物联网LPWA通信技术（1）：NB-IOT通信特点及主要场景应用

编辑导语：随着科技的发展，除了我们平常用到的网络之外，还有一个连接设备与设备之间的物联网；它把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理；本文作者分享了关于物联网LPWA通信技术，我们一起来看一下。

01 什么是NB-IoT？

要明白什么是NB-IOT，我们首先要了解什么是低功耗广域网，它的英文全称为Low Power Wide Area Network（简写：LPWAN) ，即低功耗广域网络，是区别于我们日常所熟知的3-4-5G远距离通讯网络；它是一种远距离低功耗的无线通信网络技术，主要包含NB-IOT、LoRa、Sigfox、eMTC四种，其中NB-IOT、LoRa近年来备受市场的关注和追捧尤其是NB-IOT。

我们都知道物联网是万物互联，随着我们第6版互联网协议（IPv6）的诞生，支持2^128个网络地址，就意味着地球上每平方英寸可分配4.3×10^20网络地址，而这为每一个物联设备尤其是传感器都能分配一个网络地址扫除了障碍。

未来每一个设备都能够基于自己的网络地址实现“上网”、与其他设备“交流”，我们日常接触的3-4-5G，主要是用于人与人之间的网络通讯；而LPWAN存在的意义我们可以理解为，为设备之间的通讯打好通信网络基础，而且这种通讯技术具有网络覆盖范围广、终端功耗低等特点比较适合大规模的物联网应用部署。

说完LPWAN，开始来介绍其中的主角，NB-IOT。

NB-IOT全称之为Narrow Band-Internet of Things，窄带物联网；基于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，部署成本低；它的传输距离可达十几公里，每个网络单元可以支持接入50，000个设备终端。

速度方面，NB-IoT的频射网络带宽为200kHz。传输速率一般在160kbps-250kbps之间；又由于NB-IOT通讯结构及设备本身的数据接收及上报模式的设置等因素，NB-IOT通讯常会具有10s内的传输延时。

02 NB-IoT组网通讯及工作方式？

NB-IoT通讯通常具有以下几个部分：

NB-IoT三种工作模式

设备除了本身上报数据之外可能还需要进行相应的业务动作，如关煤气阀门等，这时候操作指令需要下发至设备，被设备接收并执行；但是发送指令首先要搜索到相关设备，于是就存在了以下几种工作模式。

模式一：随时待命模式

DRX，随时接收数据，和随时监视一样，所以耗电量最高，（DRX待机功率约为1mA），但随时可以搜到设备。

模式二：间歇性休眠偷懒模式

eDRx：是指打开网络一段时间，然后关闭网络一段时间；数据on时可以接收，但停止时不能接收；停止时间可以设定为数十秒到数小时（每隔5分钟eDRX的待机功率约为0.2mA）——睡眠不工作、省电，找到设备需要几分钟甚至1-2h。

模式三：间歇性休眠偷懒模式PLUS+

PSM：eDRX省电升级版，降低eDRX交换网络的频率，低到每隔几天开放一次网络的程度，找到设备可能需要一两天时间；同样，网络打开时可以接收数据，但网络没有打开时不能接收数据（在PSM模式下，待机功耗是微安全级别，在这种情况下，“一个电池一般可用5年”）。

总结：

各种模式的存在的核心还是在于满足各场景应用需求、最大限度的降低设备运行能耗，延长设备工作时间和寿命。

各模式可转换，通过相关传感器实现工作状态的切换，如加速度传感器、动作切换触发器；如智能井盖，加速度传感器检测到反转，可以由“偷懒休息模式”切换到DRX（随时待命）模式，随时准备上报最新的井盖状态，做好安全防范。

03 NB-IoT适用于什么条件？哪些场景、？

NB-IoT网络通讯比较适合于终端较为分散、环境网络信号不好、没有稳定电源、传输速率要求相对较高、中&高频上行数据传输等情况。

主要场景应用有，共享单车、智慧门锁、智慧路灯、智慧监控、水电抄表、智慧烟感等。

04 NB-IoT典型应用介绍——水电抄表

NB-IoT通讯技术，目前在能源电力行业应用的最为成熟，只要装一个具有NB-IoT通讯模块的水电表就能实现远程抄表，而且NB水电表通常都是通过电池来进行供电。

一般来说，NB水、电表设备15分钟（可DIY）采集一次实时数据，既每天96个数据，数据可以通过既定的协议采取实时发送（比较耗电），也可以一天上报一次，几天上报一次都可以，只需要将采集好的数据打包好就行。

如图，水电表将收集上的数据定时定点通过NB-IoT通讯模块上传到NB-IoT通讯基站，由基站将收到的数据发送到对应的服务器上；并且PC管理后台、手机应用端都是基于服务器来进行相应的数据展示及管理。

05 NB-IoT优、缺点？

NB-IoT优点：

NB-IoT缺点：

本文由 @知识农夫 原创发布于人人都是产品经理，未经许可，禁止转载。

题图来自Unsplash，基于CC0协议。

最全物联网产业链揭秘，四大层级百位玩家一文看懂 智东西内参

随着 5G 的逐渐落地，人工智能、边缘计算、大数据等技术的逐渐成熟，需求侧相关应用场景的逐步发展，物联网产业链进入发展黄金期并逐步体现出规模效应。根据 statista 数据显示，2020 年全球物联网市场规模达到 2480亿美元，到 2025 年预计市场规模将超过 1.5 万亿美元，复合增长率达到44.59%。

本期的智能内参，我们推荐天风证券和西南证券的报告《 物联网产业链全景图谱》《 物联网产业链全梳理》，全方位解析物联网感知层、传输层、平台层和应用层的产业链发展现状。

本期内参来源：天风证券 西南证券

原标题：

《物联网产业链全景图谱》《物联网产业链全梳理》

作者： 唐海清 潘暕 高宇洋 汪敏 等

一、物联网产业全景

物联网（IoT，Internet of things）是指“万物相连的互联网”。通过 RFID（Radio Frequency Identification, 无线射频识别）、感应器等信息传感设备，按约定的协议，把物品和互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网的发展可以分为萌芽期、初步发展期以及高速发展时期。

萌芽期（1991 年-2004 年） ：1991 年，美国麻省理工学院的 Kevin Ash-ton 教授提出物联网概念。1995 年，比尔盖茨在其《未来之路》一书中构想物物互联，但当时并未引起广泛关注。1999 年，美国麻省理工学院首先提出物联网的定义，将物联网定义为把所有物品通过 RFID 和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的网络，自此，对物联网的关注度逐渐提升。

2003 年，美国《技术评论》将传感网络技术列为改变未来人们生活的十大技术之首。2004 年，“物联网”这个术语开始出现在各种书名中，并在媒体上传播。

初步发展期（2005 年-2008 年） ：2005 年 11 月 17 日，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告 2005：物联网》，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用，这标志着物联网行业进入到初步发展阶段，物联网的概念日益深入人心。

2007 年第一部 iPhone 手机出现，为消费者提供了与世界连网设备互动的全新方式。2008 年第一届国际物联网大会在瑞士苏黎世举行。

高速发展期（2009 年– 至今） ：2009 年 1 月，美国政府将新能源和物联网确认为美国国家战略。2009 年 6 月，欧盟执委会发表欧洲物联网行动计划，提出要加强对物联网的管理，促进行业发展。2009 年 8 月，温家宝总理在无锡视察时提出“感知中国”，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院，中国正式开始在物联网行业进行战略部署。欧盟、中国、美国在物联网行业的部署计划标志着物联网进入到快速发展期。

根据中国产业信息网的数据及预测，2019 年全球物联网设备数量已达到 107 亿台，预计 2025 年物联网连接数将达到 251 亿台，保持 12%以上的增长。市场规模方面，statista 数据显示，2020 年全球物联网市场规模达到 2480 亿美元，到 2025 年预计市场规模将超过 1.5 万亿美元，复合增长率达到 44.59%。

在政策与技术的支持下，中国物联网市场蓬勃发展。根据中国产业发展研究院的数据，2020 年，中国物联网市场规模达到 1.66 万亿元，2022 年更将达到 2.12 万亿元。

物联网可以分为四个层级，包括感知层、传输层、平台层和应用层 。感知层是物联网的最底层，其主要功能是收集数据，通过芯片、蜂窝模组/终端和感知设备等工具从物理世界中采集信息。传输层是物联网的管道，主要负责传输数据，将感知层采集和识别的信息进一步传输到平台层。

传输层主要应用无线传输方式，无线传输可以分为远距传输和近距传输。平台层负责处理数据，在物联网体系中起到承上启下的作用，主要将来自感知层的数据进行汇总、处理和分析，主要包括 PaaS 平台、AI 平台和其他能力平台。应用层是物联网的最顶层，主要基于平台层的数据解决具体垂直领域的行业问题，包括消费驱动应用、产业驱动应用和政策驱动应用。目前，物联网已实际应用到家居、公共服务、农业、物流、服务、工业、医疗等领域，各个细分场景都具备巨大的发展潜力。

各个层级的参与者与产品构建了物联网的产业链。感知层的主要参与者是传感器厂商、芯片厂商和终端及模块生产商，产品主要包括传感器、系统级芯片、传感器芯片和通信模组等底层元器件；网络层的参与者是通信服务提供商，提供通信网络，其中通信网络可以分为蜂窝通信网络和非蜂窝网络；平台层的参与者是各式的平台服务提供商，所提供的产品与服务可以分为物联网云平台和操作系统，完成对数据、信息进行存储和分析；应用层包括智能硬件和应用服务，智能硬件根据面对的对象不同可以分为 2C 和 2B，应用服务则可根据应用场景不同进行细分。

二、 感知层——物理感知的枢纽

传感器是物和物之间得以相连的起点，是将接收到的物理感知转化为电信号的基本枢纽。传感器技术经过数十年的发展，已经能够将各种场景下大部分物理状态信息采集转化为电子信息系统可以处理的电信号。像温度、湿度、压力（重量）、气压（轮胎胎压）、光照强度、气体成分、指纹、面部识别、速度和位移等等，均可通过传感器进行采集感知。这些传感功能，与智慧家居、物流、车辆安全监测、节能环保、安防等下游场景密切配合，可以组合形成丰富的应用模式。

全球传感器市场类型分布

传感器发展历程

2019年全球及中国传感器下游应用分布

物联网终端功能控制和实现的核心是MCU 芯片 。MCU也称为单片机或微控制器，由CPU、存储器、各类端口等构成，是智能控制的核心部件，可以简单理解成一台微型电脑。

传感器采集的信息、输入界面（按键、APP遥控等）输入的命令等经过MCU的分析和处理，再控制执行机构（电机、变频压缩机、音频设备等），实现物联网最终的功能。

2019年中国MCU应用领域分布

感知层的产业链可以分为芯片企业、蜂窝模组/终端和感知设备。

芯片相关的产业链玩家有有翱捷科技、 Semtech 先科电子、 广芯微电子、 华为海思、 联发科、 紫光展锐、 移芯通信、 Qualcomm 高通、 诺领科技、 芯翼信息、 智联安、 中兴微电子、 Nordic Semiconductor 北欧半导体 、Marvell 美满、 Broadcom 博通、 NXP 恩智浦、 乐鑫科技、 博通集成、 晶晨、 联盛德、 泰凌微电子、 Quantenna 宽腾达、 奕斯伟、 STMicroelectronics 意法半导体、 Texas Instruments 德州仪器、 华大半导体、 汇顶科技、 中颖电子、 东软载波、贝仕达克、 三星电子、 美光科技、 SK 海力士、 兆易创新、 长江存储、 合肥长鑫、 福建晋华、 Skyworks 思佳讯、 Qorvo 威讯联合半导体、 Murata 村田制作所、 英飞凌、 Microsemi 美高森美、 硕贝德、 信维通信、 麦捷科技、 长盈精密、 武汉凡谷、 大富科技、 顺络电子、 锐迪科、 中普微、 阿里平头哥、 地平线、 寒武纪、 赛灵思、 燧原科技、 探境科技、 异构智能、 英伟达、 云天励飞、 Mobileye等。

蜂窝模组相关的产业链玩家有移远通信、 广和通、 美格智能、 日海智能、 高新兴、 有方科技、 合宙通信、 鼎桥通信、 创通联达、 利尔达、 顺舟智能、 移柯通信、 移为通信、 锐明技术。

感知设备相关的产业链玩家有奥比中光、 歌尔、 汉威科技、 霍尼韦尔、 联创电子、 瑞声科技、 睿创微纳、 远望谷、 金溢科技、 士兰微、 水晶光电、 敏芯股份、 必创科技、 苏州固锝、 华工科技、 出门问问、 汉王科技、 科大讯飞、 声智科技、 云知声、 商汤科技、 神州泰岳、 比特大陆。

三、 传输层——信息传递的管道

物联网的传输层以无线传输为主，按照传输距离的不同，无线传输又可以分为局域网（LAN）和广域网（LPWAN）两种。局域网包括人们较为熟知的蓝牙、WiFi等，其特点是通信距离相对较短，一般在200米范围以内，适合于室内、低移动性场景（智慧家居、智能仓库等）。广域网包括NB-IoT、Sigfox等，其特点是通信范围大，可以达到15km以上，适合于大范围、移动性场景（车联网、物流跟踪、资产定位等）。

各类通信技术特性不同，应用于日常工作生活生产

而根据传输速率的不同，物联网业务可分为高速率、中速率及低速率业务。其中，高速率业务主要使用3G、4G 及WiFi技术，可应用于视频监控、车载导航等场景；中速率业务主要使用蓝牙、eMTC等技术，可应用于智能家居、储物柜等高频使用场景；低速率业务，即LPWAN(低功耗广域网)，主要使用NB-IoT、LoRa、Sigfox及ZigBee等技术，可能应用于智慧停车、远程抄表等使用频次低的应用场景。

全球物联网市场有大约60%以上都属于低速率业务，这类应用需要具有支持海量连接数、低终端成本、低终端功耗和超强覆盖等能力。由于自身的发展以及成本等问题，各个企业都在向低成本、低功耗等方向发展。而在低速率领域，中国主要以发展NB-IoT（窄带物联网）为主。

在实际产业链落地中，由于无线传输领域涉及复杂的标准专利、射频技术等，一般由专业厂商将与无线数据传输相关的整体功能，制作成物联网模组。下游家电等厂商将物联网模组安装调试后可以快速实现网络连接。

物联网模组就是将芯片、存储器等电子器件集成于电路板上的模块化组件，是实现设备联网的基础枢纽。依据网络制式的不同，无线模组主要可以分为4G模组、5G模组、NB-IoT模组等，依据应用场景的不同，无线模组也可以分为智能模组和车规级模组等。

物联网模组的主要类别

传输层产业链玩家主要分为硬件载体和软件平台。

硬件载体玩家包括华为、中兴通讯、 爱立信、 Arm、 戴尔科技、 惠普、 联想、 思科、 新华三、 英特尔等。

软件平台主要玩家包括AWS Wavelength、 Azure IoT Edge、 阿里云 Link Edge、 百度云 BIE 智能边缘、 九州云 Edge、 国讯芯微、 华为云、 腾讯云、 网宿科技边缘平台等。

四、 平台层——应用实现的桥梁

硬件端具备物联网能力后，需要平台实现整个网络和应用的具体实现。平台按功能类型大致可以分为4类，实际上很多通用化平台兼具多个功能。

1）CMP/DMP管理平台：设备连接的管理。举个例子，买一个扫地机器人，回家开机激活，与手机APP绑定等，这些都是通过管理平台实现。

2）AEP应用使能平台：很多传统公司（比如插排工厂），想升级成物联网遥控插排，但是没有相应的技术人员，他们就可以付费使用AEP平台，AEP平台上汇聚了很多物联网解决方案，插排工厂在平台上设置产品参数（有几个插孔）、功能模块（手机控制开关、定时开关等），就可以直接生成需要的物联网功能。

3）BAP业务分析平台：物联网采集了大量用户数据，有专门的平台来分析用户数据，通过大数据让设备的功能更加智能，也可以通过对用户习惯的分析做定制化营销等等拓展功能。

物联网平台层的四大平台

平台层的主要玩家有阿里云 link 平台、 京东小京鱼、 腾讯云 IoT Explorer、 小米 IoT 平台、 IBM Watson Iot、 ThingWorx、 浪潮云洲工业互联网平台、 新华三物联网、 通服物联、 海尔卡奥斯、 树根互联、 xIn3Plat、 Fii Cloud、 航天云网、 Predix、 MindSphere、 汉云工业互联网平台、 WISE-PaaS 工业物联网云平台、 小匠物联、 云智易、 广云物联、 机智云、 Walle 物联网平台、 KySCADA、 HanClouds 工业互联网平台、 H-IIP、 NeuSeer、 EmpoworX、 蘑菇物联、 SupOS、 Tn 工业互联网平台等。

五、 应用层——百花齐放推动产业链大发展

应用层为用户提供实际应用场景服务，是最贴近应用市场的一层。随着社会对智能化发展的需求增加，物联网应用的发展空间逐步扩大。作为最接近终端用户的服务主体，大多数产业内企业都在密切关注市场的动向，积极挖掘和响应用户的应用需求，使得物联网的应用领域不断扩展，竞争最为激烈，呈现“多样化”、“碎片化”发展的特征。应用层可以分为消费驱动应用、政策驱动应用、产业驱动应用。消费驱动应用包括智慧出行、智能穿戴、智慧医疗、智能家居；政策驱动应用包括智慧城市、公共事业、智慧安防、智慧能源、智慧消防、智慧停车；产业驱动应用包括智慧工业、智慧物流、智慧零售、智慧农业、车联网、智慧地产等。

这里我们以智能家居为例， 智能家居以住宅为平台，将网络通信、自动控制、物联网、云计算及人工智能等技术与家居设备相融合，形成便捷、舒适、健康、安全、环保的家庭人居环境。随着各项技术应用场景渗透加快及中国国民消费结构转型升级，智能家居单品品类得以不断创新与扩张，主要包括智能安防、智能连接控制、智能家电、智能家庭能源管理、智能光感、智能家庭娱乐等细分方向。

中国物联网智能家居市场已破千亿元，且增长较快，过去4年的CAGR达20%。根据亿欧智库测算，2020年整体市场规模约为4354亿元，预计2025年将超8000亿元。

从2019年中国各细分市场规模看，家电市场由于规模大、智能化发展早且渗透率高，其在智能家居市场中规模最大，达2822亿元；智能连接控制和智能家庭安防市场则分别位列二、三，为364亿元和186亿元，智能家庭娱乐和智能光感市场规模分别为180亿元和99亿元，智能家庭能源管理市场规模最小，为78亿元。

中国智能家居市场规模（亿元）

2019年中国智能家居细分市场规模

智能家居产业链主要玩家如下图：

智能家居产业图谱

讨论应用层时，不得不提到的就是最近发布2.0版本的华为鸿蒙， 作为面向物联网时代的新一代操作系统，目标是实现万物互联和万物智能。鸿蒙未来将逐步覆盖1+8+N全场景终端设备：“1”代表智能手机，“8”代表PC、平板、手表、智慧屏、AI音箱、二级、AR/VR眼镜、车机，“N”代表物联网生态产品，为消费者衣食住行全场景提供智能智慧服务。鸿蒙操作系统负责人王成录此前在采访中表示，2021年保守将有3亿设备搭载鸿蒙，其中华为手机搭载2亿，华为自有Pad、手表、智慧屏、音箱搭载3 千万台以上。

鸿蒙的推出，是从过去二十年来以PC、智能手机为代表“互联网+”创新，过渡到未来二十年以汽车、XR、家居为代表的物联网时代的“标志事件。从PC、智能手机到物联网，鸿蒙代表新一轮十年创新周期开启。

智东西 认为，作为数字经济的重要基础设施之一，物联网是传统产业数字化转型的重要手段，亦是实现经济高质量发展的内燃机。在政策、技术、应用、产业龙头的多方面因素推动下，正迎来黄金发展期。物联网产业链长，涉及底层元器件到整体解决方案的完整科技链条，可挖掘机会众多。从报告中可看出，现今布局物联网感知层、传输层、平台层和应用层的玩家已经不少，其中不乏各个巨头的参与。但是在很多细分领域，创业者仍有很多机会。

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