【通信观系列】三十一、物联网发展

物联网发展为什么需要物联网为什么物联网突然“火”了物联网和5G的关系物联网技术的发展演进物联网行业的发展现状2021-04-28最近几年物联网的概念非常火爆和物联网相关的技术例如NB-IoT、LoRa、eMTC等都频繁地出现在我们的眼前出现在新闻里出现在展会上。其实「物联网」并不是一个新鲜词20年前就有这样的叫法。而且“物联网很重要”、“物联网一定会火”、“物联网一定能改变世界”……类似这样的言论被翻来覆去说了很多年大家也听了很多年。为什么现在又老调重弹这次的物联网和以往的有什么不同这次还是“噱头”吗会成功吗为什么需要物联网通信的历史和人类史一样漫长。可以说没有它就没有人类社会。人类诞生之日起就有了通信。换句话说人类发展史就是通信技术的发展史。从烽火台到驿站再到无线电报、固定电话、手机都是通信技术。这几十年以来通信技术的主要奋斗目标就是把每一个人连接起来。现在至少在我们国家在欧美发达国家都已经基本上做到了“人均一部手机”有的人甚至有好几部手机。可以说把每一个人连接起来的目标已经基本实现了。接下来该怎么办呢 就此停歇停止通信技术的发展显然不会的。我们虽然实现了空前紧密的人类联结但还远远没有实现世界的联结。是的这个世界除了“人”还有“物”。这个“物”既包括动物也包括植物还有所有没有生命的物体。人连接的目的是为了信息传递例如情感沟通资讯分享社交连接。**物为什么要连接呢**因为人类需要更好地生存更有效率地生产而生产离不开工具。从木棒石块开始到青铜钢铁再到蒸汽机再再到计算机。我们使用越来越多的工具越来越发达的工具。以前没有发达的工具和技术一个人的控制能力非常有限——搬一个石头、捕获一条鱼。今天在发达工具和技术的帮助下一个人的能量和效率能得到最大的发挥。例如只需要一个司机就能驾驶一辆几千吨重的火车。通信工具也是工具借助强大的通信网络可以无限扩大人类的控制边界。人类能控制的已经不再是身边的物体而是遥远的物体或者庞大的系统。例如一个城市级的系统甚至是一个国家级的系统。物联网就是这样的工具帮助你连接和控制万物。我们来设想一下如果可以控制能想到的任何物体我们会做些什么我可以远程集中管理公共基础设施例如所有的洒水喷头这样能大大降低成本提升效率。我还可以设计研发智能耳钉给女士们使用监控身体健康的各项指标。我甚至可以开一个无人船运公司随时随地为用户提供远洋物流服务。……怎么样只有想不到没有做不到物联网简直打开了一个全新世界的大门世界上的人口加在一起只有70多亿。那么世界上的物体呢加起来有多少世界上有多少路灯世界上有多少个摄像头世界上有多少辆汽车世界上有多少只野生动物……这是多么庞大的体量物联网的连接数将达到人类连接数的成百上千倍有场景就是有需求。有需求就是有市场。有市场就是有MONEY钱。这就是物联网蕴藏的巨大价值和潜力。为什么物联网突然“火”了如前文所说物联网并不是一个新概念。1990年就出现了第一台物联网设备——施乐公司的网络可乐贩售机1995年比尔盖茨在《未来之路》一书中也曾提及物联网1999年麻省理工学院MIT的Kevin Ash-ton教授首次提出物联网的定义……迄今为止二三十年都过去了。人们一直都在谈论物联网一直在宣扬它的价值但是它也一直处于“叫好不叫座”的境地。为什么呢不是因为需求不足也不是因为资金不够而是因为技术没有成熟。过去我们所说的物联网是基于无线局域网WLAN技术的物联网。物联网终端接入的是无线路由器或专门的网关设备。你家摄像头、门窗传感器、智能灯只能连接Wi-Fi通过Wi-Fi进行控制就和家里的PC电脑一样。Wi-Fi物联网虽然方便但是太耗电了。例如门窗传感器不到一周就要换电池。所以慢慢有了Zigbee有了蓝牙(Bluetooth)。但是功耗依然很高电池依然不够用。而且它们的传送距离太短了。例如蓝牙你房子稍微大一点就没有信号了连接中断。WLAN物联网家庭使用需求都无法满足更别说工业企业应用场景了——放牧牲畜的时候总不能只在50平方米范围之内放吧监控井盖的时候总不能每个井盖边上都放WiFi路由器吧监控水表电表的时候总不能三天两头去换电池吧所以WLAN物联网一直未能被市场所接受。现在以NB-IoT、LoRa为代表的「LPWAN」物联网技术崛起了。LPWANLow-Power Wide-Area Network低功耗广域网物联网技术彻底解决了WLAN物联网的问题。以NB-IoT为例它的优点如下广覆盖增益高覆盖面积大信号质量好网络建设成本低省钱低功耗一个电池用10年摆脱了对电源和电线的依赖。彻底的无“线”又是省钱大连接决定了它支持海量的终端一个小区就能hold住几万个点又又是省钱低成本每个通讯模块才几十块钱将来甚至几块钱价格便宜又又又是省钱成本是决定一项技术能否投入应用的一项关键指标。而目前像NB-IoT这样的技术既拥有良好的性能参数又拥有市场可以接受的低成本已经具备了成熟应用的条件。所以说现在的物联网才是真正的物联网。物联网爆发的时代万物互联的时代真的到来了。物联网和5G的关系5G和物联网之间的关系非常紧密。与其说发展5G是为了满足人类日常通讯的需求更应该说发展5G是为了物联网。5G的三大应用场景eMBB、mMTC、uRLLC其中有两大是物联网场景。eMBB增强型移动宽带Enhance Mobile Broadband人与人之间通信人类上网主要用这个。mMTC海量物联网通信Massive Machine Type Communication物联网主要用这个。uRLLC低时延、高可靠通信Ultra Reliable Low Latency Communication主要用于智能无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务。请大家记住技术是无法拯救行业的只有需求和场景才能做到这点。十年前是谁拯救了当时增长乏力的通信行业不是3G是iPhone。或者说是人类的移动应用需求看视频玩网游。现在能够拯救通信行业的也不会是5G而是物联网还有它背后的需求。需求带来场景场景带来产品。颠覆性的产品才能形成市场才能拯救行业。所以准确来说是物联网需求召唤5G技术5G技术支撑物联网需求。如果没有需求的支撑以5G那么惊人的投资成本是不可能有所作为的。无人驾驶虚拟现实智慧城市工业4.0这些才是5G存在的意义总而言之在我看来盲目追求技术指标和参数寄希望于5G靠技术性能拯救行业是不现实的。物联网领域的应用场景挖掘以及物联网应用的用户体验才是真正需要关注的重点。万物互联的时代已经到来势必会有更多优秀的企业崛起也会有大量的人才需求。如果你厌倦了传统通信领域的衰退请一定不要错过这次宝贵的机遇物联网技术的发展演进说到物联网大家都不会觉得陌生。“大、物、云、移”四大金刚里面物联网的诞生时间是最早的。确切来说它比互联网的诞生时间还要早。上世纪60年代的时候它就已经以传感网的身份被运用于军事领域。80年代左右随着TCP/IP技术和以太网技术的出现数据通信网络的发展进入了一个新的阶段。局域网和广域网迅速普及并最终催生了伟大的全球互联网。传感网受上述技术的影响也逐渐将自己的数据传输通道IP化、以太化。与此同时伴随传感器技术的飞速进步传感网开始逐渐从军事领域走向工业及民用领域。1996年澳大利亚研究机构CSIRO在美国成功申请了无线网技术的专利从而将Wi-Fi这一新兴事物带到了我们的面前。不久之后1998年蓝牙技术也出现了。以Wi-Fi和蓝牙为代表的短距离无线通信技术很快得到普及和推广走进我们每个人的生活。传感网迅速吸纳了这些无线通信技术并借此向家庭及商业应用场景延伸。1999年麻省理工学院的凯文·阿什顿Kevin Ashton教授首次提出物联网Internet of Things的概念。他也因此被称为“物联网之父”。2003年美国《技术评论》杂志提出传感网技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。也是从这一年起英国卫报、科学美国人和波士顿环球报等主流媒体开始使用“物联网”这一叫法取代“传感网”两者开始明确划分界限。2005年11月17日在突尼斯举行的信息社会世界峰会上国际电信联盟ITU发布了《ITU互联网报告2005物联网》。这份报告算是从官方层面正式给“物联网IoT”授予了一个合法的身份。我们国内老百姓对物联网的接触和了解也差不多是从那一时期开始的。不过当时人们对物联网的理解更多是基于一个名词——智能家居。在很多人看来物联网就是智能家居智能家居就是物联网。为什么会这样呢很简单物联网就是把物连接起来要么用有线连要么用无线连。有线的话就要到处布线成本太高难以普及。无线的话受限于频谱资源的分配民用领域能够免费用的只有Wi-Fi、蓝牙使用的ISM免费频段例如2.4GHz。Wi-Fi、蓝牙这些技术最致命的问题就是通信距离太短最多只有几十米。因此它们所能适用的场景想来想去就只有室内场景家庭、办公室了。厂区、林区、渔区、牧区、公共道路等室外场景根本没办法用要么就成本太高。除了智能家居之外还有一个物联网场景被广泛看好而且确实取得了实质进展那就是以NFC、RFID为代表的超短距离近场通信技术。你不是通信距离短嘛干脆脸贴着脸通信得了。NFC和RFID这样的技术在商业上获得了很大的成功。它们被广泛应用于物料管理、商品支付、身份认证、门禁通行等场景形成了独特的商业模式和产业链。回到智能家居这个话题。2005年之后随着智能手机和移动互联网的成功人们陷入了对数码产品的狂热。很多人认为数字生活时代全面到来了智能家居马上就会迎来大爆发。于是全国涌现了大量的智能家居企业希望搭上风口大赚一笔。然而风口并没有如期而至这一等就是十年。就在这漫长的等待过程中通信工程师们也在积极探索新的可用于长距离通信的物联网技术。很快他们就盯上了蜂窝移动通信技术也就是2G/3G技术。借助基站可以大幅增加物联网的覆盖范围从而满足更多的应用场景。于是在这期间大量的2G/3G物联网卡终端入网形成了物联网市场的主力军。2013年国内发放4G牌照。没过多久4G LTE就形成了全国范围的普遍覆盖。有了4G之后人们自然就会想到将4G用于物联网应用。但是4G是高端网络不仅速率高成本芯片、模组、套餐也高。大部分物联网场景并不需要这么高的速率也承受不起这么高的成本只能继续使用2G/3G赖着不走。2015年华为和高通突然领了两个娃走进家门并告诉我们其中一个娃叫NB-IoT窄带物联网另一个娃叫eMTC增强型机器类型通信。两个娃都是LTE的表弟要一起打天下。说白了NB-IoT和eMTC都是简化版的LTE速率更低成本更低可以同时连接的终端数更多专门用于物联网场景。他们有一个统称叫做LPWANLow Power Wide Area低功耗广域网技术。大佬们对NB和eMTC非常满意。他们心想“你看路都给你们造好了就往这走呗”结果市场和用户并没有非常买账他们一方面觉得NB-IoT的网络覆盖不太好另一方面觉得NB-IoT的成本仍然太高。于是他们反而盯上了另一个“不起眼”的技术那就是——Cat.1。简而言之Cat.1就是LTE。Cat.1终端的速率可以对标3G能够无缝接入现有的LTE网络基站无需进行软硬件升级。在芯片模组成本方面Cat.1的集成度更高硬件架构更简单价格更低。也就是说Cat.1既有网络覆盖优势又有成本优势。Cat.1在2020年彻底火了一把不仅判了国内eMTC的死刑还抢了NB不少份额。如今的Cat.1仍然处于高速上升期。它的成功验证了那条永远正确的真理——“在成本优势面前所有的高科技都是纸老虎。”再来看看5G。5G三大应用场景里面eMBB增强型移动宽带场景落地极不顺利拉不开与4G的差距现在处境尴尬mMTC海量机器通信本来是NB-IoT和eMTC的演进结果指标超前NB和eMTC都够用干脆把兄弟俩转正直接升级为5G。没想到还被Cat.1狠狠滴挖了一把墙角。目前最被寄予厚望的只剩下uRLLC低时延高可靠通信也是用于物联网。但是能用到的场景并不算多只有远程驾驶、智能制造、远程手术等。折腾来折腾去国内就形成了现在的物联网技术演进格局随着2G/3G的退网绝大部分的3G和少部分的2G将迁移到Cat.1。大部分的2G将迁移到NB-IoT。eMTC在国内基本上没戏。LTE Cat.4补足辅助Cat.1。物联网行业的发展现状说完了技术再来说说产业。如今的物联网产业处于一个非常微妙的状态。没有人怀疑物联网的价值但很少有人能够在物联网里真正赚到大钱。物联网行业的技术门槛相对来说比较低只要会点单片机嵌入式就可以搞个小项目起步。早些年智能家居火的时候就有很多团队入局通过写物联网项目BP商业计划书找投资人要钱。虽然后面倒了一批又一批结果又进来了一批又一批。现在进来的这帮人不仅搞WLAN短距离物联网还搞LPWAN物联网。不仅搞硬件还搞软件和平台。他们的目标很明确就是冲着这些年热炒的智慧城市、智慧社区、智慧学校、智慧医疗等概念。殊不知市场已经是一片红海同质化竞争加剧强者恒强弱者淘汰。2C消费者市场方面小米、华为、苹果这样的大厂忙于拉拢生态形成阵营优势。小厂夹缝求生犹豫不决不知何去何从。即使站队也只能喝汤吃不上肉。2G、2B政企市场方面资源为王赢家通吃。要么你足够大能掌控供应链掌控渠道把成本做到足够低拼价格耗死对手。要么你掌握关键资源能拿到政府或国企等大客户的定向订单。否则就只是耗尽资金黯然离场。中下游企业处境艰难上游却是另外一幅情景。芯片、模组作为物联网产业的上游在大环境和政策的影响下得到了快速的发展。以前我们只知道高通、华为、紫光展锐、联发科技做物联网终端芯片现在翱捷、移芯通信、智联安、芯翼等都做起来了。资本的大量涌入助推了芯片企业的崛起吸引了更多的人才和资源入局。芯片企业有更多的资金可以投入研发推出更好更优秀的产品推动产业的向前发展。话说回来我们国家的物联网自主化还有很长的路要走。越是上游越是底层技术我们的自主化率越低。举个例子传感器这样看似很简单的东西芯片的自主率也不到10%。现在越来越流行的UWB和蓝牙AoA精准定位场景我们的核心专利占比也远低于美国。越是核心的东西利润率就越高。所以看似繁荣的市场巨额的利润已经悄悄流进了国外企业的口袋。国内企业同室操戈员工拼命工作天天996可能只是为了一小块蛋糕而已。最后再总结一下1、目前的国内物联网市场技术演进路线已十分清晰市场竞争将进一步加剧一些企业将会被淘汰出局也有一些企业将全面崛起成为寡头2、包括芯片这样的核心技术国产自主研发的比例将会持续增加国内企业的市场占比也会增加但是还有很长的路要走谨防泡沫和浑水摸鱼3、整个物联网产业由技术驱动转向应用驱动需要持续关注车联网、工业互联网、智慧城市等行业应用的落地。这是一场持久战谁能熬到最后甚至穿越周期谁就能笑到最后。