移动物联网概念及技术发展现状分析

根据覆盖场景的不同，窄带物联（NB-IoT）网络应用面向低速率文本类场景，4G 网络应用面向中速率数据类和语音类场景，5G 移动网络应用面向更高速率、更低时延的多样化场景。

一、移动物联网概念

移动物联网以蜂窝移动通信技术和网络为载体，通过多网协同实现泛在连接、万物互联，是我国新型基础设施的重要组成部分，是应用和产业全面发展的综合生态体系。 移动物联网的核心通信功能通常由蜂窝通信模组实现，用于物联网设备与电信运营商蜂窝网络进行连接和通信。相较于Wi-Fi、LoRA、蓝牙等局域性连接方案，移动物联网通信技术遵循全球统一的3GPP标准协议，在标准的持续演进过程中技术能力与应用场景结合日益紧密；其产业链成熟，终端类型丰富，能基于运营商网络实现跨区广域部署，具有网络规模优势。

二、移动物联网技术发展现状

移动物联网通信技术可以按照协议进行划分，当前我国已应用的移动物联网通信制式包括 2G、3G、4G（含Cat1/1bis 和Cat4）、NB-IoT和 5G。随着 2G、3G 退网工作的展开，2G 和3G 物联网业务正加速迁移替换，NB-IoT、4G 和 5G 融合组网态势初步形成。根据覆盖场景的不同，窄带物联（NB-IoT）网络应用面向低速率文本类场景，4G 网络应用面向中速率数据类和语音类场景，5G 移动网络应用面向更高速率、更低时延的多样化场景。

1. LTE 移动物联网现状

网络方面，LTE 提出了 QoS（Quality of Service，服务质量）的概念，针对不同业务类型，网络会配置不同的带宽和接入优先级，为用户提供差异化的服务能力。终端方面，LTE 则从第一版3GPP标准版本 Rel-8 就开始了设备分类，推出包括Cat.1、Cat.4、eMTC、NB-IoT在内的多种终端类别。

LTE 不同类别的终端设备峰值速率各异，在诸多终端类别中，移动物联网广泛应用的有 Cat.4、Cat.1/1bis、Cat-M1(eMTC)和NB-IoT。

具体地，在中低速率蜂窝物联网场景下，LTE 的Cat.4 与Cat.1技术常被放在一起讨论，从传输速率、应用场景及使用成本比较如下： Cat.4 有十倍于 Cat.1 终端设备的传输速率：Cat.1 终端的下行峰值速率为 10 Mbps，上行则为 5 Mbps；而对应的Cat.4终端的两个数据分别为 150 Mbps 和 50 Mbps。 Cat.4 多用于视频类高速率需求场景，而Cat.1 设备则多用于传感和语音类场景，二者互为补充：具体的，Cat.4 目前主要应用于车联网，智能电网、4G 无线路由、视频安防、商显设备、4G 执法仪、视频直播设备等场景；Cat.1 则广泛应用于穿戴设备、智能家电、工业传感器、水文水利的检测、港口物流跟踪、共享支付等消费类和行业类场景。 从网络成本看，Cat.1 和 Cat.4 均可以无缝接入正常LTE网络，无需为了适配终端设备对基站进行软、硬件升级，网络覆盖成本低；从模组成本看，经过多年迭代优化后，Cat.1 和Cat.4模组都已经实现了高度集成，通过更简单的硬件架构，有效降低芯片外围硬件成本，目前，Cat.4 模组价格约60 元，Cat.1模组价格更是低至 20 元区间。

在低速蜂窝物联网方面，广泛应用的两项LTE 技术则分别是NB-IoT 和 eMTC，面向不同的应用场景，各有所长。NB-IoT的速率极低，优势在于低成本、广覆盖和长续航，适合有联网需求但数据量极小的抄表类、数控类业务，比如智能电表、智能水表和智慧灯杆等；eMTC 的速率可以支撑语音通话、低数据速率业务，适用于对移动性有强需求的低速物联网应用，如电梯监控、可穿戴设备等场景。从应用规模看，Cat.1/1bis、Cat4 和NB-IoT 是当前最受青睐的蜂窝物联网技术。截至 2022 年底，我国安装的蜂窝物联网设备近九成采用 Cat.1/1bis、Cat4 或 NB-IoT。在低速率场景下，我国主要使用NB-IoT，而日本、澳大利亚和北美更偏好eMTC，而欧洲市场则同时使用了 NB-IoT 和 eMTC 两项技术。

2. 5G 移动物联网现状

5G 定义了增强移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC) 和海量机器类通信(mMTC)三大应用场景，分别满足超高速率、超高通信可靠性及响应速率、海量连接等需求场景。但部分物联网应用场景并不需要极致性能，面向三大场景的 5G 技术提供的能力超出需求，反而带来终端高成本、高功耗，网络能力冗余等不利于5G广泛应用的问题。例如，工业互联场景中的压力、湿度、运动等传感器的接入，智慧城市中监控摄像头的部署以及可穿戴设备的网络连接等场景的主要诉求与 5G 三大场景并不匹配。 为了扩大 5G 在物联网的应用范围，面向中低速物联网业务，5G引入了 4G 的物联网技术 NB-IoT 和 eMTC，即在无线接入网部分采用 NB-IoT 和 eMTC 技术，复用 NB-IOT 和eMTC 基站，核心网部分则接入 5G，实现 5G 核心网的统一管理。但NB-IoT 和eMTC的峰值速率无法满足视频监控等中高速物联网场景需求，而eMBB的极优性能则存在技术实现复杂及成本高昂的问题，难以适配追求低成本、低复杂度、极紧凑设计的物联网场景。针对这一情况，5GRedCap终端设备类型应运而生。