文.Peter Liu/ Toni Nygren/Kosei Takiishi/King-Yew Foong
窄頻物聯網(NB-IoT)成物聯網關鍵推手。NB-IoT承接過去蜂巢式技術優勢，無論在數據安全性、建設網絡成本和網絡覆蓋皆具備很強的優越性，備受廠商關注，但其背后卻隱藏一些既有挑戰有待克服，本文提出五大考慮因素，協助廠商“錢”進商機。
許多通訊服務供貨商都認為，NB-IoT將改變物聯網市場的游戲規則。為確保窄頻物聯網的部署成功，通訊服務供貨商的技術策略規劃人員必須先克服頻譜、架構、窄頻物聯網芯片定價與生態系統成熟度相關的諸多挑戰。
通訊服務供貨商(CSP)與網絡設備供貨商所遭遇的挑戰之一，就是如何在語音、數據通訊服務等既有通訊承載(Communications Bearer)業務以外找到新的營收來源。物聯網(IoT)的快速成長為通訊服務供貨商提供了大好機會，成為大部分通訊服務供貨商戰略計劃里優先項目之一。
有越來越多物聯網應用需要超長的裝置電池續航力、低帶寬、深度覆蓋范圍、低成本大規模，還有非經常性數據傳輸。這也是為什么在過去幾年間，低功耗廣域網(LPWA)這種新興的物聯網聯機技術能夠逐漸崛起。這個領域里有很多由不同私人企業、集團、技術標準機構與聯盟所發起的技術競爭，不過Gartner認為只有幾項技術會成功。在現今的市場中，許多LPWA是私有網絡，在無人管理的公用頻譜下運作，因此無法保證服務質量(QoS)，加上并未實行用戶識別模塊(SIM)的概念，因此安全性較低。
窄頻物聯網是一種用戶許可證頻譜的LPWA無線電技術標準，自從2016年6月列入第三代合作伙伴計劃(3GPP) R13規格(又稱LTE Advanced Pro)后，很快就獲得通訊服務供貨商支持。它有如下幾種特色特別吸引通訊服務供貨商：
?窄頻物聯網是在受規范的授權頻譜下運作，可保證服務質量。
?窄頻物聯網利用既有架構且支持來自既有LTE網絡的軟件更新，可將資本支出(Capex)降至最低，并縮短產品上市所需時間，而且能利用既有的營運、管理與維護流程與資源。
?窄頻物聯網用戶許可證頻譜以及經過3GPP核可的標準，能以LTE為基礎提供安全防護及頻譜效率。
?窄頻物聯網是窄頻5G的基礎，可演化升級為5G技術。
最重要的是這種技術可受通訊服務供貨商的控制，能協助通訊服務供貨商收復被私有LPWA存取技術搶占的市場。
雖然3GPP正式確立窄頻物聯網標準后曾有過幾次商用發表和測試，但和其他新興技術一樣，通訊服務供貨商的技術策略規劃人員在確保窄頻物聯網順利部署并符合成本效益方面，仍然面臨諸多挑戰(圖1)。
圖1 部署窄頻物聯網的五大考慮因素數據源：Gartner(4/2017)
四大NB-IoT使用案例
LPWA網絡適合需要深度/廣泛覆蓋范圍、低功耗與大量裝置聯機(Massive Connections)等條件的服務。窄頻物聯網技術的特色(詳見圖2)，讓它成為最適合LPWA部署的聯網技術之一。通訊服務供貨商必須了解物聯網市場的技術區隔類別，理解窄頻物聯網并不能解決所有跟“聯網對象”有關的問題。通訊服務供貨商的技術策略規劃人員必須與業務伙伴緊密合作，找出窄頻物聯網在整體產業鏈能帶來的加值空間。
圖2 窄頻物聯網技術的特色數據源：Gartner(4/2017)
窄頻物聯網所支持的各種服務與應用可分為以下四個類別：家電用品、個人科技、公共服務與產業應用(見圖3)。
選擇適合頻譜與部署方法 NB-IoT聯網可靠度有保障
要成功部署窄頻物聯網，第一步就是選擇正確的頻譜及部署方法。窄頻物聯網裝置可彈性運用于任何場所，也可以在任何一種舊版LTE系統下進行排程，與其他裝置分享容量和行動通訊基地臺(Cell-site)資源。這樣的彈性能提供通訊服務供貨商相當大的空間，可根據現有網絡狀況選擇正確的頻段與部署方式。但另一方面，頻段碎片化(Frequency Fragmentation)也帶來新的挑戰。
為窄頻物聯網選擇頻段與頻率并不是一件難事，但必須非常小心處理。做出正確決定的主要考慮包括頻譜可用性、需要的覆蓋范圍/容量、產品上市所需時間、生態系統成熟度，還有就是對既有行動寬帶(MBB)流量及質量可能帶來的沖擊。由于窄頻物聯網主要的優點之一就是覆蓋范圍更廣更深，Gartner建議采用“sub 1GHz”之類的低頻，因為它們具有良好的傳播與室內穿透特性。sub 1GHz類別里最受歡迎的頻段包括700MHz、800MHz以及900MHz，因為有相當多使用通用行動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System)與LTE技術的商用網絡，目前都采用這些頻段。除了龐大完備的生態系統，通訊服務供貨商還有現成的網絡可用。
除了sub 1GHz，英國、中國、澳洲與新加坡也有部分通訊服務供貨商，計劃在1800MHz、2.1GHz等較高頻的頻段建置窄頻物聯網，主要原因多半是服務商已在這些頻段達到相當良好的LTE覆蓋率，只要犧牲一點點覆蓋率，就能利用既有的LTE建置快速推出窄頻物聯網服務。
圖3 窄頻物聯網支持的各種服務與應用數據源：Gartner(4/2017)
窄頻物聯網端點通常受限于內存、儲存與運算資源。在這些限制下如何支持復雜且不斷演化的安全運算法便成為一大挑戰，因為這不僅需要更短的CPU周期，還倚賴更強的處理能力。此外，大部分窄頻物聯網端點的壽命也超越加密有效期。這些潛在的安全漏洞會增加裝置的弱點，容易成為黑客的目標。各大芯片組廠商將在模塊中整合各種不同的防護機制，通訊服務供貨商在選擇裝置供貨商時必須留意這一點。
另一個潛在的安全疑慮則是與“訊號風暴”(Signaling Storm)有關，也就是由于控制層(Control Plane)訊號造成移動核心超載，特定類別的窄頻物聯網端點具有小規模頻繁通訊叢發(Communication Burst)的特性。這樣的流量模式不同于LTE網絡為一般智能手機設計的使用模式，當裝置從閑置轉換為聯網狀態時，如此頻繁的流量叢發可能導致網絡內部出現大量訊號。
此外，異常的移動應用程序也是造成訊號風暴的主因之一。舉例來說，特定的窄頻物聯網裝置會根據預先設定的間隔時間傳送或接收流量。當大量裝置同時運作時，便可能造成訊號與數據流量同時達到尖峰，進而影響核心網絡。另一個類似狀況則是當外部事件啟動大量裝置，并開始回報或進行通訊時，造成控制層訊號超載。
雖然3GPP已在R13規格中定義了幾種主要的安全方法，通訊服務供貨商還是必須進行服務開通與配置工作。通訊服務供貨商加速采用窄頻物聯網技術的時候，必須了解可能面臨的各種潛在攻擊。他們所采用的技術，必須要能提供全面性資源，以主動保護并強化系統。
最后，為了讓通訊服務供貨商的IT營運及網絡達到現代化，Gartner也提供了如下幾點建議給技術策略規劃人員：
1.與業務伙伴就窄頻物聯網聯機的應用緊密合作，想清楚哪些市場與應用是他們鎖定的目標。
2.計劃要有靈活性，在分配頻譜和考慮建置方法時，要選擇能透過既有LTE基礎建設進行軟件升級者。與相關網絡設備廠商密切合作，并盡量減少硬件替換以降低資本支出。
3.慎選商用發表的時機，密切留意廠商的產品開發計劃和其他通訊服務供貨商的窄頻物聯網計劃。立即著手進行窄頻物聯網的先導測試與實驗計劃，以收復被LoRa、Sigfox等專用LPWA存取技術搶占的市場。
4.透過成立測試實驗室等營銷與教育方面的投資來推廣窄頻物聯網，打造窄頻物聯網技術生態系統，促進伙伴之間的合作。
5.評估采用窄頻物聯網技術后會有哪些潛在的安全漏洞，采用能提供全面性資源的技術，以主動保護并強化系統。
(本文作者依序為Gartner研究總監、首席研究分析師、研究總監與研究副總裁)
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