4G LTE cat.1在物联网，安防中的应用
现在早已跨入5G时代，再来介绍4G/LTE似乎有点不合时宜。然而今年（2020年）年初，4G中的LTE cat.1突然热起来，尤其是其给物联网，安防视频带来全新的机会。海康 随之推出了很多4G的网络摄像机，仿佛后知后觉，4G网络视频监控的时代终于来了？
4G,LTE,TDD/FDD及LTE cat.1
我们先来看关于4G的几个概念。
4G，当然就是第四代移动通信技术。相较于3G，4G的核心就是网速提高，按照ITU的定义，静态传输速率达到1Gbps，用户在高速移动状态下可以达到100Mbps。
LTE，（Long Term Evolution）长期演进技术，是由3GPP制定的无线通讯标准。其中LTE-Advanced（长期演进技术升级版，即LTE-A）是被ITU认可的4G标准。其又划分为两个分支：
- LTE FDD（频分双工长期演进技术）：最早提出的LTE制式，目前该技术最成熟，全球应用最广泛，终端种类最多。峰值速率：下行150Mbps，上行40Mbps。
- LTE TDD（时分双工长期演进技术）：又称TD-LTE，是LTE的另一个分支。峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。
而LTE cat.1是3GPP的UE(User equipment) category使用者设备分类的一种。cat.1上行峰值速率：5.16Mbps，下行10.3Mbps。这个上行速度对于单个网络摄像机传输来说足够了。3GPP全部的UE category如下表：
3GPP UE category分类
| UE CAT | 最大上行速率 | 最大下行速率 | 3GPP RELEASE |
|---|---|---|---|
| NB1 | 1.0 | 0.68 | Rel 13 |
| M1 | 1.0 | 1.0 | Rel 13 |
| 0 | 1.0 | 1.0 | Rel 12 |
| 1 | 5.2 | 10.3 | Rel 8 |
| 2 | 25.5 | 51.0 | Rel 8 |
| 3 | 51.0 | 102.0 | Rel 8 |
| 4 | 51.0 | 150.8 | Rel 8 |
| 5 | 75.4 | 299.6 | Rel 8 |
| 6 | 51.0 | 301.5 | Rel 10 |
| 7 | 102.0 | 301.5 | Rel 10 |
| 8 | 1497.8 | 2998.6 | Rel 10 |
| 9 | 51.0 | 452.2 | Rel 11 |
| 10 | 102.0 | 452.2 | Rel 11 |
| 11 | 51.0 | 603.0 | Rel 11 |
| 12 | 102.0 | 603.0 | Rel 11 |
| 13 | 150.0 | 391.7 | Rel 12 |
| 14 | 9585.0 | 391.7 | Rel 12 |
| 15 | 226 | 750 | Rel 12 |
| 16 | n/a | 979 | Rel 12 |
| 17 | n/a | 25065 | Rel 13 |
| 18 | n/a | 1174 | Rel 13 |
| 19 | n/a | 1566 | Rel 13 |
| 20 | 315 | 2000 | Rel 14 |
| 21 | 300 | 1400 | Rel 14 |
物联网业务
按照传输速率（下行），可以把物联网业务划分为高速，中低速，窄带业务三个类型。现阶段各业务所占的比例如下：
| 百分比 | 业务 | 应用 |
|---|---|---|
| 10% | 高速业务 | LTE cat.4,cat.6/5G |
| 30% | 中低速业务 | LTE cat.1,cat.M1/eMTC |
| 60% | 窄带业务 | NB-IoT,cat.NB1 |
从中我们看出90%的业务，中低速即可以满足需求。一个H.265编码的200万像素高清网络摄像机合适的码流值大约是1500kbps左右，如果使用移动网络来传输网络摄像机，这个应用属于物联网中的中低速业务应用。
LTE cat.1在物联网应用中的优势
从上面的基本概念，网络传输速度分类中我们可以看出，cat.1完全满足网络摄像机传输带宽要求。除此在安防领域的应用，cat.1在物联网应用中突然热门起来的原因还有：
- 价格。相较于更高速率的4G模块，LTE cat.1价格更实惠。（带RJ45，WiFi，USB接口的4G模块大约120块钱，现在cat.1模组大概50左右，如果绑定流量卡一起购买成本还能下降。）
- 4G网络成熟，对应的cat.1芯片，功能成熟（与4G相同）。运营商基站资源，4G芯片产业发展完善，4G相关软件开发成熟。
- 传输速率可靠（上行）（可靠，与cat.NB1,cat.M1相比）。上面有分析，不赘述。
- 几大移动运营商主推（政策）。今年中国移动，中国联通关于LTE cat.1的政策扶持力度很大。可以参见相关新闻报道。
- eMTC发展不力，2G退网时间临近。cat.1将会是取代eMTC（cat.M1）不二之选。
- 趋势。虽然5G在快速发展，但2025年前4G仍将占主导。
物联网传输方式
除了4G，物联网的传输方式还有很多。
物联网常见的传输方式
| 传输方式 | 要点 |
|---|---|
| 局域网无线连接 | |
| Wi-Fi | |
| 蓝牙 | |
| Thread | |
| Z-Wave | |
| ZigBee | |
| Sub-1GHz | 315，433，868，915MHz等 |
| 广域网无线连接 | |
| GPRS | |
| NB-IoT | cat.NB1 |
| LoRa | |
| LoRa WAN | |
| eMTC | cat.M1 |
| 近场连接 | |
| RFID | |
| NFC | |
| 有线连接 | |
| VART | |
| ModBus | |
| OPC | |
| CAN | |
| PLC | |
| 定位导航 | |
| GPS | |
| 北斗 | |
更多的关于物联网，物联网传输方式可以参见我拟写的这篇文章 物联网，智能家居，AI。
4G在安防中的应用
4G在安防中的应用，最多的就是4G网络摄像机，当然还有4G网络硬盘录像机，4G DVR等。这些4G产品的使用方法大同小异，曾经拟写过一些4G安防产品的使用说明，可以参见文末的参考资料。这里再以4G网络摄像机为例，总结说明下相关产品的使用方法及特点。
4G网络摄像机，就是通过移动运营商的4G无线网络来传输视频信号的网络摄像机。因为无线移动运营商的网络和互联网是联通的，这样网络摄像机也就实现了连接外网，即互联网的目的，可以远程访问了。
无线4G网络摄像机一般使用在高速公路，森林，水库等没有或者不方便布设有线网络的监控场景。还可以和太阳能供电搭配使用，以完全不需要布线。
4G网络摄像机使用注意事项
- 摄像机支持支持的网络制式，频段是否与使用的无线网络运营商的网络符合。可以咨询无线网络运营商及4G设备厂家。
- 摄像机安装地是否有对应的网络信号，稳定可靠。
- SIM卡开通服务，流量及服务正常。
- 注意流量套餐，按需使用。一个200万265编码的网络摄像机（按照码流1000kbps计算）一天24小时一直观看，所需要的流量大约是8-10G。
4G网络摄像机的访问方式
- 直接外网静态IP地址访问
一般4G网络摄像机拨号成功以后，会获取到一个IP地址，如果这个IP是公网的唯一静态IP地址，那么摄像机就能通过这个唯一的IP地址在外网访问了。但事实上，公网静态IP地址资源有限，4G运营商的sim卡提供的一般都是内网动态IP。静态IP地址需要与运营商协商购买。 - DDNS动态域名访问
因为摄像机已经通过4G网络连接到了外网，此时我们可以像普通有线网络摄像机一样，通过绑定动态域名，端口映射的方式，实现外网访问。 - P2P访问
和普通网络摄像机一样，4G网络摄像机可以实现P2P访问。需要摄像机内置有P2P访问服务功能。常见的一些网络摄像机P2P访问平台可以参见 P2P远程访问技术在安防视频监控中的应用 一文。 - 主动注册到外网平台访问
如果我们在外网架设有固定地址(外网静态IP或者域名)的服务器，我们可以在摄像机里设置，让摄像机主动注册到平台服务器，实现在平台服务器里访问管理此4G摄像机的功能。
比如海康的4G网络摄像机可以注册到诸如28281平台、Ehome平台或者萤石云平台。
4G视频监控的优势
- 4G网络传输，无需WiFi或者有线网络；
- 供电：可以使用太阳能，风能，外加蓄电池的方式，解决了供电问题；
- 存储：摄像机自带TF卡，本地储存；接NVR存储，做分布式存储；通过4G传输到监控中心集中存储；摄像机通过4G接入互联网，直接云存储。
参考资料：
[…] 特别的，在不合适进行有线网络传输时候，考虑使用Wi-Fi或者4G，甚至5G进行传输。 […]
[…] 更多关于LTE cat.1的优势及在安防中的应用可以阅读这篇文章：4G LTE cat.1在物联网，安防中的应用。 […]
[…] 5G的三个主要特点：高带宽、低时延和海量物联，这些其实都是相对4G来说的，也就是说5G监控首先继承了4G监控的优势，4G以及4G在安防中的应用可以参考之前的文章：4G LTE cat.1在物联网，安防中的应用。这里主要再说说5G的这三个特点给安防带来新的变化。 […]
[…] 在户外安装安防视频监控系统，摄像头能正常工作，需要两个条件，一是有电源给摄像头供电，另一个是有网络能传输视频信号。网络摄像头的信号传输可以通过有线（网线，光纤），无线（4G，5G，Wi-Fi或者无线AP）等方式。而供电除了常规的布设电源线传输的方式外，还可以考虑使用太阳能+电池的供电方式。在无电无网的户外布设安防视频监控系统，使用太阳能4G监控摄像头是一个非常好的选择。 […]