2020年物联网行业研究报告

【导语】从产业链来看，物联网产业链上游负责感知功能， 参与者主要有感知设备供应商、芯片供应商、通信模组供应商。中游负责传输，参与者 主要有互联网运营商、电信，广电网络运营商。物联网产业链下游包括中间件及应用供 应商、运营及服务提供商、系统集成商以及终端用户。报告综述：无线传输是物联网的主要信息传递方式，通信模组是物联网核心组件之一。无线传输主要分为三类连接方式：蜂窝通信技术、LPWA技术、局域 物联网。通信模组是将基带芯片、存储器、功能器件等集成在PCB上，并提供标准接口的功能模块。各类终端借助通信模组可实现通信功能。通信模组的功能是承载端到端、端到后台的服务器数据交互，是用户数据传输的通道。因此通信模组是物联网终端的核心组件之一。2G/3G退出势在必行，4G与LPWAN迎来良机。虽然2G/3G网络与4G网络具有很多相似的业务承载，然而2G/3G网络面对当前的社会发展，其效率明显不足。从功能和效率的角度考虑，4G完全可以替代2G/3G网络。其次，当前，2G/3G基站的单站收入已经不能抵消运维费用，成为运营商运营维护的负担。从降低整体运营成本的角度考虑，4G/5G相比于2G/3G是更好的选择。NB-IoT是物联网领域一个新兴的技术，支持低功 耗设备在广域网的蜂窝数据连接，属于低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT 自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应 用于多种垂直行业，随着2G和3G的退网，4G/NB-IoT模组的应用场景会 变得更加广阔。5G技术优势明显，入局车联网战场解决难题。自动驾驶（无人驾驶）是 汽车发展的理想状态，当前的技术水平难以实现自动驾驶。因此需要通 过车联网实现过渡。利用5G技术低时延、高可靠、高速率和大容量的能 力，车联网不仅可以帮助车辆间进行位置、速度、行驶方向和行驶意图 的沟通，更可以利用路边设施辅助车辆对环境进行感知，帮助V2X高效 运行，实现车和其他一切实体之间的信息交互，从而获取实时路况、道 路信息、行人信息等一系列交通信息，提高驾驶安全性和交通效率。一、万物互联，层层架构分工明确（略）蜂窝通信模组迎来市场扩大机遇无线传输是物联网的主要信息传递方式。无线传输主要分为三类连接方式：（1）蜂窝通 信技术，也即 2/3/4/5G 技术；（2）LPWA 技术（Low Power Wide Area，低功耗广域通 信技术），广义上也属于蜂窝通信技术，包括 NB-IOT（Cat-NB1）、LTE-M（eMTC，CatM1）、LoRa、Sigfox；（3）局域物联网（Short-range IOT），通常定义为 100 米以内， 包括 Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee。NB-IoT 和 LTE-M 本质上采用 4G 蜂窝技术。NB-IoT 和 LTE-M 的最初设计是使其在 LTE 系统内进行带内操作，并且可以共享 LTE 频谱。基于 NBIoT 和 LTE-M 的特性，NB-IoT 和 LTE-M 未来有望通过 5G 技术中进行带内操作或共存， 实现技术向前兼容。通信模组是将基带芯片、存储器、功能器件等集成在 PCB 上，并提供标准接口的功能模 块。各类终端借助通信模组可实现通信功能。通信模组的功能是承载端到端、端到后台 的服务器数据交互，是用户数据传输的通道。因此通信模组是物联网终端的核心组件之 一。蜂窝通信模组具有覆盖面积广，成本低，功耗小的特点，使其相比局域物联网具有更广 泛且灵活的应用空间。目前，蜂窝网络连接技术正处于新老交替的窗口期，一旦蜂窝通 信技术顺利完成更新换代，将会开拓一个更为广阔的市场。原因有两方面，一方面，2019 年 10 月 22 日，工信部信息通信发展司司长闻库明确表示，2G、3G 的退网是移动通信更 新换代的必然选择，也是当前国际主流国家的主要做法。目前，2G、3G 网络的传输效率 已经无法满足当前社会发展的需求，中国的移动通信网络 2G、3G 退网的条件已经逐渐 成熟。另一方面，随着 5G 技术的成熟和普及，推动基于 5G 技术的无线通信模组发展将 会成为趋势。截至 2020 年底，我国已经建立了超过 71 万个 5G 基站，5G 技术的商业化 普及势在必行。未来，不同类型的蜂窝网络连接技术将在物联网各个场景中各司其职， 基于 4G、NB-IoT 等技术的物联网技术将逐渐替代原有 2G/3G 物联网技术，并提供更大 带宽、更低时延、更深的覆盖；同时，基于 5G 的物联网技术将在大带宽、对时延要求极 为苛刻的高速率场景承担起更重要的角色。二、2G/3G 退出势在必行，4G 与 LPWAN 迎来良机2.1 2G/3G 退出势在必行首先 2G/3G 的退网势在必行。首先，2G/3G 相对于 4G 网络功能落后。虽然 2G/3G 网络与 4G 网络具有很多相似的业务承载，然而 2G/3G 网络面对当前的社会发展，其效率明显不 足。例如，一个 3G 基站只能同时支持 20M 左右的流量。4G 网络具有覆盖广、语音质量 优、上网速度快、承载用户多、接续时间短、耗电低等优势。从功能和效率的角度考虑， 4G 完全可以替代 2G/3G 网络。第二，2G/3G 网络运维成本较高。2G/3G 网络普遍存在通信体验质量下降、投诉增多等 情况，其原因在于 2G/3G 设备陈旧且故障率高、手机辐射大且功耗高，相关设备厂商停 止供应备品、备件造成维护困难。当前，2G/3G 基站的单站收入已经不能抵消运维费用， 成为运营商运营维护的负担。从降低整体运营成本的角度考虑，4G/5G 相比于 2G/3G 是 更好的选择。NB-IoT 是物联网领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，属于低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT 设备电池拥有至少 10 年的寿命，同时还能提供较为全面 的室内蜂窝数据连接覆盖。支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NBIoT 构建于蜂窝网络，只消耗大约 180kHz 的带宽，可直接部署于 LTE 网络（4G），以降 低部署成本、实现平滑升级。因为 NB-IoT 自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量 等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，随着 2G 和 3G 的退网，4G/NB-IoT 模组的 应用场景会变得更加广阔。其需求的增长主要出现在远程控制和智能抄表市场。2.2 技术迭代孵化新应用场景2.2.1 远程控制物联网远程控制终端是基于 LTE、NB-IoT 等物联网技术实现远程数据采集、状态监测， 图像监视，远程通信，设备控制，异常报警并对数据进行处理、存储、加密和传输的智 能终端设备。物联网远程控制终端实现了物物相联和人机互动，广泛应用于状态感知、 设施监测、数据交互、运行控制等各种物联网应用场景中。目前，远程控制被广泛应用 于农业，工业，畜牧业，采矿业等领域。物联网远程控制的作用包括三方面：（1）缓解劳动力不足的问题，（2）代替劳动者完 成部分强度大或危险性大的工作，保障人身安全，例如矿井监控，农作物浇灌等工作， （3）调试好的指令进行操作可以提升工作效率，降低劳动力成本。我们以远程控制在农 业中的具体应用作为例子进行分析。“十三五”期间，我国政府部门高度重视现代农业的发展，先后出台了农业科技发展 “十三五”规划、关于加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干 意见等政策文件，全力支持“十三五”期间我国农业的发展。物联网智慧大棚利用高精度传感器对温室大棚环境的各项指标（PH 值、降水量、空气温 湿度、土壤水分、土壤湿度、土壤盐分、植物营养指标以及植物生理生态等）进行监测 采集，然后通过 NB-IoT 网络上传云平台和手机 APP，用户可以通过蜂窝智慧云平台实现 对作物生长环境进行实时监测和预警，为科学生产种植提供数据依据；同时利用 4G 蜂 窝网络对温室大棚内部进行远程控制和系统自动化联动控制，大幅度提高农业生产效率， 提高产品质量和温室大棚的利用率；建立水肥一体化系统借助蜂窝智慧云平台能够实现 对大棚进行精细化施肥灌溉；在大棚安装高清摄像机实现对大棚进行实时监控，能够提 高管理人员的效率同时能够对大棚物资进行管理。通过物联网技术对农业大棚进行自动化，智能化改造，可以构建：（1） 环境监测系统：通过物联网连接传感器对大棚内部空气温湿度、二氧化碳溶度、 光照强度、土壤温湿度、土壤 EC 值、土壤酸碱度、土壤养分含量等进行实时采 集，并通过 NB-IOT 通信模组上传到蜂窝智慧云平台，用户可以通过手机端小程 序或 PC 端大数据平台进行实时查看，出现异常及时进行操作。（2） 设备管控系统：利用 NB-IOT 模组构建智能控制系统，将温室内部的风机、水帘、 遮阳电机、卷膜电机、卷被电机、加温电机、电磁阀门、水泵、水肥一体机等设备连接，用户终端通过 4G 蜂窝信号连接智慧云平台实现对这些设备的远程控制， 根据传感器采集参数变化与作物生长最佳参数对比实时调控或自动控制温控系 统、灌溉系统等。（3） 水肥一体化系统：建立水肥一体化设备配合大棚内部滴灌/喷灌管道，根据传感 器采集的土壤湿度、土壤 EC 值、土壤养分、空气湿度等参数，实现对作物的精 准施肥和灌溉，节约水肥，降低能源损耗。（4） 可视化管理系统：在大棚安装高清摄像机实现对农场进行监控，通过蜂窝智慧云 平台可以实现对农场的进行 24 小时在线监管，同时有利于管理人员是实现在办 公室就可以远程对现场的人员、物资、作物进行管理，提高管理效率。据华为技术数据显示，全球智慧农业有 1.5 亿的连接需求，由此带来的市场空间十分可 观。2020 年全年，物联网在农业领域的潜在市场规模将达到 268 亿美元，2015 至 2020 年复合增长率为 14.3%。其中美国的市场份额最大并且智慧农业起步较早，已经进入成 熟期，而亚太地区作为新兴的市场，将享受更高速的增长。据 BI intelligence 预测， 2020 全年我国农业物联网设备安装量将达到 7500 万个，5 年年复合增长率为 20.11%。根据华为数据显示，我国农业物联网等信息技术应用比例从 2015 年的 10.2%提升至 2020 年的 17%，农业生产实现信息化、智能化。2.2.2 智能抄表智能抄表是智能“水，电，气”网的智能终端，它依赖于 NB-IoT 技术，采用先进的能源 计量专用芯片，应用数字采样处理技术及 SMT 工艺，根据居民实际用量状况设计制造的 非传统意义上的能量表。所有智能抄表计量均安装计量装置和 NB-IOT 通信模块，采用 一对一的方式直接上传数据，无需集中器，一台抄表设备将计费+通信功能合二为一，在 施工、维护，成本上都有巨大优势。智能抄表系统将千家万户的用量与管理部门的电脑 网络中心联成一体，从根本上解决了目前用水、用电、用气管理的自动化程度低,中间环 节多,缴费不及时等问题。传统人工抄表的一系列难题最初是由GPRS远程抄表解决的。GPRS远程抄表不仅高效率， 更具安全性，客户交费更为方便快捷。然而，GPRS 通信基站客户容积较小，功能损耗高， 信号差，这对电池性能的型号选择和成本管理具有较大挑战。NB-IoT 则较好地解决了 GPRS 抄表方案所遭遇的难点。NB-IoT 在作用上继承了 GPRS。同时，相比 GPRS 通信技 术，NB-IOT 拥有 50-100 倍的上涨容积。这也就意味着，在同一通信基站覆盖面积下， NB-IoT 能提供 GPRS 无线通信的 50-100 倍的连接数。庞大的连接数有利于装表量较为聚 集的住宅小区使用。NB-IoT 的智能抄表系统软件的核心由含有 NB-IoT 控制模块的水电气表、通信基站、NBIoT 核心网、NB-IoT 管理服务平台、手机客户端互联网智能管理系统、集抄智能管理系 统等系统集成。水电气表将收集的使用量信息和本身情况信息上传至物联网技术云服务 平台。此外，水电