物聯(lián)網(wǎng)技術如何去實現(xiàn)互聯(lián)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是通過互聯(lián)網(wǎng)通信連接的智能設備的網(wǎng)絡，它正在改變我們的生活和工作方式。在農(nóng)場，無線物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以將有關土壤水分和養(yǎng)分的信息傳輸給全國的農(nóng)業(yè)專家。物聯(lián)網(wǎng)警報系統(tǒng)配備了可使用多年的電池，可為房主提供長期保護。適用于人和寵物的可穿戴健身設備可以監(jiān)控活動水平并提供有關心率和呼吸的反饋。盡管這些應用程序有不同的用途，但它們都有一個共同的特點：依賴于強連接性。

尋求連接解決方案的IoT利益相關者包括無線電和芯片組制造商，平臺供應商，設備制造商，以及各個行業(yè)中購買IoT支持產(chǎn)品以供自用或向公眾出售的公司。 這些公司現(xiàn)在可以從30多種不同的連接選項中進行選擇，這些選項具有不同的帶寬、范圍、成本、可靠性和網(wǎng)絡管理功能。這種多樣性，再加上不斷發(fā)展的技術需求，造成了一種窘境。 如果利益相關者將賭注押在一個連接選項上，而另一個則成為主流，那么他們的物聯(lián)網(wǎng)設備，應用程序和解決方案將很快過時。 如果他們不能看到連通性格局如何演變，他們可能會落后于更具侵略性的競爭對手。

蜂窩5G網(wǎng)絡最終可能成為IoT連接的通用解決方案。 盡管現(xiàn)在一些全球電信網(wǎng)絡和工業(yè)應用都使用5G，但是由于開發(fā)和部署成本高昂，該技術至少要五年才能廣泛使用。 到2025年，與物聯(lián)網(wǎng)相關的年度經(jīng)濟收益預計將達到3.9萬億至11.1萬億美元，公司不能將物聯(lián)網(wǎng)投資推遲到5G到來之時。

為了幫助企業(yè)領導者確定最能滿足其當前需求的連接性解決方案，我們分析了13個領域，包括汽車、制造業(yè)、建筑業(yè)和消費者。在每個領域，我們關注可能的用例的連接性需求。然后，我們確定了每一個最相關的連接解決方案。此外，我們還研究了可能影響連接性格局演變的業(yè)務因素，以及強大連接性戰(zhàn)略的要素。

各種各樣的連接產(chǎn)品

在考慮物聯(lián)網(wǎng)連接的選擇時，公司必須從四類解決方案中進行選擇：無許可、低功耗、廣域（LPWA）、蜂窩式和衛(wèi)星通信。公司可能會發(fā)現(xiàn)很難在這些技術中做出選擇，因為每個物聯(lián)網(wǎng)用例都對帶寬、范圍和其他連接功能提出了獨特的要求。LPWA選項也很難評估，因為它們?nèi)蕴幱诓渴鸬脑缙陔A段，在更大規(guī)模地實施之前，它們的全部潛力和缺點不會變得明顯。

無許可連接解決方案

這些解決方案并非獨家授權給特定公司，允許公眾在使用此技術的任何物聯(lián)網(wǎng)設備上訪問它們。未經(jīng)許可的解決方案相對便宜，允許企業(yè)管理自己的網(wǎng)絡，而不是依賴移動運營商。不利的一面是，未經(jīng)許可的技術容易受到電氣或環(huán)境障礙物的干擾，例如大量可能干擾信號傳輸?shù)慕ㄖ?。他們還面臨著遠距離（超過100米）連接的困難。公司對于無許可連接有多種選擇，所有這些都有不同的特點。例如，Wi-Fi可能是最著名的無許可選項，其帶寬可達每秒1千兆字節(jié)。這比藍牙、Zigbee和Z-Wave的帶寬要高。

低功耗廣域連接

LPWA技術相對較新。顧名思義，它們具有兩個特征：

低功耗。假設它們每小時收集和分析數(shù)據(jù)，并考慮電池自放電和退化的典型影響，它們可以讓設備運行數(shù)年。

廣域。這些技術提供從網(wǎng)關設備到終點至少500米的信號范圍。在具有挑戰(zhàn)性的部署環(huán)境（如城市或地下位置）中，覆蓋率最低。

LPWA技術除了提供較長的電池壽命和廣泛的使用范圍外，還具有可靠且成本低廉的特點。沒有其他技術能將這四個特征結合起來。例如，未經(jīng)許可的技術是不可靠的，而蜂窩技術是昂貴的，并且一次充電無法提供多年的電力。因此，LPWA滿足了物聯(lián)網(wǎng)連接中未滿足的需求。

LPWA網(wǎng)絡目前覆蓋全球人口的20％，因此它們無法在未來五年內(nèi)成為默認解決方案，但是其可用性正在迅速增長。 到2022年，我們預計大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應用程序將使用LPWA網(wǎng)絡，這將使連接選擇不那么困難。 （屆時5G仍將無法廣泛使用）。

一些公司已經(jīng)開發(fā)了專有的LPWA技術，包括Ingenu（以前稱為On-Ramp Wireless），Link Labs，LoRa，Sigfox和Weightless。第三代合作伙伴計劃（第三代合作伙伴計劃）是一家開發(fā)連接性準則的組織，它也在努力標準化由許多或所有移動設備，芯片組和模塊制造商支持的幾種非專有技術。其中包括窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT），這是最新的LPWA選項，是專門為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的。 其他非專有技術包括LTE機器類型的通信（用戶設備類別1、0和M），擴展覆蓋的GSM（EC-GSM）和低吞吐量網(wǎng)絡。

每種LPWA技術都有不同的優(yōu)勢和實現(xiàn)要求。例如，Sigfox管理自己的網(wǎng)絡，而LoRa得到400多個合作伙伴的支持。NB-IoT依靠現(xiàn)有的蜂窩基礎設施來進行小型試驗。當NB-IoT變得更廣泛可用并應用于更大規(guī)模的計劃時，情況也將如此。 由于LPWA市場仍處于早期階段，因此很難預測哪種LPWA解決方案將成為贏家。

蜂窩連接

目前的4G LTE技術提供高達每秒100兆字節(jié)的高帶寬和超過10公里的大范圍傳輸?？煽啃院涂捎眯砸埠芎谩?不利的一面是，4G LTE技術的成本很高，一個模塊要花費數(shù)美元甚至更多，而Wi-Fi則要不到1美元。蜂窩連接還具有較高的功耗要求，這使得它不太適合物聯(lián)網(wǎng)應用，在物聯(lián)網(wǎng)應用中，電池壽命應長達數(shù)年。

公司可以在公共或私有網(wǎng)絡上部署4G LTE連接。公用網(wǎng)絡使用與移動電話相同的連接基礎設施，而專用網(wǎng)絡則通過將未使用的頻率從移動運營商處許可給企業(yè)擁有的基礎設施，將設備隔離到單獨的系統(tǒng)中。我們分析中的一些公司管理私有網(wǎng)絡，但大多數(shù)公司缺乏必要的能力和預算。

地外連接

這種連接方式包括衛(wèi)星和其他微波技術。物聯(lián)網(wǎng)利益相關者通常只在蜂窩和光纖選項不可行的情況下使用它，因為它的成本最高。例如，國防部的組織可能會使用衛(wèi)星連接無人駕駛飛機。地外連接具有低到中帶寬、高范圍和中到高可靠性和可用性。只有少數(shù)行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應用依賴地外連接。

跨行業(yè)的連通性要求

盡管沒有完美的連接解決方案，但我們能夠通過確定每個行業(yè)中可能的用例來為每個行業(yè)確定最合適的選擇。 其中許多涉及降低成本和提高生產(chǎn)率。 例如，許多行業(yè)的公司都重視物聯(lián)網(wǎng)解決方案，這些解決方案通過提供預測性維護來減少機器停機時間，以及使它們能夠更好地了解供應鏈并消除瓶頸的解決方案。 這些服務或任何其他任務還沒有基于IoT的“殺手級應用程序”，但隨著連接技術的發(fā)展，在未來幾年內(nèi)可能會出現(xiàn)。 這可能會增加物聯(lián)網(wǎng)的容量和價值。

我們的研究表明，即使?jié)撛谟美嗤?，連通性要求也因行業(yè)而異。例如，預測性維護和運營優(yōu)化是制造、采礦、建筑以及石油和天然氣的潛在物聯(lián)網(wǎng)用例。但是，范圍和可靠性要求因行業(yè)而異，管理網(wǎng)絡的意愿和能力也不同。

在確定了可能的用例和相關的需求之后，我們確定了在未來五年中每個行業(yè)中可能會受到青睞的連接解決方案。我們相信，隨著更廣泛的可用性，許多公司將從無許可技術轉換為LPWA，因為它可以更好地滿足他們的連接要求?？紤]采礦行業(yè)，該行業(yè)中的一家公司必須將電纜鋪設到地表以下，并安裝頻繁的接入點以在其站點之一提供Wi-Fi連接。 （它不能使用其他連接技術，因為蜂窩和地面解決方案無法在地球表面以下傳輸信號。）LPWA可以更輕松地穿透墻壁和其他障礙，一旦在其所在地區(qū)商業(yè)化，LPWA就可能成為該公司的首選連接解決方案。農(nóng)業(yè)和制造業(yè)等許多其他行業(yè)的公司也可能從無許可技術轉向LPWA。實際上，我們可以看到IoT與LPWA同步增長的情況，因為改進的連接性將同時增加使用中的IoT設備的數(shù)量和使用地點。

盡管LPWA越來越受歡迎，但蜂窩選項仍將為眾多行業(yè)的用例提供連通性。 最高的蜂窩需求將涉及公共LTE網(wǎng)絡，因為私有網(wǎng)絡的構建和維護成本很高。

衛(wèi)星和其他地外通信解決方案將繼續(xù)發(fā)揮利基作用，僅在蜂窩或光纖技術不可行的情況下提供連接。

商業(yè)因素將有助于確定哪種連接解決方案獲得最大的吸引力

我們的分析表明，技術的進步并不是決定哪種連接解決方案成為主導的唯一力量。實際上，以下業(yè)務因素（包括物聯(lián)網(wǎng)利益相關者無法控制的因素）可能起著同等重要的作用。

改變工業(yè)設備制造商的商業(yè)模式

大多數(shù)創(chuàng)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的設備制造商最初都遵循按設備單位付費的商業(yè)模式，在這種模式下，他們對售出的每臺設備收取一次費用，并從長期維護合同中獲得大部分收入。這種模式無意間在希望使設備連續(xù)運行的客戶和從維修故障設備中獲利的制造商之間造成了利益沖突。但是這種沖突可能很快就會停止。制造商現(xiàn)在正在過渡到設備即服務（DaaS）模式，在該模式下，他們向客戶出售其產(chǎn)品的訂閱。訂閱涵蓋了最初的設備購買和以后的維護成本，即使產(chǎn)品不需要維修，制造商也可以從中獲利。實際上，由于服務成本可能會降低其收入，因此他們會努力保持設備運轉。為了簡化DaaS模型，制造商需要連接解決方案，以允許他們遠程連接，監(jiān)視和執(zhí)行更新。LPWA解決方案最能滿足他們的需求，因為Wi-Fi等未經(jīng)許可的技術無法在帶有大量電氣和環(huán)境干擾的嘈雜環(huán)境中正常工作，包括制造工廠中的環(huán)境。

相關費用

盡管物聯(lián)網(wǎng)連接芯片組可能相對便宜，但公司可能需要額外的成本才能啟用解決方案，包括用于模塊、改裝和基礎設施的解決方案。 例如，公司購買Wi-Fi模塊的費用可能不到一美元，但他們可能需要購買多個接入點，安裝布線并進行系統(tǒng)集成以實現(xiàn)連接性，而這一切都是昂貴的工作。 如果在這種情況下可以選擇LPWA，則公司可能會青睞它，因為它們的相關成本會更低。

即使是同一類別的連接技術也可能具有不同的關聯(lián)成本，這可能決定公司選擇哪種解決方案。例如，考慮各種LPWA選項。雖然公司必須建造通訊塔并購買模塊以部署Sigfox連接，但是NB-IoT只需要購買模塊，因為它可以使用現(xiàn)有的蜂窩基礎設施。

支持生態(tài)系統(tǒng)

一些物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案更易于部署，因為它們具有支持其使用的強大生態(tài)系統(tǒng)。 例如，LoRa是一種有吸引力的LPWA選項，因為LoRA聯(lián)盟中已經(jīng)有數(shù)百個成員，并且這個數(shù)目正在增長。

商業(yè)準備

一些新興的連接性解決方案尚未進行大規(guī)模測試。比如NB-IOT，一種新的LPWA技術，可以通過現(xiàn)有的蜂窩基礎設施部署，并且具有非常低的功率需求。雖然這項技術正在試驗中，但在商業(yè)上并沒有廣泛應用。因此，與其他LPWA解決方案（如LoRa和Sigfox）相比，它可能處于劣勢，這些解決方案已經(jīng)上市幾年，現(xiàn)在已成為不斷增長的生態(tài)系統(tǒng)的一部分。

強有力的近期連接戰(zhàn)略的要素

在公司設計其物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略時，他們必須保持開放的態(tài)度，以適應新的連接標準和客戶的喜好來簡化其方案計劃。 同樣，他們應準備研究新的業(yè)務模型，因為物聯(lián)網(wǎng)連接性的進步可能會帶來一些令人驚訝的機會。

押注多種物聯(lián)網(wǎng)連接標準

多個組織正在嘗試建立IoT的連接標準，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟和贊助開放標準計劃的各個公司。 這些小組已經(jīng)成功地為其他技術領域的連通性設定了標準，但是他們的努力往往進展緩慢，這可能會延緩增長。一些公司聯(lián)盟和單一的強勢參與者也試圖在標準制定機構能夠統(tǒng)一和定義標準之前就制定事實上的標準。

其他技術的經(jīng)驗表明，最有可能成為主導的物聯(lián)網(wǎng)連接標準將為所有利益相關者提供明確的價值，例如降低成本或技術優(yōu)勢。他們還將得到一個或多個涵蓋大量產(chǎn)品的強大生態(tài)系統(tǒng)中所有參與者的支持。最后，首選標準將允許快速推出和擴展，以及易于采用。如果它們在合伙企業(yè)或多個團體的支持下，則更有可能發(fā)生這種情況。

在物聯(lián)網(wǎng)利益相關者對標準更加確定之前，他們必須保持靈活性。例如，愛立信和華為正在推出不同版本的NB-IoT，但尚不清楚哪個將變得更流行。 因此，想要為IoT產(chǎn)品啟用即用型設備連接的平臺供應商可能希望使其產(chǎn)品與這兩個版本兼容。盡管此策略確保設備可以通信，但它還會增加復雜性并可能增加產(chǎn)品成本。

專注于簡單

我們擁有優(yōu)秀的工程師和領先的技術公司，感謝現(xiàn)有或正在開發(fā)的大量連接技術。復雜的解決方案很好地體現(xiàn)了創(chuàng)作者的技術實力，它們可能最適合許多產(chǎn)品。 但是，在物聯(lián)網(wǎng)中，公司在選擇連接解決方案時必須專注于用例，而不是技術的復雜性。這意味著，即使可以使用更高級的選項（即使可以以較低的價格購買它們），也應該首先選擇滿足設備功能基本要求的連接解決方案。

探索新的商業(yè)模式

物聯(lián)網(wǎng)的最大需求之一是無處不在的連接性。無論位置如何，都可以連接到任何設備。移動虛擬網(wǎng)絡運營商（MVNOs）是目前唯一提供此功能的運營商。 這些運營商從在各個位置（理想情況下在每個主要國家/地區(qū)）擁有蜂窩網(wǎng)絡的其他公司租用無線容量。 然后，他們將其能力轉售給設備制造商等物聯(lián)網(wǎng)利益相關者。 但是，MVNO不一定會成為物聯(lián)網(wǎng)連接的領導者，因為它們不會彌合必須使用同一應用程序的公司之間的鴻溝。 例如，如果一家運輸公司正在將箱子卸貨到卡車上，則需要將其數(shù)據(jù)移交給卡車公司，然后再交給箱子最終將運到的工廠。 開發(fā)連接解決方案以彌合這些差距的公司可能會成為物聯(lián)網(wǎng)的領導者。

物聯(lián)網(wǎng)本質上是復雜的，設備和應用程序需要多個供應商的合作。 同樣，提供端到端的物聯(lián)網(wǎng)連接可能會很復雜，因為它需要多個供應商，并且公司可能會發(fā)現(xiàn)他們需要針對其潛在用例的不同解決方案。 贏家公司將盡力解決目前的困惑，并建立連接解決方案，即使不確定性依然存在，它們也將成為物聯(lián)網(wǎng)的領導者。