物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何去實(shí)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(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，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(guān)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(bào)系統(tǒng)配備了可使用多年的電池，可為房主提供長期保護(hù)。適用于人和寵物的可穿戴健身設(shè)備可以監(jiān)控活動(dòng)水平并提供有關(guān)心率和呼吸的反饋。盡管這些應(yīng)用程序有不同的用途，但它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：依賴于強(qiáng)連接性。

尋求連接解決方案的IoT利益相關(guān)者包括無線電和芯片組制造商，平臺供應(yīng)商，設(shè)備制造商，以及各個(gè)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(xiàng)中進(jìn)行選擇，這些選項(xiàng)具有不同的帶寬、范圍、成本、可靠性和網(wǎng)絡(luò)管理功能。這種多樣性，再加上不斷發(fā)展的技術(shù)需求，造成了一種窘境。 如果利益相關(guān)者將賭注押在一個(gè)連接選項(xiàng)上，而另一個(gè)則成為主流，那么他們的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，應(yīng)用程序和解決方案將很快過時(shí)。 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(luò)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(luò)和工業(yè)應(yīng)用都使用5G，但是由于開發(fā)和部署成本高昂，該技術(shù)至少要五年才能廣泛使用。 到2025年，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的年度經(jīng)濟(jì)收益預(yù)計(jì)將達(dá)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(shí)。

為了幫助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者確定最能滿足其當(dāng)前需求的連接性解決方案，我們分析了13個(gè)領(lǐng)域，包括汽車、制造業(yè)、建筑業(yè)和消費(fèi)者。在每個(gè)領(lǐng)域，我們關(guān)注可能的用例的連接性需求。然后，我們確定了每一個(gè)最相關(guān)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(wù)因素，以及強(qiáng)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(shí)，公司必須從四類解決方案中進(jìn)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(shù)中做出選擇，因?yàn)槊總€(gè)物聯(lián)網(wǎng)用例都對帶寬、范圍和其他連接功能提出了獨(dú)特的要求。LPWA選項(xiàng)也很難評估，因?yàn)樗鼈內(nèi)蕴幱诓渴鸬脑缙陔A段，在更大規(guī)模地實(shí)施之前，它們的全部潛力和缺點(diǎn)不會變得明顯。

無許可連接解決方案

這些解決方案并非獨(dú)家授權(quán)給特定公司，允許公眾在使用此技術(shù)的任何物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(luò)，而不是依賴移動(dòng)運(yùn)營商。不利的一面是，未經(jīng)許可的技術(shù)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铩Ｋ麄冞€面臨著遠(yuǎn)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(diǎn)。例如，Wi-Fi可能是最著名的無許可選項(xiàng)，其帶寬可達(dá)每秒1千兆字節(jié)。這比藍(lán)牙、Zigbee和Z-Wave的帶寬要高。

低功耗廣域連接

LPWA技術(shù)相對較新。顧名思義，它們具有兩個(gè)特征：

低功耗。假設(shè)它們每小時(shí)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(shè)備運(yùn)行數(shù)年。

廣域。這些技術(shù)提供從網(wǎng)關(guān)設(shè)備到終點(diǎn)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(shù)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(diǎn)。沒有其他技術(shù)能將這四個(gè)特征結(jié)合起來。例如，未經(jīng)許可的技術(shù)是不可靠的，而蜂窩技術(shù)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(luò)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(rèn)解決方案，但是其可用性正在迅速增長。 到2022年，我們預(yù)計(jì)大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序?qū)⑹褂肔PWA網(wǎng)絡(luò)，這將使連接選擇不那么困難。 （屆時(shí)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(shù)，包括Ingenu（以前稱為On-Ramp Wireless），Link Labs，LoRa，Sigfox和Weightless。第三代合作伙伴計(jì)劃（第三代合作伙伴計(jì)劃）是一家開發(fā)連接性準(zhǔn)則的組織，它也在努力標(biāo)準(zhǔn)化由許多或所有移動(dòng)設(shè)備，芯片組和模塊制造商支持的幾種非專有技術(shù)。其中包括窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT），這是最新的LPWA選項(xiàng)，是專門為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的。 其他非專有技術(shù)包括LTE機(jī)器類型的通信（用戶設(shè)備類別1、0和M），擴(kuò)展覆蓋的GSM（EC-GSM）和低吞吐量網(wǎng)絡(luò)。

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

蜂窩連接

目前的4G LTE技術(shù)提供高達(dá)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?。 不利的一面是，4G LTE技術(shù)的成本很高，一個(gè)模塊要花費(fèi)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(yīng)用，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，電池壽命應(yīng)長達(dá)數(shù)年。

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

地外連接

這種連接方式包括衛(wèi)星和其他微波技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)利益相關(guān)者通常只在蜂窩和光纖選項(xiàng)不可行的情況下使用它，因?yàn)樗某杀咀罡?。例如，國防部的組織可能會使用衛(wèi)星連接無人駕駛飛機(jī)。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(yīng)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(gè)行業(yè)中可能的用例來為每個(gè)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(yù)測性維護(hù)來減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間，以及使它們能夠更好地了解供應(yīng)鏈并消除瓶頸的解決方案。 這些服務(wù)或任何其他任務(wù)還沒有基于IoT的“殺手級應(yīng)用程序”，但隨著連接技術(shù)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(jià)值。

我們的研究表明，即使?jié)撛谟美嗤B通性要求也因行業(yè)而異。例如，預(yù)測性維護(hù)和運(yùn)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(luò)的意愿和能力也不同。

在確定了可能的用例和相關(guān)的需求之后，我們確定了在未來五年中每個(gè)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(shù)轉(zhuǎn)換為LPWA，因?yàn)樗梢愿玫貪M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(shè)到地表以下，并安裝頻繁的接入點(diǎn)以在其站點(diǎn)之一提供Wi-Fi連接。 （它不能使用其他連接技術(shù)，因?yàn)榉涓C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(shù)轉(zhuǎn)向LPWA。實(shí)際上，我們可以看到IoT與LPWA同步增長的情況，因?yàn)楦倪M(jìn)的連接性將同時(shí)增加使用中的IoT設(shè)備的數(shù)量和使用地點(diǎn)。

盡管LPWA越來越受歡迎，但蜂窩選項(xiàng)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(luò)，因?yàn)樗接芯W(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和維護(hù)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(shù)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(shù)的進(jìn)步并不是決定哪種連接解決方案成為主導(dǎo)的唯一力量。實(shí)際上，以下業(yè)務(wù)因素（包括物聯(lián)網(wǎng)利益相關(guān)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(shè)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(shè)備制造商最初都遵循按設(shè)備單位付費(fèi)的商業(yè)模式，在這種模式下，他們對售出的每臺設(shè)備收取一次費(fèi)用，并從長期維護(hù)合同中獲得大部分收入。這種模式無意間在希望使設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的客戶和從維修故障設(shè)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(shè)備即服務(wù)（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(shè)備購買和以后的維護(hù)成本，即使產(chǎn)品不需要維修，制造商也可以從中獲利。實(shí)際上，由于服務(wù)成本可能會降低其收入，因此他們會努力保持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。為了簡化DaaS模型，制造商需要連接解決方案，以允許他們遠(yuǎn)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?yàn)閃i-Fi等未經(jīng)許可的技術(shù)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(guān)費(fèi)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(chǔ)設(shè)施的解決方案。 例如，公司購買Wi-Fi模塊的費(fèi)用可能不到一美元，但他們可能需要購買多個(gè)接入點(diǎn)，安裝布線并進(jìn)行系統(tǒng)集成以實(shí)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?yàn)樗鼈兊南嚓P(guān)成本會更低。

即使是同一類別的連接技術(shù)也可能具有不同的關(guān)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(xiàng)。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?yàn)樗梢允褂矛F(xiàn)有的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)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?yàn)樗鼈兙哂兄С制涫褂玫膹?qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)。 例如，LoRa是一種有吸引力的LPWA選項(xiàng)，因?yàn)長oRA聯(lián)盟中已經(jīng)有數(shù)百個(gè)成員，并且這個(gè)數(shù)目正在增長。

商業(yè)準(zhǔn)備

一些新興的連接性解決方案尚未進(jìn)行大規(guī)模測試。比如NB-IOT，一種新的LPWA技術(shù)，可以通過現(xiàn)有的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施部署，并且具有非常低的功率需求。雖然這項(xiàng)技術(shù)正在試驗(yàn)中，但在商業(yè)上并沒有廣泛應(yīng)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(qiáng)有力的近期連接戰(zhàn)略的要素

在公司設(shè)計(jì)其物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略時(shí)，他們必須保持開放的態(tài)度，以適應(yīng)新的連接標(biāo)準(zhǔn)和客戶的喜好來簡化其方案計(jì)劃。 同樣，他們應(yīng)準(zhǔn)備研究新的業(yè)務(wù)模型，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)連接性的進(jìn)步可能會帶來一些令人驚訝的機(jī)會。

押注多種物聯(lián)網(wǎng)連接標(biāo)準(zhǔn)

多個(gè)組織正在嘗試建立IoT的連接標(biāo)準(zhǔn)，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟和贊助開放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的各個(gè)公司。 這些小組已經(jīng)成功地為其他技術(shù)領(lǐng)域的連通性設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)，但是他們的努力往往進(jìn)展緩慢，這可能會延緩增長。一些公司聯(lián)盟和單一的強(qiáng)勢參與者也試圖在標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)能夠統(tǒng)一和定義標(biāo)準(zhǔn)之前就制定事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。

其他技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)表明，最有可能成為主導(dǎo)的物聯(lián)網(wǎng)連接標(biāo)準(zhǔn)將為所有利益相關(guān)者提供明確的價(jià)值，例如降低成本或技術(shù)優(yōu)勢。他們還將得到一個(gè)或多個(gè)涵蓋大量產(chǎn)品的強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)中所有參與者的支持。最后，首選標(biāo)準(zhǔn)將允許快速推出和擴(kuò)展，以及易于采用。如果它們在合伙企業(yè)或多個(gè)團(tuán)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(guān)者對標(biāo)準(zhǔn)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(gè)將變得更流行。 因此，想要為IoT產(chǎn)品啟用即用型設(shè)備連接的平臺供應(yīng)商可能希望使其產(chǎn)品與這兩個(gè)版本兼容。盡管此策略確保設(shè)備可以通信，但它還會增加復(fù)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(lǐng)先的技術(shù)公司，感謝現(xiàn)有或正在開發(fā)的大量連接技術(shù)。復(fù)雜的解決方案很好地體現(xiàn)了創(chuàng)作者的技術(shù)實(shí)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(shí)必須專注于用例，而不是技術(shù)的復(fù)雜性。這意味著，即使可以使用更高級的選項(xiàng)（即使可以以較低的價(jià)格購買它們），也應(yīng)該首先選擇滿足設(shè)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(shè)備。移動(dòng)虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（MVNOs）是目前唯一提供此功能的運(yùn)營商。 這些運(yùn)營商從在各個(gè)位置（理想情況下在每個(gè)主要國家/地區(qū)）擁有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的其他公司租用無線容量。 然后，他們將其能力轉(zhuǎn)售給設(shè)備制造商等物聯(lián)網(wǎng)利益相關(guān)者。 但是，MVNO不一定會成為物聯(lián)網(wǎng)連接的領(lǐng)導(dǎo)者，因?yàn)樗鼈儾粫浐媳仨毷褂猛粦?yīng)用程序的公司之間的鴻溝。 例如，如果一家運(yùn)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(yùn)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(lǐng)導(dǎo)者。

物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是復(fù)雜的，設(shè)備和應(yīng)用程序需要多個(gè)供應(yīng)商的合作。 同樣，提供端到端的物聯(lián)網(wǎng)連接可能會很復(fù)雜，因?yàn)樗枰鄠€(gè)供應(yīng)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(lǐng)導(dǎo)者。