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NB-IoT应用3年,揭秘它为何被称 “为抄表而生”

关于NB-IoT的终端接入量,截至2020年2月底,国内三大运营商NB-IoT连接数突破1亿。从运营商分布看,中国电信、中国移动的NB-IoT连接数各自实现4000多万,中国联通达到1000万。

 

在这上亿的连接量中,智能表计独占鳌头,约有70%的接入终端为表计终端。

 

智能表计作为NB-IoT拓展时间最早、接入体量最大的细分领域,我们必然也会产生很多疑问,比如:

 

NB-IoT在表计领域的发展现状如何?


为什么偏偏是在表计领域取得如此快的发展?

 

表计智能化升级改造过程中遇到哪些问题与挑战?

 

如何更好地进行改造?

 

智能化升级改造的价值在哪、进展及效果如何?

 

最新的政策方向给NB-IoT在表计应用带来了哪些影响?

 

…….

 

在经过与多位表计领域的专业人士深入访谈之后,我们将所得以文章的形式输出,本文试图对以上的问题一一作出解答,现将成果分享出来以飨读者。

 

1、现状:水气表智能化程度不足30%,NB-IoT智能表计占比不大

 

所谓的表计实际上包含了电表、水表、燃气表和热表。然而,通常情况下,当我们在谈智能表计的时候,热表又经常因其区域性的原因鲜少被提及。因此,我们简单了解下前三类表计终端的智能化情况:

 

电能表

 

在三表中,电能表最早进行智能化改造,从2005年开始发展至今已有十几年的历史。它也是智能化程度最高的细分领域,目前95%的电表已实现智能化抄表。

 

在电能表智能化改造过程中,远程抄表主要采用基于公网的无线通信技术包括2G、4G等。从表计终端到集中器环节主要采用PLC,目前还有少量应用到小无线通信技术,如 SRD、ZigBee、WiFi和蓝牙等。

 

由于电能表对功耗要求不高,所以在电能表行业需求没有像水/气表强烈NB-IoT技术在电表行业主要应用于非国网统招的分户表、铁塔电表等应用场景。总体数量也不在少数,且处于快速增长中。

 

因电能表行业的特殊性,当我们说NB-IoT表计相关的内容时,我们主要说的是其在水表及燃气表的应用情况,下文如无特别指出,即指的是水表及燃气表的情况。

 

水表与燃气表

 

相比电表,水表与燃气表的智能化之路开始得较晚,起初主要采用的是M-bus有线、2G甚至LoRa等技术。直到三四年前,NB-IoT制定标准且网络完成部署之后,NB-IoT才正式加入其中。

 

据了解,水表、燃气表的智能化程度都不足30%(该数据主要是通过表计终端企业的出货量计算所得),且水表的智能化程度要低于燃气表。

 

但在这两个细分应用领域里,NB-IoT及LoRa无疑是当下呼声最高的两种通信技术,这也很容易造成一种错觉:如今的智能表计都是采用NB-IoT及LoRa这两种技术吗?30%的智能表计都是NB-IoT或LoRa终端么?其实不然。事实上,在这30%的智能表计终端中,还包括了IC卡表、蓝牙表等,而目前NB-IoT及LoRa表计终端占比介于5-8%之间。

 

值得一提的是,在水表市场中并非完全舍弃有线通信方式,实际上对于有线通信的需求仍然不低,在新楼盘建设中仍然会预留有线通信方式的入口。

 

2、原因:刚好表计智能化改造需求强劲,也刚好NB-IoT技术发展成熟

 

“表计智能化改造需求的强劲与NB-IoT技术本身发展相对成熟,两者的碰撞所带来的化学反应使得NB-IoT在表计领域得到了快速发展,这是两个行业融合的最好效果。”汇中股份副总裁冯大鹏对物联传媒记者表示。

 

确实,近两年,NB-IoT在表计领域的发展速度,我们有目共睹。在2019年增加的智能表计终端中,主要以NB-IoT终端为主,数量就达到了4000万只。

 

从市场规模的角度来看,目前水表保有量超过3亿只,燃气表保有量也已超过1.5亿,而整个表计市场容量预计有5-7亿只。而与之形成鲜明对比的是,目前NB-IoT表计终端的占比仍然较低。此外,表计的存量市场仍然是一个不可忽视的存在,按照表计终端6-10年的寿命计算,未来每年还会产生6千万的替换需求。这也意味着表计智能化需求是长期存在且体量巨大的市场。

 

智恒科技智能硬件产品总监雷睿表示:“农村供水、旧城改造、城市节水项目、智慧水务应用建设、产业产能自身的发展都在加速催生智能表计的需求、推动表计的增长。一旦计量功能以外的应用需求被激活,必将产生更大的需求市场,因此也并不会出现空窗期。”

 

再深入去看增量市场及存量市场现状,国内目前呈现的情况是前者相对稳定于后者,这也反映出了我国表计行业智能化的成熟度有待提高。

 

再说说NB-IoT的技术本身,其发展速度之快也是众所周知的,从2017年下半年开始有少量应用开始算起,至今不过短短两三年的时间,却走过了其他同类技术可能需要花十来年走的路。截至2019年年底,我国已建成NB-IoT基站超过70万个,实现全国主要城市、乡镇以上区域连续覆盖。同时,根据规划,未来NB-IoT网络建设将以需求为导向,而不会进行大规模网络建设,可以预计短期内NB-IoT基站规模不会出现大幅上升,但在支撑重点项目、重点应用中将会保障性更强。

 

总而言之,发展到如今,NB-IoT技术已经相对成熟,在各个领域也积累了不少成熟的应用案例。

 

所以说,不是NB-IoT技术的发展主动掀起这场智能化改造,也不是表计的智能化改造的浪潮催生出其对NB-IoT的需求,而是两个行业的发展刚好融合在一起,从而产生了强烈的化学反应。如果早几年国家大力推广表计的升级改造,又或者NB-IoT技术发展速度略微慢一点,那么应该就会是另外一种局面。

 

3、NB-IoT脱颖而出,问题与挑战接踵而来

 

从前文的介绍中也可以看出,在表计领域(水表与燃气表)应用到不少通信技术,主要应用到技术包括2G、NB-IoT、LoRa、蓝牙、M-BUS有线等。而在这众多的技术中,NB-IoT能够脱颖而出的原因或许在于:

 

政策方面,受到政策、运营商等大力支持;

 

市场方面,经过前几年的发展已经积累的足够的客户群、足够的经验、硬件及运维成本都在走低,且客户的接受程度一直在提升;

 

技术方面,新NB-IoT标准在频谱效率、耗流和网络覆盖上已优于2G;

 

运营方面,全国性覆盖网络、可靠性稳定性高、企业节约人力抄表成本。

 

然而,虽然NB-IoT在短短几年之内走过了其他通信技术走了十来年的路程,但在前进的路上仍然面临着一些问题和挑战:

 

首先,是网络覆盖问题。这是目前面临着的最大问题,而其解决办法有二:其一,增加基站部署,在弱信号点增加皮基站、微基站进行补盲,经过前几年的网络铺设之后,未来NB-IoT基站将会实行按需部署的方式;其二,NB-IoT标准持续演进,性能提升,不断优化网络,提高基站部署密度、调整天线的角度和功率等优化网络的措施。

 

其次,终端密度达到一定程度之后对网络端形成较大的压力。这一点可从抄表机制的管理上着手,让有限的信号达到最高的效率与平台有比较大的关系,实现有效传输。另外,随着2G退网和NB-IoT小区用户数的增长,运营商会增加小区载频。

 

当然了,NB-IoT是否能够长期发展是困扰企业的因素之一,也是NB-IoT发展过程中的一大障碍。尤其水力作为一个微利/保本行业,升级改造需要巨大的成本投入,因此也造成客户对于改造的效果有很强的担忧,担心遇到技术更迭以及出现问题。

 

但是,事实上,根据中国物联网通信发展的相关规划来看,目前并没有能够替代NB-IoT技术的相关规划,当前NB-IoT已经成为5G物联网应用场景技术标准之一,NB-IoT作为5G的一个分支,从这点出发,NB-IoT将会是一个长期应用的抄表技术。而前不久工信部办公厅发布的《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》,进一步证明了这一观点,这表明了未来将形成4G/5G/NB-IoT等网络共同发展的格局,这在一定程度上帮助消除了企业的顾虑。

 

4、无论多少问题、挑战与顾虑,归根结底无非是如何提高抄表效率

 

对于智能表计的客户来说,一个表计终端中采用的是NB-IoT,还是LoRa,或者是2G等技术,这一点并不重要,客户真正在意的是应用这些技术之后,数据能否抄上来、抄表成功率如何、在解决收费问题上能提供怎样的帮助,其次才是成本以及数据附加价值的问题,比如能否利用数据进行管网监控及水的调度。

 

就抄表效率而言,目前NB-IoT的抄表效率已经达到98%以上,而当重传机制也发挥效用的时候,成功率基本能够达到100%。

 

正如移柯通信副总经理潘峰所说,表计的智能化并不仅仅在于终端实现智能化,而是整个产业环节都要实现智能化。

 

同样的,保证NB-IoT在竞争中保持良好的竞争力,提高抄表效率是重中之重,实现这一点也需要全产业链环节的企业共同努力,在与移芯通信副总裁杨月启及金卡智能市场部总经理肖静沟通中,我们总结出了以下几点:

 

芯片厂商:首先,芯片性能的提升是一个长期的追求,芯片厂商还需从降低功耗、延长待机时间、提升通信性能(比如接收灵敏度)、增强信号穿透力等方向上不断努力;其次,成本的进一步降低也将同样重要。

 

模组厂商:在通信芯片持续改进的基础上,持续做产品迭代,不断提高模组稳定性,保证模组的功耗下降、灵敏度提升、弱信号下通信能力增强、成本降低等。

 

运营商:网络不断迭代、优化,无论是室内的还是室外的;提高网络覆盖率,实现更深的网络覆盖;增加小区频点,提高接入用户数。

 

终端厂商:根据信号的强弱选择不同制式的表计终端部署,在没有NB-IoT网络覆盖的少数信号盲区下,可以选择与其他技术结合应用;同时充分应用NB-IoT网络的特点,对所有终端数据上报的时间进行错峰设计,结合终端的重传机制,可以充分保障所有终端的抄收率;另外持续加大研发在数据分析上的投入,如通过算法分析在压缩终端上报频次的同时,不会减少展示有效数据和信息的数量与质量。

 

总而言之,物联网设备的应用很核心的一个环节就是联网,当设备数据上传失败时很多的原因都是没有信号或者网络拥塞。而这些客观的问题最终还是要通过和运营商密切沟通来解决。当遇到信号覆盖问题时,产业链上的模组厂商、应用厂商与运营商之间需要更多的协调、更多的互动、更紧密的结合,以便客户更愿意使用新技术产品,正向推动技术的应用,形成良性循环。

 

5、肉眼可见的经济价值,显而易见的“绊脚石”,数据归属问题或成最大的拦路虎

 

在分析NB-IoT表计带来的好处及经济价值之前,我们不妨先来看看疫情期间一个真实的案例:

 

疫情期间,为了加强疫情防控,孝感市住房和城乡建设局下发了《关于协助做好疫情防控大数据排查的通知》,《通知》要求各级自来水公司根据居民水表的日用量统计功能,核查用户居家用水情况,从而协助分析用户轨迹。最终通过远程运维系统平台大数据分析,筛查了7个社区共计1379户。在本案例中,在线筛查有效的避免传统上门排查方式带来的交叉感染的风险,提升了疫情防控效率。此外,运用智能仪表获取的丰富用水数据进一步挖掘分析,助力相关部门作出更加精准决策。(本案例来自汇中股份)

 

从这个案例中,我们也能够感受到表计终端升级改造所带来的便利性、有效性。

 

在与金卡智能市场部总经理肖静及移远通信NB-IoT产品经理陈峰沟通中,我们了解到了相比原先人工抄表的方式,NB-IoT表计终端带来的价值有以下几点。

 

首先,改变了长期以来的传统抄表模式,无需安排人工抄表,从长远来看,这是一个降本增效的必要手段。

 

其次,由于智能表的数据准确率高、信息上报及时,更容易发现是否存在偷水漏水、哪个环节存在漏损等问题,也因此在管损方面能提供更好的帮助,减小产销差。

 

然后,采用NB-IoT技术的水司及燃气公司能够及时方便的获取数据进行分析,以便加强管理、提升运营效率,提供附加服务。

 

以上都是从企业角度去分析NB-IoT所能带来的经济价值,而对于家庭用户而言,也有着不可忽视的作用,比如用户可以线上缴费、实时查询使用情况。

 

设想虽好,但而目前主要收集管网压力数据以及用水量数据,能实现的功能相对有限,比如做夜间流量监测、漏水提醒、管网修护等。但有些想法实现起来并不容易,问题在于:

 

第一、自来水公司、燃气公司对于数据的需求单一,仅在于收费上,而以收费为核心的技术应用无法发挥NB-IoT在表计领域的应用价值。数据应用上的价值才能真正给行业带来变化:如帮助自来水公司提升管理水平和管理效率。

 

第二、拥有数据的自来水公司、燃气公司对数据分析需求不大、挖掘数据背后的价值的意愿不强烈,而对数据有分析需求的政府部门却没有数据使用权之间的矛盾仍没有化解途径。

 

第三、下游应用NB-IoT技术的企业研发投入不到位、产品不够硬。

 

第四、综合性数据(与其他系统数据的结合还能提供更加人性化的应用)的应用提供更加准备的判断,但是不同数据掌握在各方手里,数据难以实现融合。

 

归根结底,数据归属问题成了智能表计价值最大化的一只“拦路虎”,导致短期内其经济价值或将无法实现。

 

这也间接说明了必须从当下的功能叠加阶段(主要实现水质监测、纯度检测、集成更多传感器等)跨越到数据价值挖掘阶段的重要性和紧迫性,在这个过程中政府如何引导水司以及燃气公司在数据脱敏之后进行应用也便成了行业发展关键点,是NB-IoT技术落地表计行业体现社会价值的核心。

 

6、坚定企业进行智能化升级改造的信心,促进企业All in NB-IoT的发展

 

无论是全智能化或者是半智能化,表计智能化终归是一个大趋势。

 

值得注意的是,无论是水务物联网还是燃气物联网,应用创新才是发展的核心,除了通信技术本身的演进迭代之外,资费、模组、网络稳定度、项目配合度等方面也需要同步提升。

 

按照目前的情况来判断,未来3-5年,NB-IoT表计将以20-30%的增长率实现增长,并在未来形成以NB-IoT、LoRa、有线三种方式同步增长,其他小无线同步发展的技术应用格局。

 

在新基建浪潮下,加之《深入推进移动物联网全面发展的通知》(以下简称“通知”)的发布,给NB-IoT在表计领域发展也带来了巨大的影响。在与移远通信NB-IoT产品经理陈峰的沟通中,我们总结出了以下两点:

 

首先,明确了通信技术的发展方向,未来将会形成4G/5G/NB-IoT共存的格局,这样一来,厂商在技术选择上会更有方向,打消终端应用厂商的顾虑,从而能够更加集中精力发展某种技术。

 

其次,表计终端属于长周期运营的产品,在《通知》发布之前,厂商做了各种尝试。而《通知》的发布,给企业以坚定的信心进行智能化升级。