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不可错过!2022年物联网通信技术的六大风向

木马童年 2021-12-15 16:45 44 0

物联网智库 原创转载请注明来源和出处导读12月9日,物联网智库联合挚物AIoT产业研究院在深圳盛大举办了“智微见著·踏物寻机 2021中国AIoT产业年会”。本次大会共设有一个主论坛+两个分会场,同期设置会中展,共吸 ...

物联网智库 原创

转载请注明来源和出处

导读

12月9日,物联网智库联合挚物AIoT产业研究院在深圳盛大举办了“智微见著·踏物寻机 2021中国AIoT产业年会”。本次大会共设有一个主论坛+两个分会场,同期设置会中展,共吸引近1000名线下参会者和20万+线上参会者。在下午的【“智联未来·赋能百业”之AIoT通信技术专场】上,物联网智库主编王苏静发表了题为《2022年物联网通信技术六大风向》的主题演讲,以下为其演讲内容全文:

尊敬的各位领导、各位来宾,大家下午好!我这次的演讲主题是《2022年物联网通信技术的六大风向》。 说起技术两个字,我们媒体平台的读者们往往期待看到一些酷炫又高大上的东西,恨不得明年就能全面进入元宇宙时代。但实际上,技术的迭代往往和消费者想象的方向不一样,总是以应用为导向的。

前一阵,我们和曾经担任过工信部通信发展司司长的闻库老师聊了聊,在我问到他技术迭代的相关问题时,他举了这么一个例子。 他说他在北京骑共享单车的时候,骑完还得手动把那个机械锁锁上,非常麻烦,但是来深圳的时候,发现深圳街头出现了一种共享单车,没有物理的机械锁,你骑完手机点一下走人就行了。 他对此感慨说,“技术不是朝着高大上的方向迭代,而是应朝着便宜好用的方向迭代。这才是真正的迭代,有用的迭代。” 所以,就让我们在便宜、好用的基础上,来看看未来1年,甚至未来2-3年,物联网通信技术领域有哪些风向值得关注。 风向一 无源物联网“百家争鸣”

第一个想跟大家分享的趋势是无源物联网。 大家知道,过去数年间,以NB-IoT、LoRa为代表的低功耗广域网络(LPWAN)技术作为物联网通信圈的“网红”,取得了堪称“奇迹”的发展成果。截至目前,NB-IoT和 LoRa的全球节点数都已经超过2亿,而且被广泛应用于大量行业。

之所以能够实现如此快的增速,一个核心原因是LPWAN技术满足了分布广泛的数十亿物联网终端和传感器对电池供电的严苛要求。 我们可以很容易的想到,城市里的垃圾桶,大楼里的烟雾报警器,地下深处的水表等设备,日常并不需要发送大量数据,传统的3G/4G技术对这些用例来说完全是“杀鸡用了宰牛刀”。但在这些地方想给设备换电池却是非常麻烦的,因此其终端功耗必须做到非常之低。

然而,即使LPWAN已经可以做到让一块水表10年不用更换电池了,但对于那些更广泛的物联网应用场景来说,依然不够看。 举个最简单的例子,我们有可能给所有的快递包裹和服装鞋帽都安装NB-IoT模组用来实现追踪么?答案显然是不可能。在这种背景下,无源物联网技术应运而生。

无源物联网,顾名思义,就是不接外部电源、不带电池。当然,所谓“无源”,并不是不用电,而是换了一种获取能量的方式。

回顾历史,其实,无源物联网是从目前大量使用并成熟的RFID标签中得出的启发。我们知道,无源RFID的原理是标签进入磁场后,通过感应电流所获得的能量发送数据。在过去十多年时间中,RFID技术得到大范围普及,在零售、医疗、物流、制造等行业广泛使用,每年可新增百亿级连接。 当然,RFID本身有一些局限性,例如传输距离短、对专用读写器的高度依赖等,物联网应用场景的想象受限。

于是,更多的企业开始研发基于蓝牙、Wi-Fi、LoRa,甚至5G的无源物联网技术。我们判断,无源物联网市场正处于“百家争鸣”阶段。 创建无源物联网解决方案需要克服许多技术难点,但无论企业通过什么样的方式实现无需电池的目标,其中一个最基本的要求就是“通过任何来源所获得的能量必须超过设备运行本身所需的功耗”。 所以现在做无源物联网解决方案的厂商主要有两个努力的方向,一个是尽量降低芯片和模组的能耗,另一个就是增加能量的获取,下面这张图我们汇总了不同技术特点以及投身于该领域的厂商:

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在降低芯片和模组的能耗方面,比如我们最近专访的一家企业,在现有蓝牙低功耗技术的基础上,又通过技术和解决方案将其功耗降低至原来的1/3-1/5,号称全球最低。 在增加能量的获取方面, 我们了解到一家企业,其开发了一种微能管理模块,使得未来用户开发无源产品能像选电池一样简单。 一句话总结一下,为什么我们觉得无源物联网值得关注?正是因为它是助推物联网连接数从百亿迈向千亿级的关键。 风向二 卫星物联网迎来整合时代

看完了地下,我们再来看看天上。万物互联、万物互联,如果万事万物不能连接上网,那么物联网甚至智联网的美好愿景都是空谈。 生活在城市中的大家,可能已经习惯了随时随地都能上网,都有信号,但其实,在我国幅员辽阔的疆域里,还有大片的山区、草原、高原、戈壁、沙漠、海洋是网络覆盖的盲区。如果算上海洋面积,中国还有超过60%的国土没有移动通信信号覆盖。 但站在另一个角度来看,这其实也为卫星通信技术的发展留出了广阔的市场机会。尤其是随着物联网设备的连接量快速增长,这个原本不起眼的市场已经引起了各种传统卫星通信服务企业的关注。大家可以看这几组数据:

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面对巨大的市场增量,众多创新型企业积极入局。

目前,全球提供卫星物联网服务的企业已经有近百家,意在推出低轨物联网小卫星星座,为全球用户提供物联网服务。 那么,市场需求一直都存在,为什么会在这样一个时间节点上,市场上能够一下子涌现出这么多玩家呢?发射卫星成本的降低是关键,我们可以从两个角度来看: 第一,是高度集成化的硬件,使得卫星的尺寸更小、费用更低、功能更强大。放在十几年前,我们很难想象卫星竟然可以在流水线上跟“下饺子”似的一颗接一颗地下线。

第二,发射技术的演进同样功不可没,比如马斯克的SpaceX“猎鹰9号”火箭已经可以做到一箭九飞九回收了。从可回收火箭,到3D打印的发动机,发射成本不断降低,使得卫星物联网服务在价格上具备一定的竞争力。

然而,这么多玩家涌入也带来了一个很明显的问题,那就是“僧多粥少”。众所周知,针对物联网连接的运营,连接规模是最基本的门槛,没有连接规模其他都无从谈起。虽然卫星物联网连接单个ARPU值高于地面连接,但其数量远远低于地面连接,也就数百万到1000多万的量级。于是,卫星物联网市场走向整合成为了大势所趋。

整合其实已经在发生了,我们来看今年以来发生的几件大事:

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未来,我们或许会见证卫星物联网超级巨头的诞生。 风向三 5G R17标准多项演进方向值得关注

我们知道,5G R17标准即将在明年年中冻结,新标准中有多项潜在的演进方向值得关注。其中,5G RedCap无疑受到的关注度最高。 RedCap,全名是Reduced Capability,中文意思是“降低能力”。如果你对RedCap这个名字觉得比较陌生,那它此前的名字你或许听说过,就是NR light(NR lite),lite有弱化的、简化的意思,所以它就是指轻量级5G。

你可能会问,为什么我们需要5G RedCap? 首先,从5G覆盖的业务场景来看: 5G定义了三大场景,eMBB主要针对大带宽应用,uRLLC主要针对高可靠超低时延应用,而mMTC主要针对低速率、大连接的物联网应用。看似很全面,但其实这三者之间还存在一块需求的空白。 哪些需求不能被覆盖呢?举几个例子:

工业无线传感网:包括通信服务可靠性为99.99%,端到端时延小于100毫秒,参考带宽速率小于2 Mbps,并且设备大部分是静止的,电池至少能用几年。当然,对于安全类相关传感器,延迟要求达到5-10毫秒。

智慧城市视频监控:一些性价比较高的视频场景要求的带宽为2-4Mbps,时延小于500毫秒,可靠性在99%-99.9%之间;高一级的视频则需要7.5-25 Mbps的带宽。当然,此类场景的业务模式以上行传输为主。

可穿戴设备:智能可穿戴应用的参考带宽为下行5-50Mbps,上行为2-5Mbps,峰值速率下行最高150Mbps、上行最高50Mbps,设备的电池应能使用数天(最多1-2周)。

很明显,这些用例的要求高于NB-IoT,但低于uRLCC和eMBB。

当然,这些用例现在大多是靠4G LTE Cat.4及以上来cover,但从长远的角度来看,4G LTE迟早也退出历史舞台,5G RedCap正是在为此做未雨绸缪的准备。 接着,我们从5G应用的规模化来看。

成本问题是5G乃至整个AIoT产业规模化的主要障碍。举个现实生活中的例子。比如有的人可能被种草买过和面机,但如果不是来自特别爱吃面食的大省的话,这玩意儿往往在用几次之后就被扔在旮旯里吃灰了。大食堂的和面机因为天天要用,使用频率很高,所以是划算的。但是到了家庭场景,一个礼拜吃一次馒头,一个月吃一次面条,买个和面机不容易洗还占地,就不划算了。

5G和物联网的应用也是同样的道理,成本上划算是应用规模化的前提。5G和物联网要普及,就得把终端价格水平降下来。 如今的5G模组价格在大几百甚至上千元,很多应用场景根本就用不起,那我把你里面一些不必要的功能去掉,然后你卖我便宜点儿不就解决问题了?所以,Redcap不是一个新东西,它是一个对现有东西的裁减。 根据预测,RedCap的模组价格未来将会控制在100-200元(人民币)之间。

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总结一下:

4G时代减掉功能是cat.15G时代减掉功能是reacap 未来,还会出现更多类似的技术,敢于删掉没用的功能,便宜、简单,让大家都觉得好用。 当然,除了RedCap,R17还有许多值得关注的方向,因为时间的关系不在此赘述,大家感兴趣可以自己去了解,比如:

NB-IoT和eMTC增强

IIoT和URLLC增强

定位增强

非授权频谱NR增强

风向四 5G 2C迎来新突破

接下来的话题还是5G 。

面向5G,业界有一个著名的比喻,相比4G高带宽的网络像一把吹毛可断、削铁如泥的利刃,5G则更像一把灵活多变、功能十全的瑞士军刀。 无论是需要大带宽的VR/AR应用,还是低时延的自动驾驶应用,亦或是大连接的水气表抄表应用,5G网络都能因地制宜地提供差异化的解决方案。

5G为啥这么全能?为啥能用一张网就满足千行百业不同业务类型的需求?这离不开“网络切片”这项秘密武器。 如果我们把5G网络比作一条很宽的公路,那切片就类似于在这条公路上划分出不同的道路(这相当于切分网络资源),每条道路上都有自己专属的用途(这相当于切片规则),承载不同的独有适合的交通工具(也就是不同的业务需求),比如在自行车道上可以骑自行车,在公交专用道上可以跑公交车,在慢车道上可以跑低速行驶的小汽车等等,这样就能最高效地发挥这条道路的交通属性。 当然,这个例子仅显示了在物理层面上的划分,实际中5G网络切片则可以发挥网络功能虚拟化、软件定义网络等技术,理论上可以划分出更多虚拟网络。

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此前,关于5G 2B端的切片其实业界已经做了大量的探讨和实践,但是2C端的切片却往往被忽视了。 最近一年多来,5G 2C领域其实迎来了两次非常大的突破:一个是去年11月,展锐5G芯片的终端切片方案得到验证;另一个就是最新发布的安卓12操作系统开始支持5G网络切片了。 相比于2B模式,5G 2C的网络切片将带来哪些颠覆性改变呢?我们觉得主要体现在以下四个方面:

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第一,让普通公众真正感受到5G时代的到来。

虽然现在5G手机终端连接数马上就要5个亿了,5个亿是什么概念?可能每3个人中就有一个人拿着5G手机。然而,在我们和很多人交流后发现,除了速度快,大多数老百姓还没有一种“哦,我已经进入5G时代了”的切实感觉。 这是因为当前5G智能手机的功能还不完善。若5G手机支持切片功能,使用5G手机的用户就可以通过订购切片,享受专属的带宽、安全性、时延的网络服务,那大家就能真实理解到为什么5G相比4G是革命性的跨越了。

第二,催生更多移动互联网业务和场景创新。 我们知道,4G网络催生了大量移动互联网APP应用的创新,比如打车、外卖、支付等等,改变了人们的衣食住行。 如果5G网络切片在手机端真正成熟,那我们就可以享受到许多颠覆性的体验。比如,你是个狂热的游戏玩家,最讨厌游戏卡顿,那么你就可以购买低延时的网络切片;比如,你的日常工作就是做直播或者剪视频,那么你就可以购买大带宽的网络切片… 那么这些领域的企业可以充分借助网络切片的优势,开发体验更佳、形式更多、内容更丰富的业务和场景,形成5G时代新的移动互联网业态。

第三,给很多行业带来提升高端客户服务的新手段。 多年来,金融、航空、零售等拥有大量客户的行业非常注重客户服务水平的提升,如机场贵宾室、积分换礼品等,尤其是针对高端客户,会通过各种手段提供增值服务。

5G网络切片的商用,使得这些行业企业可以订购切片提供给自己的高端客户,让客户拥有专线的通信服务。比如证券公司,有的客户一年资金流动几个亿乃至十几个亿,那就可以为这种高端客户提供网络切片,保障客户专属、安全、高速的交易通道和客服专线。 第四,增加运营商收入。

随着5G商用,5G智能手机用户将大幅增加,未来数以亿计的用户都将是网络切片的潜在用户。网络切片提供专属通信服务,当然也需要比公共信道更高的资费。 4G时代运营商To C经营的是同质化的流量,只能通过流量的规模收费,服务质量也是同质化的;而5G时代To C的网络切片是分层分级的服务体系,形成分层分级的服务质量,当然收费也是分层分级的。当更高等级资费用户增多时,运营商ARPU值也将提升。 风向五 下一代Wifi 将登上舞台

前面讲了不少广域蜂窝通信技术的风向,我们再来看看局域网的一些进展。

首先是我们熟悉的不能再熟悉的WiFi,WiFi对我们日常和生活的重要性几乎不用去赘述。 根据WiFi联盟统计,截至目前,搭载WiFi的设备累计出货量达到375亿台,2021年出货量预计达到42亿台。WiFi一个特别重要的作用是其有效地分担了移动通信网络的流量,大约63%的移动通信流量是由WiFi来分流。 既然这次大会的主题是未来风向,那我们肯定就得来聊聊下一代WiFi技术,其包含了两个分支,分别是对应高带宽设备(例如手机、电脑、电视)的WiFi7,以及用于低功耗家庭物联网设备(例如各种智能电器和传感器)的WiFi HaLow。

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上个月,Wi-Fi 联盟宣布开始对 Wi-Fi HaLow 进行认证。这项新功能支持在 sub-1GHz 频谱上进行远距离、低能耗的 Wi-Fi 传输,承诺穿墙范围超过1公里。很多媒体因此戏称,出门1公里还有信号! 该功能主要针对智能家居设备,从某种意义上来说,我们可以认为LPWAN低功耗广域网又增加了一个开始商用的新成员,而且是大家比较熟悉的WiFi。

由于Wi-Fi HaLow几年前就被大家拿出来说过一轮了,所以就不在此赘述,我们重点来聊聊WiFi 7。 在座的各位,可能已经有人换了WiFi6的路由器了。相比于上一代WiFi 5(802.11 ac),不仅速度快40%,功耗也明显降低,使用WiFi 6协议的路由器还能支持更多设备同时连接并且保证不卡,同时更加难以安全。 然而,在WiFi6还没有完全普及的时候,WiFi7也已经被提上日程了。上个月,联发科在其技术峰会上预告将会在CES 2022上演示下一代WiFi 7技术。 Wi-Fi 7在Wi-Fi 6的基础上的引入了多种新技术:

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具体来说,Wi-Fi 7预计能够支持高达30Gbps的吞吐量,大约是Wi-Fi 6的3倍,而联发科将于明年CES上演示的WiFi7速度会是现在WiFi 6E的2.4倍。 你可能会问,WiFi 6的性能已经很厉害了,为什么还需要WiFi 7? 这是因为随着WLAN技术的发展,家庭、企业等越来越依赖Wi-Fi,而近年来出现新型应用对吞吐率和时延要求也更高,比如4K和8K视频(传输速率可能会达到20Gbps)、VR/AR、游戏(时延要求低于5ms)、远程办公、在线视频会议和云计算等。虽然Wi-Fi 6已经重点关注了高密场景下的用户体验,然而面对上述更高要求的吞吐率和时延依旧无法完全满足需求。 虽然畅想中的WiFi 7很美好,但其在国内的商用前景还蒙着一层“乌云”,其性能成倍的提升,背后需要一个非常核心的资源的支持——无线电频谱,如果未来频谱政策不利,WiFi7的商用也将遭遇“卡脖子”。

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此前,WiFi一直使用2.4GH和5GHz频段部署。但随着WiFi产业的快速发展,对无线电频谱资源的需求非常迫切。因此,在今年年初正式商用推广的WiFi 6增强版本WiFi 6E就将Wi-Fi6从原有2.4GHz和5GHz载波频段扩充到支持6GHz载波频段,正在研究的WiFi 7也将使用6GHz载波频段, 目前,对于6GHz(5925-7125MHz)频段,各国表现出不同的态度,这种态度直接决定了WiFi 6E以及WiFi 7的命运。

这些政策主要集中是否将该频段作为非授权频段允许WiFi接入,包括在三种方案: (1)6GHz全部(5925-7125 MHz)作为非授权频段可供WiFi使用(2)6GHz中部分(5925-6425MHz)作为非授权频段可供WiFi使用(3)6GHz全部(5925-7125 MHz)作为授权频段给蜂窝网络及其他授权接入 对于WiFi玩家来说,第一种方案是最理想的方案,可以使用1200MHz连续频率;第二种方案可以使用500MHz连续频率,基本能够满足目前规划的需求;第三种方案是最不希望出现的,这意味着WiFi 6E和WiFi 7扩展至6GHz的计划无法实现,商用的可能性很小。

我国尚未对6GHz给出明确的政策,但从公开资料来看,似乎更加倾向于将该频段作为授权频段,供5G、6G移动通信使用。当前,我国5G发展全球领先优势已建立,我国无线电管理部门也从频率高效使用和长远规划的角度出发,一直致力于为5G和未来6G技术寻求更多的IMT频率资源。 所以,WiFi 7的未来究竟如何,我们且等频谱政策靴子的落地。 风向六 UWB商用规模扩大

最后,我们再来聊聊UWB。UWB全称为Ultra Wide Band,即超宽带通信,具有以下这些技术特点:

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1.抗干扰性能强:UWB采用跳时扩频信号,带宽在1GHz以上,可以轻松穿透多层室内墙体。并且其他窄带宽的通信系统(比如蓝牙,对讲机,收音机等)对其不会与干扰。

2.传输速率高:UWB的数据速率可以达到几十Mb/s到几百Mb/s,是蓝牙传输速率的几十倍,甚至百倍。

3.发送功率小:UWB系统发射功率非常小,小于1mW的发射功率就能实现通信,所以耗电量也非常小,这样就极大延长了电源的续航时间。此外,发射功率越小,其电磁波辐射对人体的影响越小。

4.定位精度高:UWB采用超宽带无线通信,脉冲频率高,可在室内、地下精准定位。而GPS定位只能在卫星信号强,卫星可视范围内定位。此外,UWB定位精度达到了厘米级,这是其他定位技术达不到的。 过去,UWB因为超高的精度一直在B端市场发挥的无可取代的重要作用,而从去年开始,手机厂商又把其从B端推向了C端。尤其是最近一年多,一连多家手机大厂发布了UWB的相关产品:

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2020年10月,小米发布“一指连”技术,支持小米UWB技术的手机可以实现对智能设备的厘米级定位,指向任意智能设备都可直接控制,角度测量精度可达±3°,如同高精版“室内GPS”。

2021年3月,三星发布了Galaxy SmartTag追踪器,第二代产品除了支持低功耗蓝牙(BLE)之外,亦新增了对UWB的支持。

2021年4 月,苹果发布跳票多次的“AirTag智能追踪器”,当用户移动时,苹果的“精确查找”会借助UWB芯片,精确测定用户与AirTag间的距离。

2021年5月,OPPO发布了专属OPPO Find X3系列的配件——OPPO一键联手机壳套装。简单来说,这是一个支持OPPO UWB空间感知技术(超宽带技术)的一个手机配件,能用来精准控制其他智能家居。

据 ABI Research预测,支持 UWB 的智能手机出货量将从 2019 年的 4200 万多部增加到 2025 年的近 5.14 亿部,以用于解锁、无线支付等应用。 手机是消费级产品控制的重要端口,搭载 UWB 芯片智能手机庞大的出货量,将引领C端UWB市场发展,带动各类UWB设备出货增长,从而助推UWB芯片价格的降低,这将助推UWB整体解决方案成本的降低,因此UWB或许将在明年进入大规模商用阶段。

过去,百万级的UWB应用都比较少见;现在,已经出现千万级的UWB应用了。

好的,以上就是我今天分享的全部内容,希望能对大家有所助益,谢谢!

物联网 通信技术 共享单车 基础 低功耗
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