物联网设备连接的下一个引爆点:4G Cat.1

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不看这几篇好文,就别说自己了解物联网

 

一、背景

物联网从概念兴起至今已经过了好几些年了。何为物联网,首先要定义何为“物”(Things),笔者理解所有具备连接能力的设备都可以是物,比如一个手环,一个WiFi台灯,或者NB-IoT水表等。

“联”,也就是连接,需要具备连接的能力,局域网或者广域网,设备和云的连接,也可以是设备和设备之间的连接。

“网”,这些具备连接能力的设备组成的一个个联动的链路就是所说的网。今天笔者想聊得是“物”“联”“网”里的“联“:连接。

 

二、物联网连接的两个时代

2.1、连接1.0时代

2016到2019,是WiFi连接方式的主要发展时期,这个时代属于WiFi的时代。主流的芯片公司有博通,RealTek,乐鑫,全志等。接着聊一下传统设备的物联网化改造。在传统设备的物联网改造的前期,大家对于什么样的场景才是物联网,什么样的设备才算智能硬件的理解是不深入的,只知道设备需要联网,可以远程控制。而传统的设备大都是不具备连接能力的。

举个例子,比如传统家电,空调,洗衣机,台灯,这些设备都是需要人工去开关设置才能正常运行的。那如何可以让这些设备即可以满足连接需求,也可以满足短期快速落地抢占市场呢。最简单直接的方式就是基于AT模式去完成物联网改造。

随着芯片的成本不断降低,性能不断加强,以及厂家技术能力的不断提升,在硬件架构的模式上也有了新的选择,比如更经济的OpenCPU模式。

 

2.2、连接2.0时代

随着连接技术的不断发展,业务场景的不断创新,连接方式也存在着变革。笔者判断将来WiFi的业务场景将会进一步收缩,会聚焦在比较特定的场景,比如家居等等有限场景,4G Cat.1将成为国内物联网主流的连接方式。

之所有有这样的判断,原因有二:
a、WiFi有一个天生的配网问题,每个品牌的配网方式也不同,用户体验也千差万别,对于用户来说,也有一定的技术门槛。
b、新基建政策影响,蜂窝广域网连接方式发生了天翻地覆的变化,从之前2G,3G时代,逐步转向了4G,5G网络。

  • 2019年10月22日,工信部信息通信发展司司长闻库明确表示:中国移动通信网络2G、3G退网的条件已经逐渐成熟
  • 2020年04月30日工信部发文明确推动2G/3G物联网业务迁移转网,建立NB、4G(含Cat1)和5G协同发展。
  • 2020年工信部下发25号文, 《关于深入推进移动物联网全面发展的通知 》 , 主要对NB/Cat.1网络覆盖和模组价格、物联网连接数等提出要求, 引导 2G/3G 物联网终端向NB-IoT和Cat.1逐步迁移, 引导建立NB/4G/5G移动物联网综合生态体系。4G Cat.1在带宽、时延、移动性、语音方面相对于现有的2G/3G网络,具备更好的性能。相对于WiFi来说,4G Cat.1省去了配网的步骤,并且基于蜂窝的连接是可以在后台静默连接的,体感更好。随着流量费用的降低,4G Cat.1满足大部分的WiFi业务场景,也具备了可移动性能力。在这样一个大背景下,WiFi的优势越来越淡化

       4G Cat.1所具备的优势可以分为四部分:

         • 功耗小:终端侧的硬件架构复杂度降低,可以有效管理功耗模块,从而可以降低整体系统功耗。

         • 成本低:相对于2G,3G,基于openCPU的模式,整体硬件成本更低。相对于Cat.4低约40%,较现有市面产品有价格优势。
         • 覆盖广:依托4G良好的网络覆盖,能有效规避2G/3G退网带来的风险,并且覆盖更广的区域。
         • 部署易:运营商无需升级网络,只需网络侧配置,即可接入LTE Cat.1终端。
 

2.2.1、市场规模


据统计,截止到2018年底,国内物联网市场规模超过2万亿元人民币规模。预测到2020年,全国物联网市场规模将超过7万亿   。

从下图中发现每年蜂窝物联网的设备数在成倍的增加中(数据源于相关市场报告, 仅供参考)。

物联网设备连接的下一个引爆点:4G Cat.1_第1张图片
基于4G Cat1的网络可以覆盖很多的场景。在物联网业务中,分高速、中速、低速三个业务板块,相关的应用查场景呈现“金字塔”结构:
高速业务:视频、智慧医疗、车联网等高速业务场景中,Cat.4、5G将占据主导,市场份额约10%。
中速业务:可穿戴、支付设备、共享设备,设备监控、物流跟踪,资产定位等中速应用场景中,Cat.1将成为主流技术,市场份额约30%。
低速业务:抄表、市政设施、智能停车、环境管理等低速场景中,NB-IoT优势明显,份额约为60%。


物联网设备连接的下一个引爆点:4G Cat.1_第2张图片                                                        
 

2.2.2、4G Cat.1主流芯片和模组


当前基于4G Cat1的主流芯片国外有高通,国内主要有两家头部厂家展锐和ASR。目前国内的4G Cat.1方案基本都基于国内的两个芯片,更具性价比优势。

国内市场规模较大的4G Cat1模组厂家,主要是有移远,广和通,有方,合宙等。
• 展锐:目前主流的4G Cat.1芯片有春藤8910DM。这是全球首颗LTE Cat.1bis芯片平台,支持LTECat.1bis和GSM双模,上行速率达5Mbps,下行速率达10Mbps,并集成了蓝牙通讯和Wi-Fi室内定位,可实现更稳定的连接。
• ASR:比较主流的芯片是ASR3601,ASR1601。作为业界首款面向移动物联网的LTECat.1/GMS双模芯片ASR1601,采用ARM Cotex R5处理器,该处理器专为实时操作系统(RTOS)打造。
• 高通:MDM9207-1是他们比较主流的芯片,性能不错,但是价格也相对比较贵。2015年推出,专攻IoT物联网应用,支持LTE Cat.1,最大下载速度10Mbps。

 

三、硬件架构

在介绍连接之前,首先和大家介绍一下在物联网设备硬件架构中两种比较常见的模式:一种是外接通信模组的主从架构(主机跑业务,从机管连接)方式,即AT模式,另一种芯片本身具备链接能力SOC模式,即OpenCPU模式。
• AT模式
对于传统设备厂家来说,这是一种短期最具性价比的技术方案,即加一颗连接芯片或者连接模组。这种方式的好处是,不用修改主控部分的硬件和软件,只需通过UART或SPI和连接芯片通讯即可。

物联网设备连接的下一个引爆点:4G Cat.1_第3张图片
• OpenCPU模式
随着芯片能力的不断加强,硬件成本的不断降低,以及设备厂家的技术能力不断增强,一种更加经济的硬件连接方式逐步成为主流方式,即OpenCPU模式。相对于AT模式,这种方式的软硬家技术门槛会更高,但是硬件成本相对于第一种方式会更具性价比。

物联网设备连接的下一个引爆点:4G Cat.1_第4张图片
基于这两种硬件设计方案,汇总了一下各自的优缺点,请参考下图:

物联网设备连接的下一个引爆点:4G Cat.1_第5张图片

 

四、HaaS 4G Cat.1模组

 

HaaS600系列是有阿里云IoT推出的4G Cat.1模组,是最新推出的 LTE Cat 1 无线通信模块,支持最大下行速率 10 Mbps 和最大上行速率 5 Mbps,超小封装,超高性价比; HaaS600 还支持标准的 Mini PCIe 封装,以满足不同行业产品应用需求。
HaaS600 依托现有 4G 网络,实现良好覆盖(有 4G 信号的地方就可以覆盖 Cat 1),能有效规避 2G/3G 退网带来的风险。具有超低功耗、低延迟和良好的移动性等特性,并且可支持语音通话。采用镭雕工艺,镭雕工艺具有外观更好看、金属质感强、散热更好、信息不容易被抹除、更能适应自动化需求等优点。


HaaS600 模组集成基于 HaaS轻应用框架,提供 JavaScript 引擎和硬件抽象框架,用户可以方便快捷地使用JavaScript 基于现成模板和组件库完成 4G AIoT 产品的开发。  HaaS轻应用框架提供丰富的 API(包括系统、硬件、网络、存储,OTA等),结合阿里云 IoT 平台支持应用的在线或本地热更新、 JS 命令行交互、设备管理等功能。相比于普通嵌入式开发,使用轻应用框架,无需搭建硬件复杂开发环境,免去编译环节。通过编码、烧录两个步骤,即可完成 软 件 开 发 和 调 试,显 著 提 升 开 发 效 率,大 幅 缩 短 软 件 开 发 周期、降 低 维 护 综 合 成 本。
 

4G Cat.1方案


目前基于4G Cat.1,推出了面向共享支付,智慧零售,可穿戴等多个方向的软硬件方案,比如播报音箱,充电宝,儿童手表等等。
• 播报音箱是一个基于蜂窝网络面向支付场景的方案,HaaS600系列4G cat1模组全系内置设备端播报组件,无需适配,上电即用。其中“千里传音”服务,是集成了阿里云人工智能语音合成,云存储,及IoT物联网平台能力的,面向智能播报设备场景的一个云端一体IoT服务,对外提供统一的OPEN API。
• 可穿戴是一个完整的一站式解决方案,端侧做到硬件解耦,同时结合核心芯片可以达到开箱即用或少量定制即可完成软件闭环,云端提供相关的穿戴云服务支持,让客户一站式完成端云开发,软件开发周期大大缩短。

 

五、展望

 

据不完全统计,2020年目前有几千万的4G Cat.1市场,另外目前也有几亿的2G/3G存量市场有望切到4G Cat.1网络。在不久的未来,4G Cat.1一定达到亿级甚至更大的市场规模。
物联网蜂窝广域网行业发展至今,我觉得已经远远不是一个简单组装的低价竞争行业,凭借各自长期的积累和沉淀,正在从成本敏感向规模化渐起演进。在4G Cat.1发展初期,切入这个市场,有着战略性的意义。行业的发展初期壁垒比较低,而且物联网应用端最大的特色为“长尾效应”,分散的小需求形成大市场。如果能够借力4G Cat.1 之势,建立自己的技术壁垒,就能切入更多的市场,形成规模化效应,最终建立自己的生态圈。

 

 

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