DECT-2020 NR:物联网的可持续性和规模

DECT2020NR: 可持续性和物联网的规 模 副总裁DanShey,使平台 表的内容 机会——短程无线替代技术3 机会——巨大的用例扩张4 市场民主化——降低门槛扩大客户基础10 可持续性的好处12 介绍 DECT-2020新无线电（NR）是ETSI标准化的第一个为物联网（IoT）设计的非蜂窝5G技术。ETSI在2020年6月发布了该标准的第一个版本。国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）已将其作为5GNR标准的一部分纳入IMT-2020技术建议ITU-RM.2150-1。DECT2020NR的价值来自于其作为大规模物联网技术的潜力，能够在一个接入点上连接成千上万的设备。此外，它还提供了一个简化的信息传递协议，实现了低延迟、高可靠性的连接。最后，作为一个5G标准，它将受益于一个巨大和不断增长的5G生态系统。 这些优势的结合为物联网市场呈现了一种可应用于多种用例的单一技术。事实上，DECT2020NR有可能成为固定线路的替代技术。这为企业带来了多种好处，从解决方案的简化到解决方案管理的便利。但DECT2020NR由于其功能，为市场提供了一个可以推动更多可持续解决方案和运营的解决方案。 本白皮书将首先概述DECT2020NR标准的主要功能和特点。然后，它将回顾DECT2020NR所能提供的部署机会，以及它如何大规模地扩大解决方案供应商可用的物联网用途的数量。随后将介绍其对服务不足的客户市场的好处，以及其可持续性的好处。最后，它将介绍正在市场上试用的新兴用例。 关键功能和好处:DECT2020NR为物联网市场提供了以下功能，转化为其他连接技术无法提供的好处。 灵活的网状网络架构:在网状网络中，无线电节点可以直接与设备通信，但也可以作为路由器，在节点之间和与互联网之间进行隧道通信。因此，网状网络架构能够根据使用该网络的物联网应用的需求来创建覆盖和连接质量。DECT-2020NR网状网络既支持非常高的设备密度（每平方公里超过100万个便携式无线电设备），也支持非常低的密度（低至每平方公里115个设备），芬兰VTT技术研究中心的性能研究表明（https://cris.vtt.fi/ws/portalfiles/portal/45087959/VTT_R_00367_21.pdf）。多应用的物联网场景，如工厂和配送中心，可以从网状网络中受益，网络配置可以针对不同操作环境中的设备和流量需求进行设计。 无证和全球共享谱:DECT2020NR在6千兆赫(GHz)以下的非授权频带上运行，主要在1.9GHz频带上运行。使用非授权规格可以避免在移动运营商网络上运行的成本。作为一种网状技术，频谱噪音问题是有限的，因为设备有多个节点可用于网络连接。通过使用非授权频谱降低连接成本，将物联网技术扩展到对价格更敏感的市场，如中小型企业（SMES）和发展中地区。 低延迟和密集的大规模网络:在工厂环境中，多个设备，如移动机器人、拖船、叉车、工具和人，都在同一附近移动和操作，网络延迟对于控制机器操作和定位很重要。作为一种网状技术，DECT2020NR的延迟可以通过密集的无线电节点得到改善。在ETSI（TR103.810）的评估中，DECT-2020被证明可以实现低至1毫秒（ms）的单跳延迟。 自动配置和自我修复的拓扑结构。在网状网络中，智能被内置于设备通信和流量路由的无线电节点。这些功能使自行安装的网络能够自动配置和选择最理想的流量路由。这样做的好处是，对于没有信息技术（IT）知识和人员的公司和企业来说，可以减少配置和管理网络的时间。 数据吞吐量和范围:根据监管机构设定的最大工作带宽，非授权频谱的数据吞吐量将因地区而异。对于DECT2020NR ，在没有MIMO的情况下，在13.8兆赫兹（MHz）的信道中，吞吐量可能超过80Mbps。在视线范围内，室外最远可达2公里，室内则为数百米。这种容量与节点密集化选项以及范围相结合，可以为许多不同的垂直市场提供服务，从户外环境，如公用事业（电网和电表监测），到室内/庭院环境，如仓库和工厂（机器人技术、机器监测、资产跟踪）。 低功耗:芬兰坦佩雷大学对DECT2020的早期研究表明，它比蜂窝式低功率广域（LPWA）技术的功率效率高出60% 。Wirepas最近进行的分析显示，当DECT2020NR软件被应用于蓝牙硅片时，它的效率比窄带物联网（NB-IoT）高24倍。在同样的分析中，当DECT2020软件被闪存到蜂窝芯片上时，DECT2020显示出比NB-IoT设备的功率效率提高2.4倍。 安全:DECT2020NR标准内置高级加密标准（AES）128位，具有基于密码的消息验证码（CMAC）链路级安全，用于数据完整性保护。它还可以支持其他应用层安全协议，具体取决于法规。作为一种私人网络的技术，额外的安全来自于工业和政府等市场的现场数据存储要求。 机会-短程无线替代技术 蓝牙从早期主要作为智能手机的配对技术，到现在服务于物联网市场，已经取得了巨大的进步。它在物联网中的主要作用仍然是作为一种配对技术，用于连接机器和通常由维修工人携带的笔记本电脑和平板电脑。然而，随着BT5的发布，该技术被推进，增加了范围和服务质量（QoS）。这使它成为多个其他物联网用例的候选者，特别是在工业领域 ，用于将支持蓝牙（BT）的机器和支持BT的传感器连接到门路上。物联网生态系统的另一个好处是，有大量的半导体供应商可以为这个市场提供服务，从而能够开发出多样化的设备，并保持BT的传统低成本。 Wirepas通过将DECT2020NR固件的一个产品变体闪存到BT硅上，利用了这一庞大的BT设备的嵌入式基础。使用BT芯片的好处是，它比蜂窝电话耗电更少，价格更低，而且有一个完善的芯片生态系统。 在2022年至2030年期间，ABIResearch估计工业物联网（IIoT）领域的BT、802.15.4和超宽带（UWB）设备总出货量将超过108亿台。蓝牙将构成大部分的出货量。所有细分市场大多代表了标签的使用 以跟踪和监测在这些领域中运作的设备和人员。到目前为止，最大的部分将是资产管理和定位服务，用于跟踪从机场到制造设施等各种场所的长尾货物和设备。在这些领域中，将有大量的标记货物的连接，并嵌入商业和企业系统中。 图1工业设备运输: 超宽带技术内部蓝牙,802.15.4,提供服务 (来源:ABI研究公司) 内部蓝牙 802.15.4超宽频提供服务 智能城市的医疗能源管理 资产管理和位置服务工业 n=108亿n=108亿 其他增值应用程序 OPPORTUNITIES-MASSIVE用例扩张 随着DECT2020NR作为一种标签技术增加了显著的优势，大规模的用例扩展将来自其在专用网络中的部署。两种类 型的私人网络已经在企业领域找到了立足点。DECT2020NR的功能准备使这些网络类型变得更有能力和价值。 资产可见性-邻里和城市私人网络。一个令人兴奋的发展是，通过为家庭和企业安全/自动化系统部署的设备和网关 ，有可能形成邻里甚至城市范围的网络。亚马逊正处于建立这种基于LoRa协议的网络（称为亚马逊人行道）的早期阶段，为门铃和安全摄像机增加LoRa连接。Helium已经推出了人民网络，也是基于LoRa物理层，允许人们的家庭/企业路由器和互联网连接也为LPWA网络供电。 对于像亚马逊这样的快递公司来说，这些网络将允许在货物进入社区私人网络区域时对其进行跟踪和监控。对于消费者来说，这些网络将使他们能够跟踪和监控所有类型的物品，包括体育用品、草坪/游泳池设备、自行车、宠物、儿童，甚至电话和眼镜。 LoRa是这些网络中最有吸引力的协议，廉价的LoRa芯片允许创建低成本的标签。在BT芯片上利用DECT-2020NR 无线电协议（MAC和路由）提供了另一种低成本的标签选择，但相对于LoRa，它也有其他优势。 光谱:LoRa的频谱效率很低，这增加了干扰和低服务质量的可能性。DECT2020NR无线电协议的频谱效率非常高，在相同的服务质量下可以实现更高的节点密度。 吞吐量:LoRa的吞吐量从0.330到27千比特/秒（Kbps）不等；DECT2020NR的吞吐量在全球1.9GHz频段内为3.4Mbps@1.728MHz。更高的网络容量为网络上启用的设备类型和用例提供了选择。 节点密度:DECT2020NR无线电协议由于其网状网络架构、更高的频谱效率和更高的吞吐能力，在处理来自高密度节点的通信方面具有更大的灵活性。LoRa的集中式网络架构，随着每个单一小区的节点密度增加，容易造成覆盖和吞吐量的损失。 标准化:DECT2020NR是一个开放的ETSI标准，允许任何芯片制造商提供DECT2020NR芯片。相比之下，LoRa芯片是专有的硅知识产权（IP），只由Semtech提供。 总的来说，与LoRa相比，DECT2020NR提供了一个更可靠的网络和更高的标签连接密度，限制了服务可靠性的损失。DECT2020还扩大了使用案例，其吞吐量达到了Mbps范围。 资产可见性-企业专用网络总可寻址市场（TAM）的扩展。大规模的连接、更远的距离，加上利用廉价硅的能力，大大扩展了资产可视性的TAM，企业拥有的资产要么是昂贵的（工具），携带产品（托盘/单元载荷编队（ULFs）），大批量和容易被盗的（包裹）或以上的组合（药品、电子产品）。 私人网络将在跟踪和监测资产方面发挥关键作用，特别是对于室内的资产来说，广域网（WANs），如蜂窝网络，不能提供相同水平的建筑渗透和连接可靠性。私人蜂窝网络可以提供室内覆盖，但很难将标签成本降低到与蓝牙标签相同的水平。这一缺点限制了蜂窝网络能够监测和跟踪真正大规模物联网操作的资产数量，从而降低了它对一些企业操作的有效性。 私有网络对于跟踪在全球范围内移动的资产和货物也将是至关重要的。如图1所示，像托盘或板条箱这样的资产，或像农产品或原材料这样的产品，将开始它们的旅程，在不同的活动中心移动，通常涉及一个转化事件（制造）和一个聚集/解聚集事件（港口/终端、仓库、配送中心），直到它们到达最终的销售点（零售）或交付目的地（家庭/企业） 。 图1b2b业务活动中心 (来源:ABI研究公司) 制造卡车港口船舶码头仓库卡车零售 条形码和射频识别（RFID）技术是标记产品的传统技术，可以在不同的活动中心进行扫描，作为物流过程的一部分 ，用于跟踪、所有权和支付交易。虽然这些技术作为一种标签技术并不昂贵，但这两种技术都不能单独或一起部署在网络中，以提供最全面的能力，而不考虑使用情况。条形码技术不是一种网络技术，所以它不能被部署在没有人类干预的情况下使用手持式条形码阅读器来检测事物。只有有源射频识别技术为室内外覆盖和室内定位提供了一些类似的功能。然而，DECT2020NR的网状能力为户外应用提供了更大的覆盖范围，以及为定位和定位服务提供更灵活的网络接入点。 随着DECT2020提供的进步，TAM可以大大增加。事实上，在供应链中穿越的资产的TAM是数以千亿计的单位。表1 提供了正在积极寻找通信技术以传递其位置和状态信息的资产类别。 邮政包裹和货物 TAM:每年1000亿运 挑战和机遇: •盗窃减少:每年被盗的包裹数以十亿计。连接标签的包裹可以在包裹到达的时候提醒客户；被盗的包裹可以被找回。 •包装优化:越来越多的冷链药品被运送到家里，需要超大的冷却器，这限制了运送能力。为路线设计的智能互联包装提高了装载能力，并能在条件处于关键范围时提醒相关人员。 •客户满意度和参与:通过短信和电子邮件，可以提醒客户包裹到达并给予特别优惠。 多式联运-多式联运集装箱、轨道车、拖车 TAM:2亿安装基地 挑战和机遇: •资产可见性:这些运输设备跨越区域和海洋移动资产。它们很昂贵，而且由于其尺寸的性质，携带大量的货物，以周转量计算。考虑到因旅程长度而造成的高风险损失，设备所有者和客户都需要对他们的资产有可视性。 •资产利用率:货运公司需要准确的运输资产库存，以