发射功率的功效。

  我刚才说了,上周3GPP已经在韩国的釜山会议上冻结了NB-IoT核心协议标准。今年5月30号,中兴通讯携手中国移动在实验室率先完全严格遵循NB-IoT标准协议的技术验证演示,华为针对物联网推出了LiteOS操作系统。工信部今年4月份召开了窄带IoT的工作推进会,要求年底建设基于标准NB-IoT的规模外场试验。中国联通今年将在超过5个城市启动基于窄带IoT的实验,这5个城市包括上海,还包括上海的迪士尼乐园。2018年要全面推进,预计今年年底全球50家主流运营商都将会支持NB-IoT。市场研究公司预测窄带IoT未来将覆盖物联网连接的四分之一。到2020年M2M设备可达到70亿个连接数。

  窄带物联网可以应用到什么领域呢?智慧城市,在远程抄表、智能停车、智能路灯、环境监测、智慧农业、畜牧养殖灌溉、智能垃圾箱等领域。具备资产跟踪、智能追踪、超距告警、电子所控制等功能。惠普2013年起在其卖的打印机里头嵌入了无线传感器,它主要用来监视墨水使用情况并自动触发记录,减少了客户抱怨,会节省成本50%。

  关于NB-IoT和LoRa等其它低功耗广域技术的关系

  iot101君

  :在未来,NB-IoT和LoRa等其它低功耗广域技术将会是怎样的一种关系?

  邬贺铨院士:网上有一些议论,说NB-IoT出来了,可能LoRa啊,Sigfox就没有机会了,我认为呢,NB-IoT首先的一个优点是他是基于许可频谱,干扰比较少,而且他是运营商比较愿意采取的一种办法,因为他不需要单独建网,运营商可以介入甚至主导,真正广域范围内的应用他可能具有优势。目前虽然计划今年年底芯片可以出来,运营商可以带头先做一些,但是真正大规模商用还需要一定的时间。另外他现在只有FDD的标准,他还没有TDD的标准,所以中国移动还得等待一段时间。

  所以,LoRa这些技术目前还有机会。在未来,即便NB-IoT出来了,那么LoRa他现在已经进入到一些传统的产业中,这些传统的产业不一定非要放到运营商的网上,他可能愿意独立建网。那么这种对LoRa肯定是有利的,很多大企业他不想落在运营商那边。

  如果NB-IoT出来,他肯定会分走LoRa原先想象的一部分市场,但目前来看,他很难进入到传统行业中一些独立的应用里。当然如果一些企业愿意接入运营商,他也是可以用NB-IoT的,事实是很多企业他肯定不愿意。

  iot101君

  :也就是说,NB-IoT适用于运营级市场,LoRa更适合企业级市场。

  邬贺铨院士:是这样的。

  关于LPWAN技术商用

  iot101君 :因为这种技术毕竟功耗低,速率低,在商用过程中不能用以前的流量计费模式,那么运营商和非运营商会采取怎样新的计费方式呢?

  邬贺铨院士 :他连接的不是人,所以肯定不能按照人那样按流量来收费,他可能采用一种包月的模式:比如说一个小区,里面一千户都有水表,都要连到网上,那我打个包,你这一千户,你这物业一个月给我多少钱。他不可能一个终端一个终端收费的,他收的过来吗?对运营商来说,他这样也不至于把他的流量计算到他的UP里头,如果敢把水表电表都算成一个终端,那完了,别的终端一个月几十块到几百块,你这个终端一个月几毛钱,他肯定不能这样加进去的。

  其他企业也会采用一种办法,像LoRa,我建网,建好了整个卖给你,你企业自己运营,自己管,这样就是作为供应商做一次性买卖;还有一种是我帮你建,然后我帮你提供后面的分析服务,包括大数据,然后我收取服务费,这也是一种模式。

  2.车联网和网联车

  汽车就是物联网节点,汽车就是一个复杂的电子系统:一辆汽车有十多个CPU,有700G的储存器,有上百个电控单元,汽车电子系统占汽车成本的30%到60%。未来汽车的创新80%会来自汽车电子。

  关于车联网的通讯标准,过去有LTE-V,它采用CSMA/CA,类似我们的以太网。汽车用这个进行娱乐通讯没有问题,但是考虑到汽车安全的这肯定是不行的。所以现在提出基于4G的LTE技术,今年可以完成标准化。它在有基站可能利用的情况下,可以实现车到车的通讯。在没有基站的情况下,它可以用D2D,汽车到汽车,实现车到车、车到路的通讯。

  车联网有什么频率?

  一个汽车里面是调频的,不停车收费一般都用5.8到5.9GHz,短距离通讯也是这个频率。作为传感器检测的雷达可能更高一点,二十几GHz到七十几GHz。底下的图是美国和欧盟用于车联网的不同通信,有用在服务的,有用在控制的,有用在车到路的。

  我们都知道特斯拉做的电动车很好,但是特斯拉汽车做得好吗?不一定,很难说特斯拉的汽车做得比别人好。特斯拉电池做得好吗?特斯拉电池是从松下公司买的笔记本电脑的电池。电池最大的问题是串并联,特斯拉的本事在每个电池组都装了传感器,并且设计了软件,监控电池组的电压。自动调节每个电池组的电量,保证每个电池组瞬时的电压是一样的,这样能把电压并联在一起。我们国产车在这点上还有差距。特斯拉还做了什么?一个充电桩去充电时间很长,特斯拉做到把电池做在车底下,抽提式的,把电池拿出来就够了。现在国外不用这样的,把充电线接在马路上,全部马路都是充电桩,这样一来简化了充电。靠马路底下充电,不需要用物联网监视的。

  Google也申请了做汽车,Google并不是真的做汽车,他是把传感器、导航系统、数字地图、实时街景、大数据装在汽车里头了。Google获得了美国内华达州001号无人驾驶的牌照,我们看看Google的无人驾驶。Google在两个月前,Google无人驾驶蹭了一辆大客车,因为它的软件设计认为所有上路的汽车都遵守交通规则。马路上有几辆车有人驾驶的,还是不一定安全。你不追尾别人,不能保证别人不追尾你。而且街景准确度要做到到厘米量级。我们中国发生过救护车把别人拉到路上,没有拉到医院,因为路段堵了。

  麻省理工大学把2015年的10大科技,其中车联网是第3位。现在大规模车联网成为5G的三大应用场景之一,2G是TDMA的时分多址,3G是把频率时间、空间的因素应用起来;现在中国的4G刚刚开始,用户不到一半,现在5G都来了。5G跟4G比,用户体验提高10倍,移动性提高1倍,无线接口提高10%。现在中国的5G要求是2020年商用。东京奥运会5G要商用,韩国提出来2018年韩国要开冬奥会,5G商用。中国市商委提出中国2020年5G商用。

  3.物联网支撑工业4.0/产业互联网与“互联网+”

  在美国,你花2.9美元从苹果商店下个软件,然后把手机装到肚子上,往肚子上一扫,就可以预测癌症的早期。

  比如说你到俄罗斯去旅游,会俄文的不多,你用手机上的APP,扫一下指示牌,你让它翻成俄文就俄文,翻成英文就英文。

  还有百度的眼镜,当你走在马路上,看见前面的女孩身上的包包很好看。你隔空画一个圈,通过无线信号就能告诉你,这个包是什么型号,什么品牌,在什么商店可以买。

  对于瞎子怎么办?很多书不能凹凸不平,屏幕更不能凹凸不平。可以戴个指环,它可以扫描这个字,上传到云端。

  我们看一下视频(播放视频)手机跟物联网的结合,手机变成人的眼睛了,当然还可以识别假币。

  还有你在商店买东西,穿件红裙子,你可以想象穿蓝裙子是不是更好?你不见得要真的去换,你可以用物联网虚拟去换。

  比如说这个人想修汽车,戴上VR的眼镜,就可以看到怎么修汽车。它告诉你第一步是怎么样,你按照它做就行了。这里边这是一种虚拟现实,把手机挂在胸前,投影到外边,外边有个虚拟的屏幕,你可以通过手指的移动,一边走一边玩游戏都可以。

  现在无人机、机器人也非常热,我们看一下机器人。机器人打球,这是三个无人机,无人机的协同是比较难的,它需要用到物联网、GPS和定位技术。我们交通用到物联网,每个路口都有很多摄像头。传统的是把这些摄像头连到交管中心的显示屏上,需要利用大数据、可视化的协同。不同时间显示不同的交通状况,有延伸,事故、临时交通管制等等,实时地发到驾驶员和行人手上。

  我们现在汽车生产线都是非常自动化的,用了很多物联网。实际上德国的工业4.0不仅是自动化,它从供应链到多用户的自动化生产部分。这里面工业4.0的很重要的技术都是物联网。

  我们现在提工业4.0,1.0是机械化,2.0是电动化,3.0是自动化,4.0是智能化。它是是智能机器加先进分析工具,实现人机交互。IoT、物联网是中国物联网的核心。

  物联网是两化融合的切入点,物联网产生大数据,物联网与移动互联网、云计算、大数据相伴发展,物联网成为大智移云时代的重要支柱。物联网是产业互联网的核心技术,推动实现信息、物理系统融合。窄带物联网、车联网和产业互联网等新技术将扩展物联网的应用。人们感觉不到物联网的存在,但它时刻影响人们的体验。要抓住物联网发展的机遇,建设感知中国和智慧中国!

  第二

  四个好消息说明物联网的发展步入了正轨

  物联网在中国,应该是在08年的金融危机之后热起来的。当时大家对这个新概念充满希望,但是后来发现这个产业可能没有想象中起的那么快,后来热潮退下去了,这是因为物联网的发展逐步走入了比较健康的轨道,为什么这么说呢:

  第一个好消息是标准化

  物联网过去标准化比较差,不但表现在传感器上,多种多样,更表现在物联网的通信协议本身也是五花八门。过去的通信是基于WiFi啊蓝牙啊之类的,是短距离的,可能在家里面小范围应用还可以,但是要延伸到智慧城市,不是说把无数个WiFi连接到一块儿就行的,实际上WiFi是无法解决一个大城市如何实现互联这个问题的。现在来看,一个好消息是半个月前,在韩国召开的3GPP 标准会议顺利结束。NB-IoT(作为3GPP R13一项重要课题,其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准,低功耗广域物联网传输速率能做到几百Kbps,覆盖要比现在的覆盖好100倍,可以连接到地下车库,可以在一个扇区内支持50万的连接。

  这是一个好消息,容量很大,功耗很低,一个电池就能支持一个物联网模块长达10年,现在随着芯片成本降到5美元了,未来随着规模增大有可能降到1美元,这个技术从立项到标准化也就2年时间吧,现在来看,大部分运营商都表示今年年底要把芯片做出来,一些运营商认为,他可以跟现有的移动通信网兼容。这样,通过窄带物联网技术NB-IoT标准就可以使得整个物联网变得比较便宜、比较通用、能大范围覆盖,能很好的支撑智慧城市的应用。

  技术上的第二个好消息是5G。

  原来我们的移动通信都是面向人的,5G除了继续面向人,高速宽带以外,还定位在两个应用场景:一个定位在产业互联网——工厂——大规模的物联网传感器的连接,他最多一平方公里支持一百万个传感器的连接;另外一个场景就是支持车联网,我们知道车联网为了安全,要求延时很短,现在的2G/3G做不到,未来5G的延时是小于1毫秒的,这是非常快的反应。另外他还考虑到高铁,中国的高铁现在还是300公里嘛,他是定位在500公里的技术,所以随着5G——中国已经宣称2020年要实现商用——所以说一个把物联网作为主要目标的移动通信标准也会出来,并在2020年得到商用,这也是一个好消息。

  第三个好消息是产业互联网。

  德国提出“工业4.0”,美国提出“产业互联网”,中国提出“互联网+”,还有中国政府提出“中国制造2025”,要推动互联网渗透到产业——传统产业,为传统企业的改造转型提供手段,其中产业互联网里头很重要的一点是物联网,把物联网跟移动互联网、云计算、大数据结合会进一步促进物联网在传统产业的作用,原来物联网深入产业的不多,那么随着“互联网+”的出现,为这个开辟了很好的市场。

  第四点是大企业的进入。

  原来我们的物联网领域里没有大企业,企业都比较小,现在来看呢,像华为、中兴,包括BAT等巨头纷纷进入物联网领域,比如BAT中阿里就利用他的云计算。而随着窄带物联网的进一步发展,中国移动、中国联通,中国电信等运营商也开始大规模的介入物联网。

  我认为大企业会在未来进一步进入物联网,这会给物联网的发展带来很多机遇。另外还有政府的支持,去年以来到今年,我们政府出台了很多规划、战略,包括最近出台的十三五规划,都把物联网的作用提到一个很高的位置,而且与我们过去出台的移动互联网啊、智能化啊、云计算啊、大数据结合在一起,包括建设智慧城市的进展也在实实在在的推动。

  所以我想,物联网现在的发展进入了一个好时期。当然,我刚才报告里讲了一句话:物联网渗透到社会生活的方方面面,但是可能呢,他在你的生活生产中都有,但是你可能感知不到他的存在。

  你现在手机上只有几十个传感器,汽车上可能有两百个传感器,你的家里也有很多,所以你可能感受不到物联网,但物联网时刻都在你身边,所以我认为物联网的发展现在是什么呢?待到山花烂漫时,她在丛中笑。

  第三

  最后的一点建议

  从事物联网的企业首先应该想到,物联网的时代是一个万物互联的时代,市场是非常广泛的,同样,市场也是多样性的,需要一个一个行业的去深耕,所以必须要有持续的坚韧不拔的思想来投身到这里去,不能想象几天之内就发财了就做大了,你必须一个行业一个行业来,不可能一下子涵盖全部。重点是你能不能做出特色来。

 

  还有,因为物联网需要低功耗低成本广覆盖,这需要什么呢,需要你把他做便宜了,需要资本的投入,不是短期内能见效的,需要有长期投入的准备。谷歌愿意花32亿美元收购美国一个家庭烟雾报警器公司,可以说明物联网产业的价值。当然前提是你要把他做好,切记急躁啊炒作啊是不可取的。

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