NB-IoT/LoRa是新技術(shù)？其實(shí)30年前就已經(jīng)出現了

　　導 讀

　　NB-IoT/LoRa這些低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)并非新的事物，30多年前在蜂窩網(wǎng)絡(luò )還未商用之時(shí)，一些行業(yè)就采用M2M方式來(lái)給低速率終端聯(lián)網(wǎng)實(shí)現應用，當年的DataTAC、Mobitex、AlarmNet網(wǎng)絡(luò )與今天的LPWAN有相似的拓撲和網(wǎng)絡(luò )架構。

　　以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )(LPWAN)技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最熱門(mén)和最吸引眼球的部分，在一些場(chǎng)合，NB-IoT或LoRa都成了物聯(lián)網(wǎng)的代名詞了，仿佛一個(gè)項目沒(méi)有和NB-IoT或LoRa有點(diǎn)關(guān)系都不算物聯(lián)網(wǎng)項目了。不過(guò)，雖然NB-IoT、LoRa是近幾年出現并開(kāi)始商用，但此類(lèi)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )的想法并不是新鮮事物，那些對低數據吞吐量有明確需求的應用落地已經(jīng)有了超過(guò)30年的歷史。實(shí)際上，在蜂窩網(wǎng)絡(luò )還未商用之前，一些行業(yè)就采用M2M方式來(lái)給低速率終端聯(lián)網(wǎng)實(shí)現應用，使用專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )，這些無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )和今天的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )有相似的拓撲和網(wǎng)絡(luò )架構，有些直至今日仍然在一些利基場(chǎng)景中使用。

　　30多年間的演進(jìn)和變換

　　從上世界80年代開(kāi)始，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )已在全球各地開(kāi)始萌芽，部分技術(shù)形成的網(wǎng)絡(luò )已發(fā)展到較大應用規模。比較典型的包括：

　　(1)全球化的低速率數據網(wǎng)絡(luò )DataTAC

　　DataTAC是一個(gè)窄帶數據網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，最初由美國MDI(MobileData International)研發(fā)。使用該技術(shù)的窄帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )ARDIS網(wǎng)絡(luò )，是由摩托羅拉和IBM上世紀80年代初投資建設的合資公司。這張網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)為數據傳輸應用而設計，運行在800MHz頻譜上，其數據速率為19.2 kbps，而且最為知名的是擁有比高速率網(wǎng)絡(luò )更強的穿透性。除了尋呼機和黑莓的郵件外，ARDIS在其他方面中也有廣泛的應用，比如安全、車(chē)隊追蹤、信用卡授權和銷(xiāo)售自動(dòng)化等。

　　具體來(lái)說(shuō)，ARDIS是一張集群式無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )，不能用于語(yǔ)音通信。該網(wǎng)絡(luò )上行時(shí)運行在806 MHz到821 MHz之間，下行時(shí)運行在851 MHz至866 MHz之間，有25KHz的信道間隔。在那個(gè)時(shí)候，ARDIS已具備一定規模，在美國都市統計區域(MSAs)的城市中有400座最大城市已被覆蓋，涵蓋了美國90%城市核心商業(yè)區以及80%的總人口。ARDIS也稱(chēng)得上全球化的網(wǎng)絡(luò )，它在英國、加拿大、德國、澳大利亞、馬來(lái)西亞、新加坡和泰國有分支，比如澳洲電訊、和記電訊在澳大利亞、香港都部署運營(yíng)了ARDIS網(wǎng)絡(luò )。1995-1996年期間，ARDIS在全球已擁有超過(guò)44，000個(gè)客戶(hù)(大部分是企業(yè)客戶(hù))，在個(gè)別區域里其容量已超出極限值，不過(guò)ARDIS更多會(huì )隨著(zhù)需求增加來(lái)增加容量和覆蓋。

　　在現在看來(lái)，ARDIS的費率非常之高，對消息傳送服務(wù)來(lái)說(shuō)，從每月39美元的最低套餐(包含100條消息)到每月139美元的白金套餐(包含650條消息)，對于非消息類(lèi)應用的服務(wù)，每個(gè)數據包收取6美分，或者每100字節數據收取3美分，此類(lèi)套餐不可用于email。ARDIS也做了不少室內深度覆蓋，而且由于全國性的覆蓋，ARDIS的用戶(hù)在各大城市之間可以無(wú)縫漫游。

　　不過(guò)，在當時(shí)的背景下，ARDIS僅提供數據服務(wù)，而當時(shí)人們對于基于語(yǔ)音的通信需求非常旺盛，加上這張網(wǎng)絡(luò )缺乏像思科、Ascend、北電等主流硬件設備廠(chǎng)商的支持，讓這張網(wǎng)絡(luò )可以發(fā)揮的作用有限。后來(lái)，摩托羅拉和IBM均將其股份出售給電信運營(yíng)商美國移動(dòng)(American Mobile)，美國移動(dòng)將ARDIS的客戶(hù)并入了其部署的2G網(wǎng)絡(luò )中，這張早期的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )宣告結束。

　　(2)源于歐洲的Mobitex

　　Mobitex也是一項窄帶數據通信技術(shù)，在上世紀80年代由瑞典TeleverketRadio研發(fā)，數年后Televerket Radio和愛(ài)立信的合資公司擁有Mobitex，來(lái)進(jìn)一步完善該技術(shù)，這家合資公司為Eritel，后來(lái)成為愛(ài)立信的一個(gè)子公司。Mobitex在歐洲運行在400-450 MHz頻段上，在北美運行在900MHz頻段上，該技術(shù)使用12.5KHz帶寬傳輸數據，最高速率8kbps，最大的覆蓋范圍可以達到30公里。1986年Mobitex開(kāi)始在瑞典部署，后來(lái)也擴展到英國和美國等地，與DataTAC類(lèi)似，除了用于尋呼和黑莓郵件外，也用于公共交通、安全和大量M2M場(chǎng)景，其中在美國911事件和2005颶風(fēng)救援行動(dòng)中，Mobitex發(fā)揮了一定作用。

　　Mobitex也是一個(gè)全球化的網(wǎng)絡(luò )，在5大洲30多個(gè)國家實(shí)現部署(其中包括在中國小范圍部署)，而且形成大量的運營(yíng)商，比如在美國就有RAM Mobile Data、BellSouth Wireless Data、Cingular Interactive、CingularWireless和Velocita Wireless這些運營(yíng)商，在加拿大有Rogers Wireless，在英國有RAM Mobile Data等。在英國，Mobitex規模最大的應用當屬汽車(chē)故障修復業(yè)務(wù)，幾乎所有的汽車(chē)故障信息傳送至故障服務(wù)機構時(shí)都采用的是基于Mobitex的網(wǎng)關(guān)軟件，預計每年有超過(guò)2000萬(wàn)次故障和修復信息都是通過(guò)其傳送的。

　　和DataTAC類(lèi)似，在越來(lái)越成熟的GSM網(wǎng)絡(luò )的陰影下，Mobitex開(kāi)始走下坡路，能夠提供的應用場(chǎng)景不斷萎縮。一個(gè)標志性事件是，2012年12月31日，瑞典永久關(guān)閉了Mobitex網(wǎng)絡(luò )。

　　(3)為消防報警器而生的AlarmNet

　　AlarmNet從字面來(lái)看就和報警器有關(guān)，這一無(wú)線(xiàn)技術(shù)是安定寶(ADEMCO)在上世紀80年代中期研發(fā)的，安定寶是當時(shí)美國一家大型的報警設備制造商，在2000年時(shí)與另一家知名安防企業(yè)C&K合并成立Ademco Group(美國安定寶集團)，并隸屬于霍尼韋爾，2004年美國安定寶集團正式更名為霍尼韋爾安防集團。

　　AlarmNet已經(jīng)與今天的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )比較相似，它使用928MHz免授權頻段，這一張網(wǎng)絡(luò )是用來(lái)監控安定寶公司的報警設備，而AlarmNet用來(lái)發(fā)送報警信號等少量數據，所以傳輸速率也很低。AlarmNet當時(shí)已經(jīng)具備了一定的規模，覆蓋了美國18個(gè)主要的區域和約65%的城市人口，這樣的規模已經(jīng)形成一張廣域覆蓋的大網(wǎng)。不過(guò)，在上世紀90年代末，2G蜂窩網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始普及，人們發(fā)現蜂窩網(wǎng)絡(luò )可用來(lái)傳輸數據和音頻，而且覆蓋較廣，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈成熟后硬件成本非常低，因此大量需要使用無(wú)線(xiàn)的設備開(kāi)始使用2G網(wǎng)絡(luò )，其中包括報警系統，因此這張網(wǎng)絡(luò )就開(kāi)始和2G網(wǎng)絡(luò )融合。不過(guò)時(shí)至今日，AlarmNet仍然是霍尼韋爾報警聯(lián)網(wǎng)系統的重要服務(wù)內容。

　　NB-IoT和LoRa的商用，不僅僅是時(shí)機，更在于標準化和生態(tài)

　　從以上三個(gè)類(lèi)似于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)發(fā)展歷史可以看出，這些技術(shù)最終的命運都是在2G網(wǎng)絡(luò )商用中走向衰落。從上世界90年代中期開(kāi)始，GSM網(wǎng)絡(luò )在全球的普及部署，提供一個(gè)泛在的覆蓋，且硬件成本大大降低，2G芯片出貨量快速增長(cháng)，M2M業(yè)務(wù)開(kāi)始遷移到2G網(wǎng)絡(luò )上。GPRS的商用，給M2M業(yè)務(wù)更多數據接入的機會(huì )，很多廠(chǎng)商在其設備中嵌入了GPRS模組，模組成本和流量資費越來(lái)越低廉，廠(chǎng)商也能負擔這一成本，這一現象持續了近20年。

　　目前，在全球運營(yíng)商將4G作為主流網(wǎng)絡(luò )且準備商用5G背景下，2G網(wǎng)絡(luò )的退網(wǎng)已實(shí)施或提上日程。物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)前景，尤其是需要低速率、低電量耗費的無(wú)線(xiàn)場(chǎng)景的連接需求越來(lái)越多，在這個(gè)時(shí)機下，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )正填補了這一缺口。

　　30多年前的DataTAC、Mobitex、AlarmNet這些低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )曾一度從星星之火形成燎原之勢，但最終被2G網(wǎng)絡(luò )撲滅。在筆者看來(lái)，這一變遷是由于當時(shí)M2M的場(chǎng)景有限，其網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和2G有很明顯的替代性，而更重要的是GSM技術(shù)形成的高度標準化和全球產(chǎn)業(yè)生態(tài)將網(wǎng)絡(luò )部署運營(yíng)的門(mén)檻大大降低了。而DataTAC、Mobitex、AlarmNet當時(shí)依然堅持封閉技術(shù)，只有少數幾家廠(chǎng)商支持，缺乏產(chǎn)業(yè)生態(tài)讓其無(wú)法與2G形成競爭。從當前來(lái)看，NB-IoT、LoRa從一開(kāi)始就重視標準化和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設，而其他移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展也為其留下了應用場(chǎng)景空間。

　　過(guò)去30年里，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )由盛而衰，如今又開(kāi)始崛起，下一個(gè)30年會(huì )走向哪里?