IoT的连接芯片机会及NB-IoT特点

作者 / 何晖 IHS Markit首席分析师(上海 200122)

摘要：在2018年8月28日IHS Markit公司在上海举行了“第二届科技高管研讨会”，IHS Markit公司高级分析师何晖女士介绍了物联网连接芯片和模块的市场趋势，并特别介绍了NB-IoT的现状。

1 连接的演变

　　如图1所示，二十多年来，无线连接技术一直在发展。开始是移动通讯，之后是所有方式的连接，包括蓝牙、Wifi等短距离无线通信，把所有的人连接起来。接下来，随着越来越多的连接技术出现，“连接+IoT网络”形成了万物互联的网络，把人之外的所有物体也连接起来。之后，连接了物体的数据上云，云存储和分析成为了关键。最后，云端又进行AI、机器学习、深度学习，以此来产生推断，从而服务到终端(包括人和物体)。

　　图2的是2008年与2018年的IoT连接对比。2008年IoT是2G，少部分用3G连接，主要是M2M、电脑之间的连接，智能手机还没有普及，短距离无线连接的应用主要是在工业上的一些终端上的连接，通过单点连接和互联网来收集数据。

　　2018年已有LTE，5G也正在到来。2018年也有了广域无线网，诸如阿里主推的LoRa，包括Sigfox等各种各样的连接技术。这时趋向于由平台导向的连接方式，这时BAT(百度、阿里、腾讯)等互联网巨头在做自己的生态系统，力图将所有物体连入网络。

　　未来的愿景是加入机器学习/深度学习，从而来构建一个完整的万物互联的生态环境。

2 IoT产业对连接IC的机会

　　有线、蜂窝、WiFi、蓝牙、NB-IoT、LoRa、sigfox等连接在2017年的市场体量约130亿的出货量，到2021年这个数字会达到200亿。目前传统的有线连接在整个市场中占有很大比重，超过40%;预计到2021年，这个比例会将近50%。可见，大部分还是要通过有线的连接方式接入网络。

　　无线IC在IoT连通性IC中占有重要角色，2017年占所有IC出货量的59%。到2021年，低功率无线将获得最大的牵引力，其份额从2017年的13%增长到2021年的15%。

　　到2030年、2031年，接入互联网的所有设备的数量将是2018年的3倍左右。其中最大的成长空间，首先是商业与工业方面的连接，例如与智能制造、工业4.0相关的所有产品和设备都将连入互联网。如图4，在商业&工业电子方面，从2013年到2030年，出货量将达到年均20%的强劲增长。

　　其次，还有一个巨大的存量市场是消费类电子，包括现在正在推广的智能家居，以及人们手边所有会用到的消费类电子产品，它们也将通过互联网连入云端。据预测，从2013年到2030年出货量将达到13.8%的适中增长。

3 NB-IoT及相关无线连接的

　　3.1 中国NB-IoT及相关标准和协议的特点

　　在过去三四十年，整个科技发展是自下而上的，即我们有了一个什么样的协议、技术和芯片，终端使用厂商就去用这些协议、技术、芯片来设计终端产品。但是科技发展的今天，IoT、AI将会是一个以平台为主导的生态系统，未来我们是基于平台、基于消费者的需要来反馈到芯片端。

　　在中国，从2017年6月开始，工信部发布了关于NB-IoT市场推进的发展纲要，其中提出在中国未来要建立全新的IoT体系。NB-IoT是基于对目前4G基站做的一些改造和升级，可以实现的一种网络架构。目前在中国是运营商主导NB-IoT。它会是一个NB-IoT加eMTC融合的网络支持方式。

　　除了NB-IoT连接方式以外，5G也是一个重要的连接方式，实现的速率也会将是现有网络的数倍甚至数千倍以上，其应用场景是会不同的。

　　在中国，国家需要引导是以eMTC加NB-IoT融合的一个网络机制。为什么要这样?因为NB-IoT虽然是一个公共网络，但是它是一个主要以华为为主导的一种新的IoT网络协议，优势在于网络连接能力强，例如在一个基站范围内，它的连接数目是目前4G的数百倍，这对于很多应用场景，例如一些公用设施，以及畜牧业、农业、饲养业等，都会有很大的影响;而且因为它的功耗很低(注：因为每次读取数据的上行和下行数据量比较小，所以相对比较省电)，无需经常维护，理想情况是10年左右才需要更换一次电池、充电，对智能水表/三表、路灯等基础终端比较适合。

　　3.2 eMTC的优势

　　eMTC是基于LTE演进的一种IoT协议，也具有低功耗的特点，但是它有一个优势，适合移动场景。这是NB-IoT及LoRa目前比较欠缺的优势，就是NB-IoT和LoRa不太适合移动场景。例如2017年很热的共享单车也是一个基于IoT比较理想化的应用场景，但是如果只是用单纯NB-IoT协议，就会出现这种可能：从这个基站范围骑到下一个基站范围时信号无法连上，所以目前在中国呢，NB-IoT适合搭配eMTC双模的形式使用^[1]。

　　3.3 NB-IoT模块市场

　　目前中国是NB-IoT应用活跃的国家，有很多模组厂商，甚至芯片厂商都在支持NB-IoT的需求。如图5，绿色框内的是国际上比较大的厂商，红色框内的是国内比较大的IoT模块供应商，本土企业SIMCom(芯讯通)是转型而来的，之前以做智能手机方案为主，现在转型做NB-IoT等领域，之前摩拜上面主要的模块就是由芯讯通来做的。Quectel(移远通讯)公司是以做到智能水表、电表等模块为主。GOSUNCN(welink，深圳高新兴物联科技有限公司高新兴科技集团股份有限公司)是以NB-IoT + GPS模块为主，用于需要定位的NB-IoT的应用场景。

　　3.4 NB-IoT芯片市场

　　NB-IoT的生态链如图6所示，可见最底层的芯片厂商有国内的华为、RDA、中兴通讯等，海外厂商除了高通外，还有英特尔，MTK也加入了NB-IoT阵营，推出了适合NB-IoT场景的芯片。

　　模块厂商中，国际厂商有u-blox，国内厂商主要有龙尚、SIMCom(芯讯通)、GOSUNCN(高新兴物联)、Quectel(移远通讯)是主要的NB-IoT模块厂商。应用终端有水表、电表、井盖、智能楼宇等。

　　NB-IoT目前主要推进的厂商是运营商，中国有三大运营商在努力推进NB-IoT协议，他们新建约两百多万个新的基站来满足NB-IoT这一潜在的巨大市场需求。除了这三大运营商以外，像美国电信还有德国，2018年也都加入了NB-IoT的阵营，也都推出了关于NB-IoT相关的资费标准。

　　NB-IoT也在一些欧洲的运营商也在推进。未来可以看到，NB-IoT不仅是在中国用，在全球很多地方都会看到其身影。

　　表1可见主要的NB-IoT芯片厂商。其中，Qualcomm(高通)是eMTC+ NB-IoT双模的芯片，2017年摩拜在北美投放的共享单车就采用了该芯片的解决方案。现在看到有越来越多的芯片制造商加入了NB-IoT的阵营，可见大家对NB-IoT的应用前景是还是比较看好的。

　　3.5 NB-IoT和LoRa的区别

　　特别指出的是，阿里和腾讯都在加入LoRa阵营，NB-IoT和LoRa的区别在哪里?主要的区别在于NB-IoT是一个运营商主导的协议， LoRa是以企业为主导。

　　为什么企业会更愿意做LoRa?主要是因为数据的原因，因为如果走运营商模式，数据要先通过运营商采集，才能到企业端，可能对数据私密性、数据的私用不是特别合适。所以企业愿意推行LoRa，主要是因为企业愿意做一些自由生态系统，包括自组网，这样第一手拿到用户的信息，就不需要再通过运营商去中转，对于一手数据的保密性更好一些。

　　参考文章：

　　[1]何晖.共享单车的连接方式探讨.电子产品世界,2017(10):16

　　[2]谭胜淋.浅谈工业无线技术标准与认证及其应用.电子产品世界,2016(2-3):30-33

　　[3]迎九.15.4无线和软件助力照明等家庭联网应用.电子产品世界,2017(8):18-23

　　[4]梁兴通,李扬.基于ZigBee无线网络与LabVIEW的智能家居安防系统.电子产品世界,2017(1):69-71

　　[5]Woolley M.如何使用蓝牙mesh扩展无线网状网络.电子产品世界,2018(10):22-26

本文来源于《电子产品世界》2018年第11期第4页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。