物联网技术业务思考和展望

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。

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