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NB-IoT最大細分市場:智能表計的困局與出路
發布日期:2021-04-16   來源:www.caskw.com   瀏覽:

2019年10月,基于NB-IoT的燃氣表出貨量就達到了1000萬臺,成為全球首個突破千萬級NB-IoT連接的智能終端。隨著市場教育的不斷深入,加上2G/3G減頻退網的加快,NB-IoT將在各垂直行業迎來規?;涞?。根據中國城市燃氣協會的數據,我國目前在線運行的居民燃氣表超過2億臺,即使不考慮新增,以10年更換周期計算,平均每年至少有2000萬臺存量燃氣表更新的需求,在這一背景下,智能燃氣表依然是NB-IoT規模最大的應用領域之一。

 

另一方面,目前國內NB-IoT智能水表累計出貨量也超過1000萬臺,成為第二個突破千萬級NB-IoT連接的智能終端。我國水表現有保有量在3億臺以上,隨著城鄉供水一體化、智慧城市的發展,智能水表的滲透率也越來越高,預計年復合增長率達到20%以上。

 

不過,這一過程還存在一些誤區,很多人認為采用NB-IoT就基本上就萬事大吉了。實際上,公用事業及表計行業的最終目的是數字化轉型,為達到這一目的,NB-IoT智能表只是一個手段,而且NB-IoT并非無所不能,圍繞NB-IoT這一新的手段,還需要做大量的工作才能實現數字化轉型的目的。經過數年“摸著石頭過河”的歷程,業界對這一過程的各類難點、痛點有了深入的認識,并圍繞著NB-IoT開始形成端到端的解決方案。

 

2020年10月,在一年一度的北京通信展上,華為聯合物聯網智庫主辦了NB-IoT億發展峰會,相關業內專家透露主流燃氣表廠商智能表中NB-IoT的比例達到80%,主流水表廠商智能表中NB-IoT的比例達到60%,標志著NB-IoT在智能抄表這個最大細分市場進入了規?;渴鸬男码A段。伴隨著電信運營商高質量發展的政策落地,幾年前的NB-IoT物聯卡超低折扣也基本消失,從通信模組廠、智能表廠、公用事業單位到電信運營商都在重新審視及定位,擺在眼前的理想與現實之間巨大的差距。

 

公用事業端到端的變革:以5G為起點,任重而道遠

今年7月,NB-IoT正式成為5G標準之一,加速傳統表計向聯網智能表的更新,但對于公用事業公司和用戶來說,這不僅僅是把傳統機械表換成聯網智能表,而是涉及到大量端到端系統的改造和生產經營模式的變革。從端到端的系統來看,智能表計形成端、管、云的系統大幅度改變。

 

(1)終端側:從通用模組集成到智能板卡的升級

 

多年來,水電氣表是公用事業公司的核心計量工具,計量的精度和準確度是傳統表計廠商的競爭力所在。具有遠傳功能的智能表需要在傳統基表基礎上集成一塊專門的智能板卡才能實現,以NB-IoT智能表為例,這塊智能板卡中必須有專門的NB-IoT通信模組,根據實際需求還會集成處理器、傳感器、天線、紅外、藍牙、按鍵、顯示屏、安全芯片、Sim卡槽等功能組件以及其他外設。僅通信功能一項也并非NB-IoT就能包打天下,很多水表/燃氣表部署在樓房的管道井及建筑死角,靠蜂窩物聯網基站信號也無法很快滿足無縫覆蓋要求,很多廠家在實際部署中采用了樓層集中器、短距無線中繼等組合辦法。

 

這么一塊智能板卡看似和此前手機板卡設計和工藝類似,引來一些獨立電子產品設計公司基于此前經驗進入該領域。但是,手機畢竟是一個獨立、標準化的產品,完成了板卡核心要素的設計就能實現,而智能表計中基表也是核心要素,這是一個專業性壁壘很高的領域,智能板卡需要和基表配合設計才能實現相應的功能,而且不同客戶對于智能表計的功能需求不同,還需要配合客戶進行定制化,因此這并非一個完全獨立、標準化的產品。

 

舉例來說,由于具備了無線遠傳功能,無線數據安全的勢就比較嚴峻,部分客戶可能會要求終端具備安全加密功能;一些場景的智能表計需要對燃氣泄漏、惡意拆除進行及時告警,則需要表計終端具有專門的傳感器和MCU。所以說,智能表終端開發需要大量工作去做,集成NB-IoT通用模組實現廣域連接只是其中一個環節,后續還需要針對性的做很多定制優化的工作,實現從傳統非智能表到聯網智能表的升級。

 

(2)管道側:從無到有、從有到優

 

對于公用事業公司及表計廠家來說,無線網絡并不是一個新的事物,該行業曾經經歷過433/ZigBee聯網表、2G聯網表、LoRa聯網表等多種方案,到如今NB-IoT作為主流的通信傳輸技術,才開始真正大規模部署并提供每天抄報的業務,所以對聯網功能的需求也才變成真正的剛需。

 

公用事業公司對通信管道的要求不會僅限于從無到有,而是要求更好的通信質量以保證智能表無線遠傳的成功率,因此對于網絡覆蓋提出了明確的要求。NB-IoT廣覆蓋、低功耗的特性非常適合水表/燃氣表這類低速率、低頻、小數據包業務的需求,但從當前來看,NB-IoT網絡的覆蓋還有很多薄弱的地方,雖然運營商根據需求進行按需建網或者開通上電,但并非所有水表/燃氣表安裝的場所有達到抄表需求的網絡覆蓋,尤其是一些終端數量較少的區域,在一定程度上延緩了NB-IoT表計的滲透。

 

2019年中國計量協會發布的《NB-IoT水表自動抄表系統現場安裝、驗收與使用技術指南 》團體標準中,明確要求居民區域安裝區(空曠區)的路測信號數據 RSRP(CQT)不小于 -105 dBm,SINR(CQT)不低于 0 dB。這些專業指標對于水表/燃氣表的行業客戶,并不具備專業的通信設技術和人才,只能依賴本地電信運營商來解決。而經歷了幾年前的低價競爭搶用戶之后,電信運營商專門新建基站、投資網絡優化的意愿也大大降低,無法快速解決管道側的覆蓋不足問題,引起了實際部署中的不少客戶投訴。

 

基于這一背景,一方面通過低成本的補盲優化手段可以有效解決很多問題,另一方面對三大運營商現有NB-IoT網絡資源進行充分整合也能在一定程度上解決問題。前者可以通過增加NB-IoT小基站、引入專網共建共享的形式,低成本快速在終端部署場所形成覆蓋,目前已經成為業界的共識;后者可以通過eSIM技術以及異網漫游的形式,讓終端在網絡覆蓋不足的情況下,自動切換至其他有信號的運營商網絡,不過這一方式需要終端和平臺側的配合才能實現,終端側要支持eSIM的設計,更為重要的是由于目前運營商政策的限制,平臺側需要開發具備eSIM寫卡功能。

 

除此之外,可能仍然有少量網絡邊緣的設備無法實現數據遠傳,此時可以考慮近距離通信的方式,使公用事業公司人員無需進入用戶家中也能實現數據補抄。比如香港中華煤氣推出的終端側集成低功耗藍牙(BLE)的功能,通過手機直連或MESH多跳形式完成數據上傳。

 

(3)平臺側:生產經營方式變革的關鍵

 

與傳統方式相比,智能抄表平臺也是一個新生事物。對應NB-IoT智能表,水務/燃氣公司需要部署連接管理平臺、設備管理平臺以及表計運營計費平臺等平臺形態。

 

一般來說,大型公用事業公司都會開發自有的IoT平臺,對表計進行計費和運營,并將第三方提供的連接管理和設備管理功能納入自有的IoT平臺中。不過,大量中小公用事業公司并不具備自行開發IoT平臺的資金和人才資源,還是需要第三方機構為其提供低成本且成熟的平臺支持。

 

就以連接為例,正如前文所述,為了實現智能表計數據的有效上傳,可能采取了多家電信運營商NB-IoT網絡、小基站或專網基站、eSIM空中寫卡等方式,要對大量的終端以及多種技術、多形態異構網絡進行管理,公用事業公司需要一個統一的平臺對所有智能表流量使用狀況進行查詢和操作,并及時了解各類異構網絡狀況。

 

借助NB-IoT智能表的契機,可實現大量中小公共事業公司資產和數據上云,基于此在平臺側采用人工智能、大數據等技術,實現行業生產經營方式的變革,從而達到數字化轉型的目標。

 

作為公用事業運營商,通過終端側、管道側、平臺側端到端的變革,傳統的水務/燃氣公司生產經營模式發生根本變革,不僅僅通過遠傳替代人工抄表方式、節省了運營成本,更是發揮了數據的價值,讓智慧服務、智慧調度、智慧生產得以實現,并基于能源大數據探索創新商業模式。

 

端到端解決方案,破解公用事業數字化轉型痛點

2020年11月,國內規模最大的燃氣技術設備展和城鎮水務技術博覽會分別在成都和杭州舉辦,參展廠家中除了傳統的管道、閥門、表計廠家外,也出現了NB-IoT芯片商、通信模組廠、電信運營商及專業技術服務商等物聯網產業鏈公司。

 

 

可以看出,傳統公用事業向智能化發展過程中,NB-IoT是一個紐帶,圍繞這一紐帶還需要做大量工作才能實現數字化轉型目標。其中,智能模組、通信網絡、連接管理平臺、設備管理平臺等都有很多痛點需要破解,公用事業公司及表計廠家并非這些領域的專家,還需要第三方專業技術服務為行業客戶提供從端到云的端到端解決方案,利用新技術和新模式來消除這些痛點。

 

 

 

終端側智能板卡定制化能力、管道側低成本快速的提供覆蓋、平臺側統一界面管理,賦能公用事業行業數字化的服務商需要綜合考慮這三方面的因素。

 

 

管道側,針對公用事業用戶推出NB-IoT定制白盒基站,可以進行按需部署和混合組網。一方面,在高層建筑、地下室、城鄉結合部等NB-IoT網絡覆蓋不佳但是大量表計部署的區域,利用小基站提供快速的補盲;另一方面,面向偏遠農村、廠礦等尚未覆蓋的區域提供邊緣計算(MEC)+小基站組合,邊緣計算網關同時兼具核心網功能,提供本地鑒權和接入服務,直接形成專網覆蓋。通過這兩類按需部署的方案,基本解決智能表連接的痛點。

 

平臺側,將提供一個用戶可彈性配置的連接服務平臺,實現智能表計所需的通信相關的功能都在同一界面展示和操作,融合了跨運營商的連接管理、不同制式終端管理、通信資源管理、專用網絡管理等功能。例如,連接管理已實現了跨網絡、跨區域eSIM管理、空中寫號等功能;通信資源管理能讓用戶對自己訂購的流量卡資源進行管理操作,形成流量池平臺;網絡管理包括對專用小基站的管理。

 

可以預見,隨著NB-IoT智能抄表這一目前最大細分市場走向成熟規模商用,越來越多的專業技術挑戰需要不同的企業來解決,傳統通信行業巨頭承擔了基礎研究和標準化的工作,以及骨干通信網絡的升級建設,智能表終端企業也要快速吸收新技術推出產品,公用事業單位最終會走向大數據和人工智能的綜合運營,在其中仍有大量的微創新機會留給很多跨界技術創新型企業。

 

今年5月,工信部發布的《關于深入推進移動物聯網全面發展的通知》中明確提出,“面向能源表計等重點領域,推進移動物聯網終端、平臺等技術標準及互聯互通標準的制定與實施”以及“以能源表計等領域為切入點,助力公共服務能力不斷提升”。在公用事業領域推進移動物聯網標準和應用的實施,不僅僅是更換一個NB-IoT表計就能實現,而是需要深入該行業,從終端、管道、平臺多個環節進行創新、解決痛點,業界需要更多能夠提供端到端方案的廠商。

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