Vom „Liebling“ des Internets der Dinge zum stillen Rückzug: Zehn Jahre Auf und Ab mit NB-IoT

Am 16. Juni 2016 wurde auf der 72. Plenarsitzung des 3GPP RAN in Busan, Südkorea, das Kernprotokoll von NB-IoT offiziell genehmigt. Dies markiert die Fertigstellung und Einfrierung der Kernstandards von NB-IoT. In diesem Moment, der von vielen erwartet wurde, wurde die erste zellulare Netzwerktechnologie speziell für das Internet der Dinge geboren, und der kommerzielle Weg von NB-IoT wurde seitdem eröffnet. Bis heute sind es genau 10 Jahre.

Die Fachleute im Bereich des Internets der Dinge erinnern sich gut, dass vor 10 Jahren NB-IoT in aller Munde war und optimistische Erwartungen aufgebracht hatte. Die vier Kernmerkmale von NB-IoT, nämlich weite Abdeckung, hohe Anschlusszahl, niedriger Energieverbrauch und niedrige Kosten, waren allseits bekannt. Viele Institutionen prognostizierten, dass die Anzahl der NB-IoT-Verbindungen bis 2025 in die Milliarden gehen würde. Heute spielt NB-IoT zwar immer noch in einigen Szenarien eine Rolle, scheint aber "verschwunden" zu sein. In den letzten Jahren hat die Anzahl der neuen Verbindungen kontinuierlich abgenommen, und in vielen Szenarien wird es von anderen Technologien schneller ersetzt. Technologien wie LTE Cat.1 und 5G RedCap entwickeln sich kontinuierlich, und die Milliarden von Verbindungen müssen von mehreren Technologien gemeinsam realisiert werden.

Eine Technologie, die von Politik, Branche und Kapital zusammen auf den "Pedestal" gehoben wurde, hat in 10 Jahren von ihrer Herrlichkeit zum Niedergang gekommen. Dies ist nicht nur die 10-jährige Geschichte von NB-IoT, sondern auch ein Abriss der gesamten Entwicklung des Internets der Dinge von der Hype-Phase zur Realität. In diesem Prozess sind eine Reihe von Meilensteinen, zahlreiche Personen, die sich mit voller Kraft engagiert haben, und wiederholte Untersuchungen von Szenarien und Produkten noch gut in Erinnerung. Der Anblick der Vergangenheit soll uns lehren. Heute, zum 10-jährigen Jubiläum, ist es notwendig, die Entwicklung von NB-IoT systematisch zu betrachten.

I. Standards und Politik als Grundlage für die Reise des schmalbandigen Internets der Dinge

Bereits in den 1990er Jahren hat ein amerikanisches Unternehmen namens AlarmNet ein schmalbandiges Netzwerk für die Vernetzung von Alarmanlagen aufgebaut. Es nutzt den unbefugten Frequenzbereich von 928 MHz. Dieses Netzwerk wurde für die Überwachung von Alarmanlagen eingesetzt und konnte Alarmsignale und andere geringe Datenmengen über AlarmNet senden. Daher war die Übertragungsrate auch sehr niedrig. AlarmNet hatte damals bereits eine gewisse Größe erreicht und deckte 18 Hauptregionen in den Vereinigten Staaten und etwa 65 % der städtischen Bevölkerung ab. So hatte es sich zu einem weiträumigen Netzwerk entwickelt.

Man kann sagen, dass AlarmNet ein Netzwerk ist, das für Geräte mit niedrigem Energieverbrauch und niedriger Übertragungsrate entwickelt wurde. Es ist eine Vorform des Low-Power Wide-Area Networks (LPWAN). Tatsächlich gibt es sehr viele ähnliche Anforderungen, die die Entstehung des schmalbandigen Internets der Dinge (NB-IoT) als Kernmitglied des LPWAN vorangetrieben haben.

(I) Aus einer Anforderung heraus entsteht ein kompromissvolles Standardprodukt

Im Jahr 2013 hat die britische Regierung ein Projekt zur intelligenten Zählerablesung ausgeschrieben. Der Gesamtbetrag des Projekts belief sich auf 2 Milliarden Pfund. Die Ausschreibung forderte, dass das Netzwerk die Abdeckung von Zählerszenarien auf über 99 % erreichen muss. Damals wurde hauptsächlich das 2G GSM-Netzwerk eingesetzt, aber aufgrund der schlechten Innenraumabdeckung des GSM-Netzwerks betrug die Abdeckung der Fernablesung auf Basis von GSM nur 80 %. Daher wurde das Direktanschlusskonzept von GSM bereits in der ersten Runde ausgeschieden. Aufgrund dessen haben die Akteure im Mobilfunksektor begonnen, sich auf den Aufbau und die Verbesserung der Abdeckungskapazität des zellulären Mobilfunknetzwerks für Szenarien des Internets der Dinge zu konzentrieren. Eine neue Technologie war kurz davor, geboren zu werden.

Im September 2014 hat Huawei das britische Internet der Dinge-Start-up Neul in Cambridge für 25 Millionen US-Dollar erworben. Neul wurde 2010 gegründet und nutzte die Weißraumfrequenzen des Fernsehsignals, d. h. den Frequenzbereich von 400 MHz bis 800 MHz, um drahtlose Verbindungen in ländlichen Gebieten bereitzustellen. Das Unternehmen baute auch ein Demonstrationsnetzwerk mit British Telecom auf und testete die Übertragungsleistung von Sensordaten. Im Februar 2013 hat Neul den weltweit ersten Weißraum-Sende-Empfangschip für das Internet der Dinge entwickelt, der sich durch lange Reichweite und niedrigen Energieverbrauch auszeichnet. Dies waren die wichtigen Gründe, warum Huawei Neul gewann. Danach wurde der Wert und das Potenzial von Neul in Bezug auf die Übertragung von Daten mit niedrigem Energieverbrauch schnell voll ausgeschöpft. Im November 2014 wurde der Chip Iceni für LPWAN entwickelt, der später der Vorläufer des NB-IoT-Chips wurde. Auf dem Global Mobile Broadband Forum 2015 hat Huawei ein Szenario des schmalbandigen Internets der Dinge demonstriert, bei dem der Neul Iceni-Chip eingesetzt wurde.

Obwohl der Kauf von Neul, einem relativ kleinen Unternehmen, Teil von Huaweis 1,3-Milliarden-Pfund-Plan für den Eintritt in den britischen Markt war, hat dieser Kauf in gewisser Weise die Zukunft von NB-IoT entschieden.

Um eine Technologie im Mobilfunksektor anerkannt und weit verbreitet zu machen, ist die Standardisierung der unvermeidliche Weg. Die Standardisierungsarbeit für NB-IoT begann, aber diese Arbeit war nicht reibungslos. Sie wurde erst nach mehreren Auseinandersetzungen zwischen Kommunikationsriesen wie Huawei, Vodafone, Qualcomm, Ericsson und Nokia fertiggestellt.

Anfangs hieß diese Technologie nicht NB-IoT. Anfang 2013 hat Huawei gemeinsam mit Netzbetreibern, Chipherstellern und anderen Brancheninstitutionen eine Studie durchgeführt und das LTE-M-Konzept vorgeschlagen, das vollständig "LTE for Machine to Machine" heißt. LTE-M hat die Schlüsselziele des schmalbandigen zellulären Internets der Dinge festgelegt: Die Abdeckung muss 99,9 % erreichen, der Linkbudget muss mindestens 20 dB höher als der von GSM sein, der Energieverbrauch der Endgeräte sollte so niedrig wie möglich sein, und die Herstellungskosten der Endgerätemodule sollten unter 5 US-Dollar liegen.

Im Mai 2014 wurde das 3GPP SI-Projekt, unterstützt von Unternehmen wie Vodafone und Huawei, offiziell initiiert. Der Name LTE-M wurde in Cellular IoT geändert, kurz CIoT. Während der MWC im März 2015 hat Huawei gemeinsam mit Vodafone, Neul und U-blox eine CIoT-Demonstration durchgeführt und behauptet, dass das durch diese Technologie erstellte zelluläre Netzwerk mit niedriger Bandbreite und niedrigem Energieverbrauch es ermöglicht, dass die angeschlossenen Geräte nur geringe Kommunikationskosten haben und mit einer kleinen Batterie für mehrere Jahre oder sogar zehn Jahre betrieben werden können. Auf der Messe wurde ein Wasserzählerprototyp auf Basis von C-IoT gezeigt, der den Menschen ein direktes Verständnis für diese Technologie vermittelte.

Im Mai 2015 wurde die NB-OFDMA-Technologie, vorgeschlagen von Huawei und Qualcomm, mit der NB-CIoT-Technologie integriert. Danach haben Unternehmen wie Ericsson, Nokia und Intel gemeinsam die NB-LTE-Technologie entwickelt, die ähnlich wie die NB-CIoT-Technologie positioniert ist. Beide Seiten haben Standardsvorschläge an die 3GPP-Organisation eingereicht. Schließlich wurde im September 2015 auf der 3GPP RAN-Plenarsitzung durch Verhandlung eine Integration der beiden Technologien erreicht, und der NB-IoT-Standard wurde festgelegt, der als einziger Standard für das schmalbandige zelluläre Internet der Dinge gilt. Seitdem ist der Name NB-IoT auf der Grundlage von Auseinandersetzungen und Kompromissen aller Parteien offiziell entstanden.

Während der MWC 2016 fand die NB-IoT-Spitze statt. Die weltweit größten Kommunikationsunternehmen haben sich darauf geeinigt, den NB-IoT-Standard so schnell wie möglich einzufrieren, und die Standardisierungsarbeit hat einen Schub bekommen. Im April 2016 wurde der Physikallayer-Standard von NB-IoT eingefroren. Der 16. Juni 2016 war ein Meilenstein, an dem der Kernstandard von NB-IoT offiziell eingefroren wurde. Mit der Fertigstellung der Standardisierungsarbeit hat die kommerzielle Nutzung von NB-IoT beschleunigt. Das Jahr 2016 wurde zum kommerziellen Einführungsjahr von NB-IoT.

(II) Die Politik gibt einen Schub und steigert die Begeisterung noch weiter

Das Einfrieren des NB-IoT-Standards war der Auslöser dafür, dass das Internet der Dinge in der folgenden Zeit zu einem der heißesten Themen im gesamten Technologiebereich wurde. Der Kapitalmarkt hat darauf reagiert. Nach dem Einfrieren des NB-IoT-Standards ist der IoT-Sektor an der chinesischen Börse schnell populär geworden. Damals gab es jedoch keine NB-IoT-relevanten Aktien an der chinesischen Börse. Einige Integratoren und Plattformen im Bereich des Internets der Dinge haben hohe Aufmerksamkeit erhalten, und auch die Aktien von Wasser- und Gaszählern wurden heiß begehrt. In dieser Zeit haben die Analysten der Telekommunikations- und Elektroniksektoren der Brokerhäuser unermüdlich IoT-relevante Aktien empfohlen. Ich habe auch viele Brokerstrategiesitzungen und Kundenpräsentationen besucht. Der Kapitalmarkt war in dieser Branche unglaublich begeistert.

Plötzlich haben fast alle Unternehmen, die mit dem zellulären Internet der Dinge in Verbindung stehen, ihren Blick auf NB-IoT gerichtet. Regierungsbehörden, Forschungsinstitute, Netzbetreiber und IoT-Berichte haben NB-IoT immer wieder erwähnt, und die Branche hat auch viele NB-IoT-Anwendungstests durchgeführt.

Obwohl NB-IoT in der Anfangsphase stark begehrt war, war der Markteintritt nicht reibungslos. Sowohl auf der Angebots- als auch auf der Nachfrageseite gab es mehrere Probleme. Um die Implementierung von NB-IoT schnell zu erreichen, wurden eine Reihe von Maßnahmen von oben nach unten ergriffen, und die Unterstützung war beispiellos. Ein typisches Beispiel ist die Veröffentlichung von politischen Dokumenten.

Im Juni 2017 hat die Generalabteilung des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie die "Benachrichtigung über die umfassende Förderung der Entwicklung des Mobil-IoT (NB-IoT)" veröffentlicht. In diesem offiziellen Dokument wurde erstmals der Begriff "Mobil-IoT" eingeführt, und die Entwicklungsziele für die nächsten 3 Jahre wurden festgelegt.

Die veröffentlichte Politikinstrumente haben in vielen Aspekten wie Standardisierung, Anwendung, Ökosystem und Entwicklungsumgebung starke Unterstützung geleistet und auch einige klare Ziele festgelegt. Insbesondere einige quantifizierte Ziele haben die Aufmerksamkeit des Marktes erregt. Bezüglich der Netzwerkeinrichtung wurde festgelegt, dass bis Ende 2017 die Anzahl der NB-IoT-Basisstationen 400.000 erreichen soll und bis 2020 1,5 Millionen. Bezüglich der Anzahl der Verbindungen wurde festgelegt, dass 2017 mehr als 20 Millionen Verbindungen auf Basis von NB-IoT erreicht werden sollen und bis 2020 die Gesamtzahl der Verbindungen mehr als 600 Millionen betragen soll.

Für eine neue Technologie ist es sehr wichtig, angemessene vorausschauende Ziele zu setzen und die Unterstützung zu signalisieren. Dies ist auch ein wichtiges Mittel, um das Vertrauen der Branche zu stärken. Man kann sagen, dass ohne die Unterstützung dieser Politik die schnelle Blüte des NB-IoT-Ökosystems in kurzer Zeit nicht möglich gewesen wäre.

II. Allmähliche Akzeptanz und Ausweitung des Ökosystems - die Goldene Zeit beginnt

Dank der Unterstützung von Standards und Politik ist die Entwicklung von NB-IoT in die Goldene Zeit eingetreten. Verschiedene Akteure haben stark investiert, und viele unvergessliche Szenarien sind entstanden.

(I) Die "Rüstungswettlauf" der Netzbetreiber - stetige Verbesserung der Netzwerkeinfrastruktur

Als zelluläre Netzwerktechnologie für das Internet der Dinge ist die Einrichtung des NB-IoT-Netzwerks durch die Netzbetreiber die Voraussetzung für die Anwendung. Bei der Netzwerkeinrichtung haben die drei chinesischen Netzbetreiber eine sehr hohe Motivation gezeigt und einen großen Beitrag zur Entwicklung von NB-IoT geleistet.

China Telecom hat bei der Einrichtung des NB-IoT-Netzwerks am frühesten begonnen und am schnellsten vorgegangen. Ein herausragendes Merkmal ist die effektive Nutzung des 800-MHz-Goldfrequenzbands.

Bereits im Juni 2016 hat das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie China Telecom die Genehmigung erteilt, die Frequenzbänder von 800 MHz und 2.100 MHz für die LTE-Netzwerkeinrichtung zu nutzen, was die politische Grundlage für die Neuverwendung des 800-MHz-Frequenzbands lieferte. Das 800-MHz-Frequenzband zeichnet sich durch weite Abdeckung und starke Durchdringungskraft aus und ist daher die ideale Wahl für die Einrichtung des NB-IoT-Netzwerks.

China Telecom hat schnell reagiert. Im Januar 2017 hat es die Unternehmensstandards für NB-IoT veröffentlicht und einen großen Feldtest in 12 Städten in sieben Provinzen gestartet. Im April hat es angekündigt, dass es bis Juni 2017 die landesweite Abdeckung des 800-MHz-NB-IoT-Netzwerks erreichen möchte. Am 17. Mai 2017 (Welttelekommunikationstag) hat China Telecom angekündigt, dass es 310.000 NB-IoT-Basisstationen errichtet hat und damit das weltweit erste kommerzielle NB-IoT-Netzwerk mit landesweite Abdeckung realisiert hat. Im Juli 2017 hat China Telecom die kommerzielle Nutzung des NB-IoT-Netzwerks offiziell angekündigt und damit der erste chinesische Netzbetreiber geworden, der die kommerzielle Nutzung von NB-IoT startete.

Seitdem hat China Telecom stetig die Netzwerkgröße erweitert und die Abdeckung verbessert. Bis Juli 2020 hat die Anzahl der NB-IoT-Basisstationen mehr als 410.000 erreicht, alle auf Basis der 800-MHz-LTE-Netzwerke aufgewertet. Die landesweite Abdeckung beträgt über 97 %.

Man kann sagen, dass China Telecom der "Vorreiter" bei der Einrichtung von NB-IoT ist. Dank des Vorsprungs und des 800-MHz-Gold