LoRa实验室

卢斌 中国电信股份有限公司广东研究院 摘要： 为了分析物联网技术业务并展望其未来的发展，从对物联网业务的预测出发，归纳分析物联网可能的业务场景，分析各种场景对应的无线接入技术的优缺点，最后对物联网的发展和商业模式进行展望。 一、引言 经过20多年的高速发展，移动通信成为当今经济发展的推动力，在以人为中心的手机通信市场，人口普及率达到90%甚至超过100%。为了寻找新的增长点，物联网业务逐步进入无线通信产业链各个环节中。据预测，2025年物联网的连接数将超过270亿，潜力巨大。物联网业务种类繁多，使用的技术和解决方案也不同。本文将在分析物联网的业务和技术方案基础上，对物联网的商业模式进行思考和探讨。 二、物联网业务需求 Machina Research公司是当今世界领先的IoT市场预测和策略提供者，持续跟进和提供IoT市场的每年发展情况。据Machina Research相关预测，2015~2025年物联网的连接数如图1所示，从中可以看出，物联网的业务需求非常巨大。IoT连接数从2015年的60亿增加到2025年的270亿，符合年增长率为16%。为了更好分析物联网技术方案，需对各种物联网业务的应用场景进行细分。部分物联网业务如表1所示。 图1 物联网业务连接数预测图 表1 部分物联网业务场景需求 物联网业务需求巨大，具有很明显的垂直行业特点。根据业务场景，可以细分为固定或慢速无线数据接入（局域物联网）、移动无线数据接入（移动物联网）、泛在无线数据接入（低功率广域物联网）三种情况。 （1）固定或慢速无线数据接入 如图2所示，局域物联网是指在一个局部区域（如单个工厂等）中，在生产线上或固定区域布放各种传感器进行数据采集，数据传送到本地的局域网和应用管理平台，主要服务于本地生产和监控，重点在于稳定、可靠、自主可控，主要为固定或慢速移动传感器，没有移动和漫游需求。 图2 局域物联网示意图 （2）移动无线数据接入 如图3所示，移动物联网是指在全国或全球范围内，布放各种传感器进行数据采集，数据通过移动IP网络传送到集中的服务器和应用管理平台，主要服务于全国范围内的生产和监控，重点在于稳定、可靠，有移动和漫游需求，数据传输量较大。 图3 移动物联网示意图 （3）泛在无线数据接入 如图4所示，低功率广域物联网（LPWAN）是指在大范围内，布放各种一体化传感器进行数据采集，数据通过LPWA无线技术传送到本地的服务器，再通过广域IP互联网汇聚到集中的服务器和应用管理平台，主要服务于全国范围内的生产和监控，重点在于稳定、可靠，一般情况下没有移动需求，可能存在漫游需求，局部网络位置比较分散，数据传输量较大。 图4 低功率广域物联网示意图 三、物联网技术及比较 从以上物联网的业务需求可以看出，物联网技术主要是完成各种传感器设备与互联网的无线连接，实现设备或终端的开关信号或数据的传输，其中传感器的无线连接方式是非常重要的一环，如图5所示，数据采集和数据应用控制与物联网技术息息相关。而数据处理、大数据挖掘和分析、数据创新等环节，则与工业4.0、大数据、云计算等同步发展，对物联网技术业务起到有力的支撑。 图5 物联网业务环节示意图 对于2025年预测有270亿物联网连接的构成，Machina Research公司研究分析结果如下：72%由短距无线接入技术来承接，如Wi-Fi、Zigbee、PLC电力线传输等，这一技术将主导整个物联网市场，主要包括消费电子、大楼监控和自动化。 蜂窝型连接将从2015年的3.34亿上升到2025年的22亿，主要为LTE技术，其中的45%将应用在车联网业务上，包括在出厂前预置和出厂后安装的。在270亿的连接中，有将近有11%（30亿）的连接使用低功率广域网的技术，如Sigfox、LoRa、NB-IoT等。根据业务场景和Machina Research公司的预测，对于物联网重要一环，可以把无线接入细分局域或短距无线接入、低功率广域网、蜂窝无线接入等。 部分物联网技术特点如表2所示。 表2 部分物联网技术特点 从上述分析来看，结合Machina Research公司的预测，到2025年，不同的网络场景有不同的技术使用。比如最后10 m的物联网接入没有电源功耗问题的，可以优先选择局域或短距无线接入技术，就近接入有线局域网或互联网，这是最直接的方案。再比如在工业生产中的工业物联网，生产线上的数据传输要求高稳定低时延、安全可靠，没有移动和漫游的需求，这时如果采用NB-IoT等广域物联网的方案，表面上看起来可以，但是对于工业物联网肯定不是解决一个数据传输的问题，更多的还是个性化或嵌入式的解决方案。而针对目前很热的“Connected Cars”和移动医疗等的联网需求，其移动和漫游是局域短距和广域固定等技术所无法满足的，则需要蜂窝物联网技术。 接下来分析公网和专网问题。一般理解，蜂窝网属于公众移动网络，为广大普通用户提供服务，而专网，像铁路、航空、公安等系统的集群网，提供其用户专网专用，以确保运行系统的安全性。这是网络特性、用户群体特性、安全稳定等因素所决定。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，作者进一步分析指出，当然，目前也会出现“虚拟专网”的概念，利用VPN等网络技术，在公众网络中划分虚拟专网。这在有线互联网中使用很普遍，但是在铁路、航空、地铁、工业自动化等关键领域，在物联网安全性尚未健全的情况下，建议还是使用物联专网为宜。 蜂窝物联网或NB-IoT等技术，是在蜂窝通信网的基础上满足物联网业务需求。其成本技术具有很明显的优势，充分利用已有的公众蜂窝通信网络（主要提供话音和移动数据业务），具有信号覆盖大、建网边际成本低、授权频段确保网络质量、规模应用后终端模块价格迅速降低等优点。从上面提到物联网业务需求来看，很多业务是固定或慢速低数据业务需求，没有漫游和高速移动的业务需求，同时很多工业物联网是和生产系统直接关联的，可以考虑使用广域物联网建设专网。是否能采用“虚拟物联专网”的方案，还值得商榷。 四、商业模式分析 五、结论 本文通过对物联网业务需求、技术发展等的分析，提出局域短距、蜂窝型、广域固定三种物联技术分类和场景，初步对物联网商业模式进行思考分析，这仅是抛砖引玉，期望带来更多更全面的分析和思考。物联网将开启一个全新的时代，各种新业务、新技术以及由此引发新的商业模式，不断推陈出新，万物互联、智慧物联将不断走入新境界。 Read more.