IoT的連接芯片機會(huì )及NB-IoT特點(diǎn)

作者 / 何暉 IHS Markit首席分析師(上海 200122)

摘要：在2018年8月28日IHS Markit公司在上海舉行了“第二屆科技高管研討會(huì )”，IHS Markit公司高級分析師何暉女士介紹了物聯(lián)網(wǎng)連接芯片和模塊的市場(chǎng)趨勢，并特別介紹了NB-IoT的現狀。

1 連接的演變

　　如圖1所示，二十多年來(lái)，無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)一直在發(fā)展。開(kāi)始是移動(dòng)通訊，之后是所有方式的連接，包括藍牙、Wifi等短距離無(wú)線(xiàn)通信，把所有的人連接起來(lái)。接下來(lái)，隨著(zhù)越來(lái)越多的連接技術(shù)出現，“連接+IoT網(wǎng)絡(luò )”形成了萬(wàn)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )，把人之外的所有物體也連接起來(lái)。之后，連接了物體的數據上云，云存儲和分析成為了關(guān)鍵。最后，云端又進(jìn)行AI、機器學(xué)習、深度學(xué)習，以此來(lái)產(chǎn)生推斷，從而服務(wù)到終端(包括人和物體)。

　　圖2的是2008年與2018年的IoT連接對比。2008年IoT是2G，少部分用3G連接，主要是M2M、電腦之間的連接，智能手機還沒(méi)有普及，短距離無(wú)線(xiàn)連接的應用主要是在工業(yè)上的一些終端上的連接，通過(guò)單點(diǎn)連接和互聯(lián)網(wǎng)來(lái)收集數據。

　　2018年已有LTE，5G也正在到來(lái)。2018年也有了廣域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，諸如阿里主推的LoRa，包括Sigfox等各種各樣的連接技術(shù)。這時(shí)趨向于由平臺導向的連接方式，這時(shí)BAT(百度、阿里、騰訊)等互聯(lián)網(wǎng)巨頭在做自己的生態(tài)系統，力圖將所有物體連入網(wǎng)絡(luò )。

　　未來(lái)的愿景是加入機器學(xué)習/深度學(xué)習，從而來(lái)構建一個(gè)完整的萬(wàn)物互聯(lián)的生態(tài)環(huán)境。

2 IoT產(chǎn)業(yè)對連接IC的機會(huì )

　　有線(xiàn)、蜂窩、WiFi、藍牙、NB-IoT、LoRa、sigfox等連接在2017年的市場(chǎng)體量約130億的出貨量，到2021年這個(gè)數字會(huì )達到200億。目前傳統的有線(xiàn)連接在整個(gè)市場(chǎng)中占有很大比重，超過(guò)40%;預計到2021年，這個(gè)比例會(huì )將近50%?？梢?jiàn)，大部分還是要通過(guò)有線(xiàn)的連接方式接入網(wǎng)絡(luò )。

　　無(wú)線(xiàn)IC在IoT連通性IC中占有重要角色，2017年占所有IC出貨量的59%。到2021年，低功率無(wú)線(xiàn)將獲得最大的牽引力，其份額從2017年的13%增長(cháng)到2021年的15%。

　　到2030年、2031年，接入互聯(lián)網(wǎng)的所有設備的數量將是2018年的3倍左右。其中最大的成長(cháng)空間，首先是商業(yè)與工業(yè)方面的連接，例如與智能制造、工業(yè)4.0相關(guān)的所有產(chǎn)品和設備都將連入互聯(lián)網(wǎng)。如圖4，在商業(yè)&工業(yè)電子方面，從2013年到2030年，出貨量將達到年均20%的強勁增長(cháng)。

　　其次，還有一個(gè)巨大的存量市場(chǎng)是消費類(lèi)電子，包括現在正在推廣的智能家居，以及人們手邊所有會(huì )用到的消費類(lèi)電子產(chǎn)品，它們也將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連入云端。據預測，從2013年到2030年出貨量將達到13.8%的適中增長(cháng)。

3 NB-IoT及相關(guān)無(wú)線(xiàn)連接的

　　3.1 中國NB-IoT及相關(guān)標準和協(xié)議的特點(diǎn)

　　在過(guò)去三四十年，整個(gè)科技發(fā)展是自下而上的，即我們有了一個(gè)什么樣的協(xié)議、技術(shù)和芯片，終端使用廠(chǎng)商就去用這些協(xié)議、技術(shù)、芯片來(lái)設計終端產(chǎn)品。但是科技發(fā)展的今天，IoT、AI將會(huì )是一個(gè)以平臺為主導的生態(tài)系統，未來(lái)我們是基于平臺、基于消費者的需要來(lái)反饋到芯片端。

　　在中國，從2017年6月開(kāi)始，工信部發(fā)布了關(guān)于NB-IoT市場(chǎng)推進(jìn)的發(fā)展綱要，其中提出在中國未來(lái)要建立全新的IoT體系。NB-IoT是基于對目前4G基站做的一些改造和升級，可以實(shí)現的一種網(wǎng)絡(luò )架構。目前在中國是運營(yíng)商主導NB-IoT。它會(huì )是一個(gè)NB-IoT加eMTC融合的網(wǎng)絡(luò )支持方式。

　　除了NB-IoT連接方式以外，5G也是一個(gè)重要的連接方式，實(shí)現的速率也會(huì )將是現有網(wǎng)絡(luò )的數倍甚至數千倍以上，其應用場(chǎng)景是會(huì )不同的。

　　在中國，國家需要引導是以eMTC加NB-IoT融合的一個(gè)網(wǎng)絡(luò )機制。為什么要這樣?因為NB-IoT雖然是一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò )，但是它是一個(gè)主要以華為為主導的一種新的IoT網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò )連接能力強，例如在一個(gè)基站范圍內，它的連接數目是目前4G的數百倍，這對于很多應用場(chǎng)景，例如一些公用設施，以及畜牧業(yè)、農業(yè)、飼養業(yè)等，都會(huì )有很大的影響;而且因為它的功耗很低(注：因為每次讀取數據的上行和下行數據量比較小，所以相對比較省電)，無(wú)需經(jīng)常維護，理想情況是10年左右才需要更換一次電池、充電，對智能水表/三表、路燈等基礎終端比較適合。

　　3.2 eMTC的優(yōu)勢

　　eMTC是基于LTE演進(jìn)的一種IoT協(xié)議，也具有低功耗的特點(diǎn)，但是它有一個(gè)優(yōu)勢，適合移動(dòng)場(chǎng)景。這是NB-IoT及LoRa目前比較欠缺的優(yōu)勢，就是NB-IoT和LoRa不太適合移動(dòng)場(chǎng)景。例如2017年很熱的共享單車(chē)也是一個(gè)基于IoT比較理想化的應用場(chǎng)景，但是如果只是用單純NB-IoT協(xié)議，就會(huì )出現這種可能：從這個(gè)基站范圍騎到下一個(gè)基站范圍時(shí)信號無(wú)法連上，所以目前在中國呢，NB-IoT適合搭配eMTC雙模的形式使用^[1]。

　　3.3 NB-IoT模塊市場(chǎng)

　　目前中國是NB-IoT應用活躍的國家，有很多模組廠(chǎng)商，甚至芯片廠(chǎng)商都在支持NB-IoT的需求。如圖5，綠色框內的是國際上比較大的廠(chǎng)商，紅色框內的是國內比較大的IoT模塊供應商，本土企業(yè)SIMCom(芯訊通)是轉型而來(lái)的，之前以做智能手機方案為主，現在轉型做NB-IoT等領(lǐng)域，之前摩拜上面主要的模塊就是由芯訊通來(lái)做的。Quectel(移遠通訊)公司是以做到智能水表、電表等模塊為主。GOSUNCN(welink，深圳高新興物聯(lián)科技有限公司高新興科技集團股份有限公司)是以NB-IoT + GPS模塊為主，用于需要定位的NB-IoT的應用場(chǎng)景。

　　3.4 NB-IoT芯片市場(chǎng)

　　NB-IoT的生態(tài)鏈如圖6所示，可見(jiàn)最底層的芯片廠(chǎng)商有國內的華為、RDA、中興通訊等，海外廠(chǎng)商除了高通外，還有英特爾，MTK也加入了NB-IoT陣營(yíng)，推出了適合NB-IoT場(chǎng)景的芯片。

　　模塊廠(chǎng)商中，國際廠(chǎng)商有u-blox，國內廠(chǎng)商主要有龍尚、SIMCom(芯訊通)、GOSUNCN(高新興物聯(lián))、Quectel(移遠通訊)是主要的NB-IoT模塊廠(chǎng)商。應用終端有水表、電表、井蓋、智能樓宇等。

　　NB-IoT目前主要推進(jìn)的廠(chǎng)商是運營(yíng)商，中國有三大運營(yíng)商在努力推進(jìn)NB-IoT協(xié)議，他們新建約兩百多萬(wàn)個(gè)新的基站來(lái)滿(mǎn)足NB-IoT這一潛在的巨大市場(chǎng)需求。除了這三大運營(yíng)商以外，像美國電信還有德國，2018年也都加入了NB-IoT的陣營(yíng)，也都推出了關(guān)于NB-IoT相關(guān)的資費標準。

　　NB-IoT也在一些歐洲的運營(yíng)商也在推進(jìn)。未來(lái)可以看到，NB-IoT不僅是在中國用，在全球很多地方都會(huì )看到其身影。

　　表1可見(jiàn)主要的NB-IoT芯片廠(chǎng)商。其中，Qualcomm(高通)是eMTC+ NB-IoT雙模的芯片，2017年摩拜在北美投放的共享單車(chē)就采用了該芯片的解決方案?，F在看到有越來(lái)越多的芯片制造商加入了NB-IoT的陣營(yíng)，可見(jiàn)大家對NB-IoT的應用前景是還是比較看好的。

　　3.5 NB-IoT和LoRa的區別

　　特別指出的是，阿里和騰訊都在加入LoRa陣營(yíng)，NB-IoT和LoRa的區別在哪里?主要的區別在于NB-IoT是一個(gè)運營(yíng)商主導的協(xié)議， LoRa是以企業(yè)為主導。

　　為什么企業(yè)會(huì )更愿意做LoRa?主要是因為數據的原因，因為如果走運營(yíng)商模式，數據要先通過(guò)運營(yíng)商采集，才能到企業(yè)端，可能對數據私密性、數據的私用不是特別合適。所以企業(yè)愿意推行LoRa，主要是因為企業(yè)愿意做一些自由生態(tài)系統，包括自組網(wǎng)，這樣第一手拿到用戶(hù)的信息，就不需要再通過(guò)運營(yíng)商去中轉，對于一手數據的保密性更好一些。

　　參考文章：

　　[1]何暉.共享單車(chē)的連接方式探討.電子產(chǎn)品世界,2017(10):16

　　[2]譚勝淋.淺談工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準與認證及其應用.電子產(chǎn)品世界,2016(2-3):30-33

　　[3]迎九.15.4無(wú)線(xiàn)和軟件助力照明等家庭聯(lián)網(wǎng)應用.電子產(chǎn)品世界,2017(8):18-23

　　[4]梁興通,李揚.基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與LabVIEW的智能家居安防系統.電子產(chǎn)品世界,2017(1):69-71

　　[5]Woolley M.如何使用藍牙mesh擴展無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò ).電子產(chǎn)品世界,2018(10):22-26

本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第11期第4頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。