物联网：从"连接"走向"智能"

1.远距离无线通信技术LPWAN：解决终端功耗、广域覆盖能力不足等应用难题

• 物联网实现泛在互联通信是新一代信息通信领域的创新目标，按照通信距离应用，可以分为短距离通信技术和远距离通信技术。为解决当前物联网终端功耗较高、无法适应海量终端连接、广域覆盖能力不足和成本等困难，远距离无线通信技术（LPWAN）作为当前物联网技术的重要组成部分，成为该领域的新热点，适应长距离、广覆盖终端设备连接的应用场景需求

• LPWAN应用主要分为两大主流阵营：

一是LoRa、ZETA、SigFox等给予非授权频段的应用，基于非授权频段的通信协议，可以创建私有无线传感器网络，自己建设网络基础设施

二是由3GPP主推的基于授权频谱，采用蜂窝移动通信技术的NB-IoT，由第三方提供服务或基础设施，传感器用户无需投资网关技术就可以部署

• 低功耗广域网在全球快速发展，根据全球GSMA的统计数据，到2020年，整个物联网行业将具备更大发展能力，其中LPWAN的应用连接数将占到物联网总连接数的60%

LPWAN技术特点：

• 低功耗：LPWAN多为电池供电，电池寿命时间长，可长达10年

• 低数据速率：占用较小的带宽，传输少量的数据，通信频次低。一般几百bps到几十Kbps

• 低成本：由于规模化部署，需要低成本的连接成本，一般的LPWAN芯片成本小于2美金

• 远距离：覆盖范围广，开放平坦的地方，5-40公里

• 网关或基站：覆盖范围大，LPWAN网关或基站数量少，一个网关或基站可以服务成千上万的设备

• 传输时延：时延不是LPWAN技术的基本要求，一般地，物联网应用对数据的时延不敏感，数据传输的实时性不高

• 吞吐量：一般地，每秒钟几百个字节

2. 5G革命性技术推动物联网行业实现飞跃

5G关键技术

• 5G空口技术路线

5G空口技术路线主要包括5G新空口（低频空口与高频空口）和4G演进两部分。工作在较低频段的新空口引入大规模天线、新型多址、新波形等先进技术，支持更短的帧结构，更精简的信令流程，更灵活的双工方式，用于满足大覆盖、高移动性场景下的用户体验和海量设备连接等应用场景；工作在高频段的新空口针对波形、调制解码、天线技术等进行相应优化，主要覆盖在热点地区，承载大带宽数据流量。

• 5G无线关键技术

超密集组网通过增加基站部署密度，可在局部热点区域实现百倍量级的容量提升；新型多址技术可实现免调度传输，将显著降低信令开销，缩短接入时延，节省终端功耗；全频谱接入通过有效利用各类移动通信频谱资源提升数据传输速率和系统容量；终端直通技术帮助智能终端设备之间通过短距离技术实现直接通信，多用于协作通信、数据共享网络、应用于物联网终端的低成本D2D。

• 5G网络关键技术

未来的5G网络将是基于SDN、NFV和云计算技术的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。5G网络架构包括接入云、控制云和转发云三个域。接入云支持多种无线制式的接入，融合集中式和分布式两种无线接入网架构，适应各种类型的回传链路，实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。

物联网应用场景相关技术标准陆续冻结

（数据来源：3GPP）

3. MEC和SDN：创新技术为物联网商用落地保驾护航

移动边缘计算技术（MEC）是基于5G演进架构，将基站与互联网业务深度融合的一种技术。MEC被视为4.5G/5G的一个技术趋势，能够提供一个低时延、海量吞吐率、安全的可编程的弹性网络，满足移动互联网和物联网业务发展对移动网络的新要求。

MEC可以为在物联网应用场景提供以下支持：

• 业务实时性

• 高度可靠性

• 数据适配和聚合性

• 安全性

MEC系统架构

软件定义网络（SDN）的本质是控制和转发分离，控制和管理的集中化、智能化。在物联网领域引入SDN技术，可秉承其核心思想并根据物联网的特点进行功能扩展，实现IT和CT的统一管理，以满足物联网在海量设备管理、边缘计算资源管理和快速应用集成方面的要求。

SDN主要功能包括：

• 设备管理功能

• 边缘计算资源管理功能

• 数据订阅和分发功能

• 南北向集成功能

1. 海量机器连接场景——智慧城市

巨大的市场规模

• 2017年我国智慧城市IT投资规模将达到3752亿元，未来五年（2017-2021）年均复合增长率约为31.12%，2021年IT投资规模将达到12341亿元

• 5G技术设计之初就将海量机器连接作为三大典型应用场景之一，将连接数密度指标规定为100万/Km2，以支撑未来机器连接的大规模增长

（数据来源：智研咨询）

智慧城市的主要应用方向

•  智慧城市的主要应用多集中在公共事业领域，分为2B/2G和2C两大块

2B/2G主要指智慧水务、智慧燃气、智慧电网、智慧路灯、智慧交通、智慧排水、智慧环保监控等，物联网所起的作用是对城市基础设施的运行状态、公共资源的往来分布、自然环境的变化进行感知、采集和监控。

物联网设备在此领域所起的所用主要为三点：

1) 实时感知。如通过传感器对分布较广区域内的自然环境数据（气温、湿度、降雨量等）进行实时收集，为城市管理决策者提供依据

2) 城市基础设施、运维监控。如通过对城市电网、水务管网上的关键节点进行监控，排查故障点并自动保修，省去巡线检查的大量人力，并更易发现以往人工巡线难以发现的故障信息

3) 公共资源统筹管理。通过对城市电网、水网、能源网数据的长期收集，配合大数据、人工智能技术，预测资源使用高峰时段或高峰区域，提前统筹调配资源，达到资源合理分配、合理计价的效果

2C的部分主要指智慧仪表（智慧电表、智慧水表等）、智慧社区、智慧安防等，物联网所起的作用是信息的实时传递，省去了过去人工记录数据的麻烦，使得公共资源使用变得更加透明，提升用户友好性。如智慧水表的无线抄表功能，用户还可以通过App实时查看家中的用水量和水质。

智慧城市在国内应用案例

2. 高可靠低延迟场景——车联网

• 车联网发展的原动力是为了提升交通效率，节省资源，减少污染和降低安全事故发生率，综合改善交通管理。其中最主要的两点就是安全和高效：

安全是指车联网将降低交通事故发生率，减少交通拥堵并实现汽车能耗节能和降低污染排放。按照美国国家公路交通安全管理局的预测，搭载V2X技术的中轻型车辆能够避免80%的交通事故，重型车能够避免71%的事故

高效是指车联网与智能驾驶可使交通拥堵减少60%，使现有道路网的通行能力提高2~3倍。麦肯锡咨询公司调研发现，当无人驾驶汽车成为主流后，全球通勤者每天共可节省通勤时间10亿个小时

• 我们将自动驾驶分为四个发展阶段：驾驶辅助（DA，DriverAssistance），部分自动驾驶（PA，Partial Automation），有条件自动驾驶（CA，Conditional Automation）和高度/完全自动驾驶（HA/FA，High/FullAutomation）。每个发展阶段对于网络的时延、传输速率都有着不同的要求，实现的功能也不断演进

• 我国车联网市场在全球市场当中占据较大的比重，未来市场规模仍将保持高速增长。普华永道预计2016年智能网联汽车全球相关市场的总体销售额将高达403亿欧元，到2020年这一规模将高达1226亿欧元，相较于2016年增长204%，全球的联网车辆比例将达到75%。据普华永道的预测，我国车联网市场规模将在2020年达到361.3亿欧元（约合人民币2600亿），五年增长276%

车联网与智能驾驶技术与应用实例

有发展潜力的车联网技术：LTE-V2X

国际上比较成熟的V2X技术分为两大技术路线，一是基于IEEE802.11p的专用短程无线通信技术（DSRC），二是我国参与推动的基于LTE的V2X无线通信技术（LTE-V2X）。广域互联网化是车联网发展趋势，DSRC具有局限性。

• 技术指标层面，LTE-V指标优越，可靠性更高。LTE-V在传输速率、有效距离、防撞时延、支持车速等方面技术指标均领先于DSRC

• 应用层面，LTE-V应用范围更广。LTE-VCell更符合移动互联网特性，覆盖范围更广，同时Gbps的传输速率可以很好地满足车载影音娱乐需求

• 商业化层面，LTE-V好处在于能重复使用现有的蜂巢式基础建设与频谱，营运商不需布建专用的路侧设备（RSU）以及提供专用频谱。此外，5G具备高可靠性、低延时特性，车联网是其理想应用场景，而LTE-V可以实现向未来5G的平滑升级

• 政策层面，LTE-V具有自主产权，将获得政策面支持。国内华为、大唐主导LTE-V标准，因此LTE-V较DSRC在国内更具自主产权，未来在政策层面将获得更大力度的支持

DSRC与LTE-V技术指标比较

3. 高可靠低延迟场景——工业互联网

工业互联网体系

• 网络是工业互联网的基础

• 平台是工业互联网的核心

工业互联网平台可提供：

1) 工业数据管理能力，将数据科学与工业机理结合，帮助制造企业构建工业数据分析能力，实现数据价值挖掘

2) 把技术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件库，供开发者调用

3) 构建应用开发环境，借助微服务组件和工业应用开发工具，帮助用户快速构建定制化的工业APP

• 安全是工业互联网的保障

工业物联网市场规模

• 埃森哲报告显示，全球工业互联网市场规模在2012年就已达到200亿美元，预计2020年将超过5000亿美元，增长迅速

• 据GE预测，到2020年，连入工业互联网的机器将翻番，将达到500亿台。到2030年，预计工业互联网创造的经济收益将超过10万亿美元

• 我国工业互联网处于发展起步阶段，潜力巨大。据埃森哲预计，未来15年中国将在工业互联网领域受益约1.8万亿美元

（数据来源：埃森哲）

• 与传统的工业数据相比，工业互联网的实时性要求最高，特别是生产制造环节。工业大数据在核心的位置，囊括了很多环节，比如数据的采集、处理、建模、决策。数据来源于传感器、机器、企业经营数据等，通过网络互相衔接形成大的闭环。工业互联网数据对比分析如下：

工业互联网领域内部分公司的布局与发展

4. 高带宽物联网场景——虚拟现实

虚拟现实（VR）—— 高速带宽下的极致感官体验

• VR设备的基本构成如下：计算单元、显示设备、交互设备

计算单元是用来进行大规模运算，实时输出模拟环境的模拟信号包括视频音频或在其他交互设备的反馈信号。

显示设备来输出虚拟环境，目前的显示技术和计算能力还无法提供足够逼真的环境，晕眩感还是不能完全避免。

交互设备是用户实现与虚拟环境进行沟通的媒介，目前主要是通过视觉捕捉技术、体感技术、其他直接触摸的设备如手柄、摇杆等。

（数据来源：艾瑞咨询）

VR行业产业链

目前VR发展的困难：

• 平台标准没有统一，内容开发者收到制约

• 制作VR硬件的品牌比较分散，这就导致VR开发者要充分考虑如何将产品应用在不同的平台甚至是不同的平台搭建起来的VR硬件系统，为VR的开发者制造了很多不便，也很难制作出优质的软硬件结合的VR系统

• 目前来说，VR的性价比并不高，体验效果不理想再加上VR产品的价格相对高昂，会降低消费者对这种非刚需产品的购买意愿

（数据来源：iiMediaResearch）

国外虚拟现实实例

鉴于消费级VR在硬件和软件发展上的欠成熟，VR将首先在2B的领域爆发，帮助企业和政府创造价值。后续2C市场将逐步超过2B市场，成为VR消费的主战场

1. 中兴通讯：网络设备龙头，持续推进5G布局

•  推出“芯、网、云”战略，助力企业智能升级。中兴通讯推出“芯、网、云”战略，提供包括物联网芯片、物联网操作系统和开发套件在内的完整芯片子生态，加速终端厂商的创新和应用

•  公司发布于2017年底发布基于工业互联网架构（IoTPaaS）和大数据、AI、安全基础能力的ThingxCloud云，实现物联网的设备管理、连接管理以及应用使能管理，助力企业智能化升级

•  5G技术实力凸显，全球化布局成效显著。连续八年在全球PCT国际专利申请排名中位居前三，产品在5G测试中，连续刷新小区吞吐量、海量连接数和低时延等多项业界记录，率先推出5G关键技术（MassiveMIMO）和Pre-5G产品

2. 新天科技：物联网助智能表具旗舰扬帆远航

•  新天科技主要从事智慧水务、智慧燃气、智慧农业节水、智慧热力节能和基于物联网的智能计量仪表及系统平台的研发、生产、销售和服务，主要为供水公司、燃气公司、热力公司、水利部门等行业主管机构提供能源管理信息化和智能化解决方案。公司深入布局智慧水务、智慧农业节水、智慧燃气、智慧热力等智慧能源信息化领域

• 通过外延并购江苏远传，华立利源和万特电气，并购基金并购同飞科技、华奥通，完善公司产品结构，扩大公司产业布局，提升公司的核心竞争力

•  2017年三大运营商NB-IoT网络部署初步完成，行业应用大幕拉开。新天科技通过物联网并购基金收购华奥通，华奥通在低功耗广域网物联网应用领域具有领先的技术，使得公司在NB-IoT、LORA等物联网技术领域获得竞争优势。公司作为首批拿到NB-IoT技术样片的厂商，已与华为、阿里云、中兴、中国移动、中国联通、中国电信等多家通信企业进行技术合作，率先将NB-IoT技术应用于智能水表、智能燃气表

新天科技产品体系

3. 宜通世纪：物联网平台龙头企业

•  公司主营业务涵盖通信网络技术服务（通信网络工程服务、通信网络维护服务、通信网络优化服务）、通信网络设备销售、系统解决方案、健康产品生产、销售和服务等多个领域。公司紧抓物联网发展大潮，通过与Jasper合作，为中国联通提供物联网连接管理平台，为公司后续在物联网平台领域发展打下坚实基础

•  公司利用自身通信网络技术优势，围绕智慧运营持续布局。与新华社合作、参股西部天使，布局智慧医疗；收购曼陀信息、参股四川中时代，布局精准营销和大数据运营；收购天河鸿城布局物联网平台。公司战略方向选择符合大数据、万物互联的时代背景，围绕智慧生态体系的布局将继续推进

主要解决方案：

• 信令监测系统

• 供应链管理系统

• 全业务网络质量监测管理系统

• 蜂窝智能切换拨测系统系统

4. 纵行科技：立足差异化特色，推行技术标准ZETA

ZETA与其他主流LPWAN

推行自主产权的技术标准ZETA

核心技术优势：

• 开放性：可以采用通用芯片，打破上游芯片领域的垄断

• 兼容性：除支持ZETA终端，还可以通过该技术特有的Mote节点，接入LoRa，Zigbee等其他制式的终端

• 低功耗：高接收灵敏度，低发射功率，降低终端功耗，电池寿命5-10年

• 大范围、灵活部署：首个带网状网结构的LPWAN技术，实现即插即用部署，利用电池供电

• 频道管理能力：对频道进行有效管理，减少频道间的干扰

• 超低部署成本：部署成本不到NB-IoT或LoRa的1/5

产业联盟初具规模

• 已经完成对产品和模组在429MHz以及920MHz TELEC认证，可以在日本境内合法销售

• 纵行科技在日本有参股公司，负责日本市场的开拓和日本ZETA联盟的运营

• 2018年6月，ZETA联盟在日本成立，理事单位包括多家大企业，其中有：QTNET、ITA，以及Toppan

以建筑物联网为切入口，逐步拓展商业应用

建筑物联网：

• 利用传感器，通过LPWAN通信协议传输，机器学习/深度学习等分析算法，预测设备实施的故障和异常，降低楼宇运维成本，优化运维策略

• 80%的日常巡检工作可以交由仪器仪表、传感器设备完成

• 可以降低超过40%的人工成本

工业物联网、基础设施物联网应用场景：

• 工业用电机

• 野外作业机器

• 工业机器人

• 桥梁与高架

• 建筑结构

• 隧道

AIoT

基于终端采集的大量数据，基于不同场景，设计智能化的功能，并采用边缘计算的技术，在终端进行实时的响应和处理。

（资料来源：纵行科技官网和产品手册）