移动蜂窝广域网与局域物联网的爱恨情仇
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工信部文件解读
5月7日，工信部办公厅正式发布了《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，这是2020年度专门针对物联网领域的首个文件。
这里我留下了该《通知》的网址：http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757020/c7901465/content.html
通知内容不多，大家都看得懂通知的内容。我这里精简一下，就是运营商2G/3G的业务要迁移转网，建议转到NB-IoT、4G（包含CAT1）和5G上。工信部又担心运营商做不好，进行细致入微的关心。
首先国家工信部最关心原有用户的使用情况，如果运营商2G/3G关闭，那么原来的用户的业务怎么办呢，就要求运营商尽快把NB-IoT、4G（包含CAT1）和5G的覆盖服务做好，不能影响原来用户的业务发展；与此同时作为运营商亲妈的工信部又担心运营商在这次业务迁移的过程中吃亏太多，首先公开表示建议原有2G/3G用户将原有业务转到运营商的其他平台上，然后又细心的指导运营商应该寻找更多的应用和配套技术、降低成本、做好解决方案等。
说白了《通知》主要就是两点，一要求运营商服务好客户维护国家物联网的高速发展，二是 帮运营商出主意，好好干、多赚钱。这里我们通过高铁的例子来类比，由于我国要高速发展，原有的绿皮铁路（2G/3G）要淘汰了，现在要换上效率更高的铁路和谐号（NB-IoT）、复兴号（5G），原来的T字头特快列车进行下提速（LTE Cat1）。
那么铁路公司（电信运营商）就需要有大量的投入。此时国家铁路局（工信部）担心了，表示一定要把铁路修好，不能影响原有旅客的出行，而且不能只修大城市，小城市也要覆盖，班次频率不能降低，原有的铁路网要求全部覆盖（要求NB-IoT全面覆盖和深度覆盖）。
此时铁路局又说了，票价也不能太贵，否则原来的乘客都去坐飞机、坐汽车（其他物联网技术）了，另外一定要做更多的服务，比如列车上要提供餐饮、小食，提供按摩座椅，一定让更多的人过来坐火车，尽量少亏钱，否则每天空车跑来跑去亏死了（NB-IoT的大量基站处于轻载、空载状态）
2G/3G退网的大蛋糕何去何从？
《通知》中明确提出到2020年底移动物联网连接数达到12亿的要求，实现这一目标没有太大悬念。
2019年通信业统计公报数据显示，截止2019年底移动物联网连接数已超过10.3亿，而在2018年底，这一数字为6.71亿。从历年通信业统计公报数据来看，近年来移动物联网连接数增长速度是非常快的。
根据最新数据，截止2020年3月底，移动物联网连接数已达到10.78亿，一个季度增长了4800万。按照这个速度，到年底突破12亿也就一步之遥，移动物联网连接数超过人与人连接数的“物超人”态势在不久很快就能实现。
然而，这10亿以上的移动物联网设备中，大部分还是基于2G网络的连接。在2G退网的大背景下，这一结构并不健康。因此，《通知》在发展目标中也明确提出“建立NB-IoT、4G（含LTE-Cat1）和5G协同发展的移动物联网综合生态体系”。
一个亮点是《通知》中特别强调Cat1的作用。业界一致认为，未来几年中，移动物联网连接结构中，NB-IoT+4G将成为主流方式，而4G中Cat1占据绝大部分份额，与NB-IoT一起构成中速率和低速率物联网连接的主力。
目前，国内Cat1产业生态也逐渐完善，以紫光展锐和ASR为代表的芯片厂商平台占据主要份额，各家模组厂商相继推出Cat1模组，使Cat1成为2020年物联网的一个热点，模组成本也开启了下降的通道。从芯片设计的角度看Cat1模组的价格最终会和NB-IoT的相当。
那么这10亿多的移动设备的大蛋糕会被如何分配呢？在分析这个问题之前，需要看一看原有的2G业务的应用范畴，现阶段使用量最大的2G物联网卡主要为POS机，车载，追踪器、智能穿戴等，还有大量的电网、工厂管理等固定设备。
针对这些需求，可以承接的技术包括NB-IoT、Cat1以及私有局域网（LoRa和小无线技术）。对于网络安全和管理的要求，大量的企业、工厂、园区都在建设自己的私有网络，在2G退网后不会再继续使用移动物联网，而会使用私有企业网，这一部分约占总量的5%。
剩下的设备多为移动终端设备，必须使用运营商网络，也就是NB-IoT与Cat1的竞争。工信部信息通信发展司副司长刘郁林曾明确提出NB-IoT市场面临的三大挑战：
第一，NB-IoT应用有待进一步普及。目前我国大部分NB-IoT连接集中在少数城市，在全国范围内得到普及的程度还有所欠缺，大量基站处于轻载、空载状态。
第二，NB-IoT网络覆盖还有待进一步完善。部分地区NB-IoT网络覆盖水平还不能完全满足承载2G连接迁移的要求，在局部覆盖深度方面还需加强。
第三，采用先进移动技术的比例有待进一步提升。现有存量物联网连接中，2G、3G连接仍占较大份额，需要加快形成以4G、5G技术梯次承接各类物联网连接的发展格局。
同时，针对重点应用场景需求，进一步完善优化NB-IoT网络质量，加强深度覆盖，有力支撑各类应用继续上量发展。相对于连接数，物联网连接结构分布的目标更为重要，加速淘汰落后产能，以最先进和主流的技术来支撑形成从低速到高速、从高时延到低时延的多层次合理结构的物联网连接格局，才能在支撑下一个十年各行业数字化转型过程中承担“新基建”作用。
对比NB-IoT技术和Cat1技术与2G技术的相似性，Cat1技术相似性更强，其速率完全兼容原2G需求。然而NB-IoT技术的更低功耗和更远距离对于原有2G的业务没有任何优势，其优势的表计和烟感都是这两年开发的新业务，都不是2G的原有业务，而助动车管理等一些追踪类型的应用，NB-IoT技术对于Cat1也没有任何优势，加上Cat1的网络升级和覆盖更快速，后续此类应用NB-IoT一定也处于下风。综合考虑大概有10%的原有2G业务会切换到NB-IoT业务，剩下的85%的业务会切换到CAT1。
总结一下原有的2G业务切换，5%为私有网络，10%为NB-IoT网络，85%为4G（包含CAT1）。
局域物联网与蜂窝移动物联网的恩怨情仇
随着运营商的手机用户饱和，将工作重心转移到物联网市场，于此同时，局域网技术也在物联网市场进行快速发展，从而形成了授权频段和非授权频段的技术之争。授权频段的移动蜂窝网技术为NB-IoT、4G（包含CAT1）和5G，而局域物联网技术有Wi-Fi、ZigBee、LoRa等。
其中最早吹响战斗号角的是5G对Wi-Fi的攻击，号称5G商业运营之后就不会再有Wi-Fi的市场了，5G会抢占之前Wi-Fi的市场，再之后就是NB-IoT对LoRa发起长期的攻击。结果如何呢Wi-Fi和LoRa依然发展的很好，Wi-Fi推出了Wi-Fi6，而越来越多的国内项目都使用LoRa进行私有、专有的布网。
Wi-Fi是手机和智能家居的标配，几乎每个家庭和企业都有自己的Wi-Fi局域网；而LoRa是智慧楼宇智慧社区、智慧工厂的标配，招商、万科等房地产企业都在使用LoRa进行楼宇社区覆盖，腾讯、阿里等大量的企业都使用LoRa对其园区进行覆盖。显然没有因为受到运营商的网络炮弹后有所退缩，反而发展的更好。
当时埃隆马斯克还号称他的卫星联网方案可以干掉电信运营商呢。我们还用刚刚的铁路案例做类比，运营商的网络就相当于轨道交通，卫星通讯相当于飞机，而其他局域网通信相当于汽车，运营商说大家都来用火车、地铁（5G和NB-IoT）不要开汽车（Wi-Fi、LoRa）了，埃隆马斯克说今后大家出门都别做地铁和火车（5G和NB-IoT），都坐飞机（卫星通信）。
这是不可能的，是经济成本决定的，在传输同样数据量和区域覆盖的总体成本，卫星通信是蜂窝移动网的100倍，蜂窝移动网是局域网的10倍左右。也就是说如果一户家庭对比使用5G和Wi-Fi做同样的网络应用，实际产生的社会资源总体成本5G要比Wi-Fi高10倍，这是由物理原理决定的。
同理如果计算平均每个终端设备背后的NB-IoT基站折旧和维护费用是LoRa终端的10倍左右。大家现在看到的NB-IoT成本与LoRa相当只是因为政府补贴导致的，2019年补贴后NB-IoT的物联网卡每年的流量费1元不到，对此工信部专门出文要求整改不得恶意补贴。2020年运营商的NB-IoT的物联网卡大幅涨价（现在已经涨价为5元/年），不少此前批量上了NB-IoT产品的企业后悔不已。
其实私有网络和运营商公有网络各有其特点，私有网络的优势是按需建网，投入成本低，维护灵活，而运营商的网络投入较大，且服务无法快速及时。不过运营商的蜂窝网具有广覆盖和统一标准的优势，用户可以再大范围进行漫游使用。
所以私有网络仅仅适合一个区域内的网络，无法实现广域的覆盖。每个用户的Wi-Fi的覆盖仅限于家庭和办公室内，而每个用户的LoRa覆盖为一户、一栋楼、或者一个园区。私有网络与运营商蜂窝网是相辅相成互相支持的。
大家可以设想一下，如果你使用的运营商网络，当信号不好时，你打电话给运营商，运营商是否马上来帮你做网络优化，当网络设备出现故障或干扰时，运营商能否及时帮用户解决问题，我相信答案一定是否定的。
但是使用私有网络不存在这个问题，如果这里信号不好，就增加一个Wi-Fi路由器或增加一个LoRa网关即可，设备故障信号干扰容量超载都可以快速的处理。而公有网络就很难处理，很可能还存在退网的风险，所以越来越多的企业都在架设自己的私有网络。
实际上运营商在实际的网络部署上也采用了建设私有网络的按需部署方式，比如NB-IoT的项目在做了一些城市的室外覆盖后，网络架设的速度很慢，只有在有具体项目的时候才会去做深度覆盖，没有项目就不做深度覆盖，这也是《通知》中强调的问题点。
而现在各大运营商的5G项目都是帮助一些国有大企业做5G专网。这样运营商才能少许的投入产出比，其他的项目建网投入很大而收入甚微。运营商网络覆盖活脱脱的变成了私有局域网的样子，真的非常惋惜。
针对区域范围的物联网应用，从成本考虑，私有网络更具有优势。运营商由于5G和NB-IoT的建设投入非常大，而收入甚微，工信部信息通信发展司刘郁林副司长也说了，大量的NB-IoT基站都处于空载状态，经过统计平均一个NB-IoT基站一年的收入还不如一个高端4G手机用户，连电费都支撑不起来。这也是NB-IoT有项目才布网的苦衷。
今年3月30日，日本最大电信运营商NTT DoCoMo在其官网发布了消息称，该公司决定在2020年3月31日停止NB-IoT服务。这也是国外大量NB-IoT运营商停止其网络服务的原因，没有足够的应用支撑网络的维护费用。
安全讨论
运营商的网络和私有网络到底哪个更安全呢？安全问题一直是运营商攻击私有网络的口号，但是事实上是私有网络更安全，运营商的网络很不安全。我们可以从市场和技术两个层面进行分析。
首先看市场，军队的网络覆盖都没有采用运营商网络；公安在各个城市的安全网络都是自己独立部署的包括对讲系统、通信系统等；国家电网也是采用自己的协议标准大力的建设自己的私有网络，从专网光纤到230MHz网络，每一步都是要尽快脱离运营商网络。
其并不在乎每年几千万的通信费，更在乎的是安全；同样国内大量的企业和房地产公司都使用自己的私有网络进行覆盖，近距离的一般采用Wi-Fi，长距离的采用LoRa。这些市场现象都表明私有网络更加安全。
在网络攻击上，在深圳华强北都可以买到伪基站，可以收集一定范围内用户的数据并可以群发短信，曾经不少犯罪分子使用它进行诈骗。这也是《通知》中强调的问题点，工信部要求运营商对移动物联网安全防护和数据保护，从侧面也说明了运营商的网络安全漏洞问题一直是工信部头痛的问题。
安全对比可见一斑。这也是为什么国内的大企业都在建设自己私有的5G专网的原因，这些5G专网也是运营商积极推动的产物，既然公网和私网的5G网络服务质量一样，为什么这些大企业还要建设自己的5G专网呢，是因为私网更安全。
在分析技术安全性之前，这里有一点需要补充，LoRa其实是一个物理层的通信技术，相当于FSK、ASK、PSK的调制技术，运营商的NB-IoT、4G、5G以及Wi-Fi蓝牙等无线通讯技术都是采用这三种FSK、ASK、PSK这三种调制技术进行通信的。
LoRa生态在国外是运营商使用的LPWAN技术LoRaWAN，而在国内LoRa的推广一直是作为一种局域网无线技术使用，被称之为“长Wi-Fi”，使用方式和Wi-Fi完全相同，只是工作距离远、功耗低、传输速率小而已。
根据物联传媒的LoRa白皮书调研报告，中国只有5%的LoRa产品采用LoRaWAN协议，剩下的95%都采用私有局域网协议。而国内的运营商一直没有搞清楚LoRa是什么，一直觉得是NB-IoT的对手都是争夺LPWAN市场的，其实不然，LoRa在国外和国内完全不同。LoRa现在国内的重点是室内应用，最大的对手是ZigBee。
技术分析一个数据是否安全，可以通过射频物理层分析、数据传输过程分析和安全加密方算法三个方向进行分析。
从物理层分析，数据的安全性主要为该信号的隐蔽性强，隐蔽性强又叫做可检性低(LPI---Low Probability of Intercept)，不容易被侦破，对各种窄带通信系统的干扰很小 。如图所示，扩频前数据高于噪声基底，其信号非常容易被检测。当信号被扩频后，信号完全在噪声基底之下，无法通过能量强度的方式检测出来。这也是军工行业一直使用扩频技术作为通信手段的原因。
由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数如随机加密就更加困难，因此说其隐蔽性好。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对使用的各种窄带通信系统的干扰很小。在安全性上LoRa技术也继承了扩频技术的优点，一般设备很难侦破和干扰到LoRa信号。
在所有上述讨论的物联网通信技术中，LoRa技术可以再噪声下25dB解调，而其他的物联网通信技术必须高于噪声一定强度才能实现解调。
其他的物联网通信技术的波形可以使用频谱仪设备轻松抓到数据并进行很容易被干扰。当然Wi-Fi等技术由于工作距离近，不容易被远距离较近，不容易泄露信号到较远距离。相比之下，移动蜂窝网络由于工作距离较远，且不具有LoRa扩频的优点，在物理层安全方面不如局域网物联网技术。
从数据传输过程分析，使用公网技术的终端设备的数据先到达基站，再到达移动交换中心，最后到达运营商的云端，再将最终的数据转发给客户应用端或客户的云端。而使用私网的数据是不需要到达运营商的云端这一步骤的。
私网的Wi-Fi和LoRa数据直接在本地就完成采集和计算，数据甚至不会离开这个园区的范围。数据传输越远，中转次数越多，安全性越差，而采用私网技术数据可以完全存储在本地，数据一直掌握在自己手中才是真正的安全。
许多政企的网络都是内网外网做隔离的，这个隔离就是为了网络安全，如果采用私网可以直接对接原有政企的内网，安全级别非常高；如采用公网技术，则只能通过外网，此时如果要把数据转移到内网，安全性会大打折扣。
这也是前面提到的国内的大企业都在建设自己私有5G专网的原因，这些5G专网会在基站本地处理并直接交付用户本地服务器。从数据传输过程分析移动蜂窝网技术代表的公网完败于局域网物联网技术代表的私网。
从数据加密方法分析，移动蜂窝网技术代表的公网由于为了方便和效率，采用相同的加密方法，其即使具有一定的加密等级，也很容易被攻破。毕竟不能为了安全而牺牲效率和便捷性，因为公网传播的数据安全级别要求不同，绝大多数的数据都不需要较高的安全性，为了少数的安全性牺牲大多数的效率是得不偿失的。
所以即使在有国家执法机关的全力支持下，依然有大量的伪基站设备出现，这个是无法避免的。因为公网的普遍性，无法针对安全做太多的定制服务，其必须在两者之间做平衡。而私有网络则完全不同，它们可以根据客户的需求武装成为“装甲车”，数据的安全加密算法和手段可以尽其所能，为了安全可以牺牲数据率，也可以牺牲成本，这是公网所完全不具备的。
尤其LoRa技术，只是一个物理层的透传技术，用户可以在其网络层链路层架设自己的安全引擎，可以进行最深度的定制，还可以加入硬加密芯片，如国民技术就开发了LoRa的安全芯片，具有比U盾还高的安全级别。从数据加密方法分析公网技术再次完败。
近日，国家互联网信息办公室、国家发改委等12个部门联合发布了《网络安全审查办法》（以下简称《办法》）。国家互联网信息办公室有关负责人就《办法》相关问题回答了记者的提问。具体链接如下：http://www.gov.cn/zhengce/2020-05/07/content_5509544.htm 。
针对网络安全审查是否会限制或歧视国外产品和服务的问题，官方给出了准确答复：《办法》明确规定了要审查的内容，从中可以看出，网络安全审查的目的是维护国家网络安全，不是要限制或歧视国外产品和服务。
对外开放是我们的基本国策，我们欢迎国外产品和服务进入中国市场的政策没有改变。其实准确的说来，Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、LoRa、2G、3G、4G这些都不是中国技术，即使5G和NB-IoT也不是100%的中国技术，从上述技术的芯片和模组构成分析也没有100%中国生产的。《办法》中也从未提及建议应使用运营商的公网，反而是建议使用更加安全可控的网络，众所周知私有网络自然是更加安全可控。
这也是电力、水利、广电、应急管理、民航等重要领域都采用私有网络的原因，这些部门也是《办法》中重点指出的影响或可能影响国家安全的部门，他们在国家的指引下使用私有的专网保证信息安全。事实上，上述的每个部门都有利用LoRa和Wi-Fi技术实现其专网的案例,并不断扩大。
结束语：
移动蜂窝广域网与局域物联网的发展各有特点，总的来说是一种相辅相成的关系，虽然免不了竞争，但互相配合共同推动物联网发展是历史的大方向。一个技术是否有优势，是否可以取代另外一个技术，最主要的是看其技术的特点，是否符合市场的需求。政府的各种公告和文件的目的希望看到中国物联网发展的大趋势，一定不会真对某个技术进行打压，市场会做合理的调节。
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