低功耗广域网络产业现状及国内市场前景

研究与开发Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　低功耗广域网络产业现状及国内市场前景　赵小飞　物联网智库北京１０００８３　

摘要　当今万物互联的时代，大量设备连接的需求促使“低功耗广域网络”技术标准的和商用化进展加速，成为　物联网领域最为热门的话题。文章从补齐物联网通信层短板的角度分析低功耗广域网络在物联网产业中的地位，并　对低功耗广域网络的发展历程进行回顾。针对当前低功耗广域网络商用中的市场格局，阐述以ＮＢ－ｌｏＴ、ＬｏＲａ为代　表的两大主流阵营的市场格局，并从产业经济学的角度，对ＮＢ－ｌｏＴ、ＬｏＲａ产业链各环节的市场集中度进行对比分　析，探索国内市场上低功耗广域网络的市场竞争状况，并认为最终ＮＢ—ｌｏＴ、ＬｏＲａ可能都会成为该领域主流技术，　两者将定位于不同市场领域，共存发展。　关键词物联网；低功耗广域网络；ＮＢ—ｌｏＴ；ＬｏＲａ；市场集中度　

“低功耗广域网络”的兴起，得益于最近几年物　联网的快速发展，专为低带宽、低功耗、远距离、大量　连接的物联网应用而设计”】。爱立信最新报告显示，到　２０２２年，广域物联网的连接数将达到２１亿以上，其中　大多数是通过低功耗广域网连接　】。当前，低功耗广域　网络已成为物联网中的热门领域，对其产业和市场现状　及前景进行研究非常必要。　１　补齐物联网通信层短板　此前，智能终端所产生的数据大部分存储在终端本　地空间中，通过终端的计算芯片和本地软件进行运算分　析。本地计算能力性能的有限性，让终端功能的扩展有　限。近年来，软件平台的兴起，让物联网终端硬件的功　能在云端得以快速的扩展，云端计算无线扩展进一步凸　显出软件定义硬件的趋势。不过，云端平台发展在突破　本地计算瓶颈的同时，也对网络提出了更高的要求：云　端平台需要获取终端各类数据，要求终端传感器通过多　样化的通讯网络传输至平台上。　经过数年的发展，物联网“感知层一通信层一平台　６０　层一应用层”的四层架构已经形成　ｌ。我们当前已经使　用或者正在体验着大量的物联网产品和服务，例如：一　款智能插座让我们可以在办公室或路上接通插座电源，　控制家里电气开关；佩戴一款智能手表，可以及时将体　温、步数、睡眠等体征数据上传至云端进行分析；通过　企业的产品平台查看所有销往全国的产品状态等。这些　设备是通过不同的传输方式实现感知层和平台层之间的　数据交互。总体来看，这些传输方式可以分为两类，一　类是通过Ｗｉ－Ｆｉ、蓝牙、Ｚｉｇｂｅｅ等短距离的通信方式，　另一类是通过运营商的３Ｇ／４Ｇ等蜂窝网络长距离通信方　式。不过，对于未来数以百亿级的设备联网的需求，这　两类通信方式显然不能满足所有终端联网的需求，最为　明显的是大量低成本设备分布的范围非常广泛，其数据　采集和传输无法通过电源供电来支持，或者电源供电非　常不经济，需要长时间的电池供电来支持，现有的通讯　方式无法同时实现长距离和低功耗两种需求。　于是，物联网的通信层存在一个短板，即无法同时　兼顾长距离传输和设备低能量消耗的需求，这个短板就　由低功耗广域网络（ＬＰＷＡＮ）来补齐（如图１）　】。随着联网　Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ研究与开发　：　ｅｒ　’　珈Ｂ∞　４０　

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ｒ　盖ｉｉ离　Ｊｉ　图１　ＬＰＷＡＮ；￣齐物联网通信层短板　

设备需求的增加，低功耗广域网络逐渐成为物联网领域　最热门的领域。　

２低功耗广域网络回顾　实际上，早在上世纪８０年代末９０年代初就出现了　低功耗广域网络的雏形，和现在的网络架构类似，最为　典型的是美国的ＡＩａｒｍＮｅｔ和ＡＲＤＩＳ两张网络　ｌ。　Ａｌａ　ｒｍＮｅｔ顾名思义，一定是和报警设备联系在一　起的，它是由美国一家大型报警设备制造商美国安定宝　集团（后来被霍尼韦尔收购）在免授权频段上部署的，主　要用来对其报警设备联网进行远程监控。因为其报警设　备监控仅需非常少量的数据传输，因此该网络非常类似　于现在的低功耗广域网。当时，ＡｌａｒｍＮｅｔ覆盖了当时　美国１８个主要的区域和约６５％的城市人口。　另一张网络ＡＲＤｌＳ是由摩托罗拉所部署的，该网　络专用于摩托罗拉内部车辆、邮件、在线事务处理等小　批量长距离的数据传输，也和当前的低功耗广域网类　似。此后，这张网络被美国一家运营商收购，并入该运　营商的网络。　这两个低功耗广域网络的“先驱”最终在２Ｇ网络　商用后走向了终结，近几年，低功耗广域网络才再次进　入人们的视野，并成为一股不可逆转的科技潮流。为什　么３０年前出现的技术夭折了，而３０年后又重新得到人　们认可？究其原因可以从两方面来分析。　１）应用场景。３０年前，通过低功耗广域网络可以实　现的场景非常有限，只有安防报警设备的数据传输、电　

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子邮件少量文本、资产位置固定上报等少数几个场景，　一张网络部署后，覆盖多个城市和大量人口，但却只有　非常少量的终端连接到这张网络上，网络资源并未得到　充分利用，且少量的场景无法产生合适的商业模式。而　在３０年后，随着物联网产业的发展，各行各业中海量　设备需要连接起来，拥有成千上万的应用场景，对低功　耗广域网络连接的需求日益增加，低功耗广域网络在这　些场景支持下能形成多种新的商业模式。　２）网络建设运维成本。在上世纪８０～９０年代，通信　网络的建设和运维非常昂贵，只有少量实力雄厚的企业　为了自己的产品和业务才能部署一张多个城市覆盖的　网络，而此后２Ｇ网络商用后，人们发现这个蜂窝网络　覆盖更广、硬件成本大幅下降，使得这些少量的企业级　低功耗广域网络倒向了２Ｇ网络。不过，经过３０年的发　展，通信行业的基础设施、设备、终端、平台成本直线　下降，网络运营的经验也非常丰富，这些都为专用于物　联网的低功耗广域网络的部署奠定了基础。　因此，当法国公司Ｓｉｇｆｏｘ在２０１５年初宣布其获得超　记录的１亿欧元融资后，低功耗广域网络在物联网领域　开始引爆，尤其是２０１　６年６月ＮＢ—ｌｏＴ核心协议冻结后，　低功耗广域网络成为２Ｏ１　６年物联网领域最热门的关　键词。　

３低功耗广域网络演进格局　由于看好未来数以万亿级的物联网市场，很多组织　和厂商纷纷推出低功耗广域网络技术标准，并大力推动　其商用。目前存在的低功耗广域网络技术标准非常多，　不过大致可以通过其所使用的无线电频谱特点分为两　类，即基于授权频谱的技术和基于非授权频谱的技术。　基于授权频谱的低功耗广域网络技术就是行业中　非常熟悉的标准化组织３ＧＰＰ推出的ＮＢ—ｌｏＴ、ｅＭＴＣ、　ＥＣ—ＧＳＭ三类，而基于非授权频谱的技术非常多，当前　主要活跃于物联网市场中的是芯片公司Ｓｅｍｔｅｃｈ推出的　ＬｏＲａ、法国物联网公司推出的Ｓｉｇｆｏｘ、美国Ｉｎｇｅｎｕ推　

…　研究与开发Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　出的ＲＰＭＡ，以及Ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓ、Ｎｗａｖｅ、ＷＡＶＩｏＴ等数　十种开源或私有的技术。　低功耗广域网络领域存在如此庞杂的技术，然而从　技术和市场的发展规律来看，技术概念诞生初期总是百　家争鸣，随着技术和产业发展，由于规模经济的需要，　最终只有少数标准才会大规模应用　Ｊ。哪种技术会流行　甚至统治低功耗广域网这个领域？此前Ｗｉ－Ｆｉ的发展路　径对低功耗广域网络具有一定的参考意义，即～方面拥　有一个具有活力的技术标准化组织，不断推进技术的持　续迭代；另～方面，降低进入门槛，让每一环节中有大　量的厂商进入，形成非常充分的竞争，大大降低成本。　从该路径来看，目前市场上较为活跃的ＮＢ－ｌｏＴ、　ＬｏＲａ具有与Ｗｉ－Ｆｉ类似发展路径的条件。目前，两者都　是在标准化组织的推动下，让大量厂商参与进来，不断　完善技术标准，形成标准演进路线图，ＮＢ—ｌｏＴ由３ＧＰＰ　组织来推进标准化演进　】，ＬｏＲａ由ＬｏＲａ联盟来推进广　域网络规范ＬｏＲａＷＡＮ协议的标准化演进；另一方面，　由于两种技术的开放性，国内外有大量厂商参与到其　商用过程中，除了ＬｏＲａ芯片目前主要由Ｓｅｍｔｅｃｈ提供　外，其他环节如模组、设备、平台、运营、终端、应用　等都有很多厂商参与竞争。这两种技术正好也是中国物　联网市场中最为流行和参与企业最多的两个阵营。　不过，从低功耗广域网络走人人们视野开始，各类　低功耗广域技术的争论就没用停止过，尤其是ＮＢ—ｌｏＴ　和ＬｏＲａ两个阵营，此前曾有过ＮＢ－ｌｏＴ商用后导致ＬｏＲａ　消亡的话题。当然，影响一张广域网络的因素很多，站　在不同角度、从自身有利的因素考虑等，会有不同的结　果，从现有产业发展态势，ＮＢ－ｌｏＴ与非授权频段的技　术商业化并非是你死我活的替代关系，两者完全可以向　着互补的状态发展，形成物联网网络层的立体化格局。　本文建议可以从三个视角来考察。　１）不同技术各有侧重的领先要素。　当一项技术从诞生开始就比现有技术实现“全要　素”领先时，这项技术将实现快速替代和商用。这里所　要强调的“要素”并非只是技术指标，而是一组更为宏　６２　观的要素集合，包括技术指标、市场成熟、政策因素、　成本等所有影响该技术商用进展的因素。从这个视角来　看，真正能够实现“全要素”的领先者并不多，大多数　情况下各竞争性技术基于不同方面的优势形成势均力敌　的态势。　低功耗广域网络形成通吃所有要素的技术规范了　吗？从当前研究成果来看并没有形成。我们已看到了各　类标准的技术指标对比，仅从技术角度来看也没有一类　技术能够实现全部指标领先，在未来技术演进过程中，　谁能保证之前处于劣势的某种指标不能超越其对手的水　平？更不用说综合考量其他影响因素，可能技术全方位　领先者不一定占据商用优势。　此前，沃达丰高管曾表示，ＬｏＲａ运行在非授权　频段所受的干扰和通信安全是其面临的问题，另外，　ＮＢ—ｌｏＴ获得全球主流运营商支持，将拥有更大的客户　群体，当ＮＢ—ｌｏＴ商用之后，其他技术就没有存在的必　要，由此产生了“ＮＢ－ｌｏＴ将粉￣ＬｏＲａ技术”的言论。　该言论出来后，就有ＬｏＲａ的支持者从标准化、通信效　率、产业链成熟度等角度予以驳斥。实际上，物联网时　代对网络解决方案的需求和难点非常多，若能对不同的　低功耗广域网络技术全方位要素进行权衡，或许可以提　炼出适合各类不同技术的定位和发展方向。　２）面向互补的市场。　经过努力的推动，ＮＢ－ｌｏＴ具备了面向运营商级网　络的大量优势，不论是３ＧＰＰ组织的国际标准制定，还　是授权频谱选择，以及主流运营商和设备厂商的积极推　动，让其具备了部署一张全国广覆盖网络的技术和产业　基础，而监管机构近期的政策和表态也解决了其政策方　面的障碍。　低功耗广域网络在其商用中所面临的监管和政策　方面的风险已有不少探讨吲。从这些角度来看，ｌ，￣ＬｏＲａ　为代表的非授权低功耗广域网络似乎无法实现运营商级　网络的部署和运营。然而，在一个多样化的物联网世界　里，大量企业或行业应用中需要专用的网络解决方案，　ＬｏＲａ成为满足这一需求的较好选择，姑且称其为企业