當(dāng)今世界大大小小的角落，需要聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程設(shè)備不斷增加。雖然各大公司一直在強(qiáng)調(diào)以高速為賣點(diǎn)的4G/5G技術(shù)的普及度，但是這類技術(shù)的實(shí)施成本通常非常高昂，更加適用于高能耗的終端產(chǎn)品。對(duì)于那些不需要高吞吐量、高數(shù)據(jù)速率，但仍需要一定程度的連接性和可靠性，同時(shí)還要能夠滿足低成本、低功耗和低復(fù)雜性要求的應(yīng)用，部署此類技術(shù)是不切實(shí)際的。

為了滿足此類應(yīng)用的需求，并且仍能夠受益于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，3GPP 定義了窄帶物聯(lián)網(wǎng) (NB-IoT) 無線電接口，在傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)無法輕易覆蓋的位置采用廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供IoT服務(wù)。

NB-IoT成為蜂窩IoT連接的首選技術(shù)

NB-IoT是新一代窄帶物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，由中國(guó)制定標(biāo)準(zhǔn)并在推廣實(shí)施，較傳統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)，NB-IOT具有廣覆蓋、低功耗、低成本、信號(hào)強(qiáng)等突出特點(diǎn)，特別適合用在“水、電、氣”等能源管理領(lǐng)域持續(xù)自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)、低功耗、長(zhǎng)周期監(jiān)測(cè)的場(chǎng)景中應(yīng)用。

2021年7月，湖南電力在長(zhǎng)沙、湘潭的5個(gè)低壓臺(tái)區(qū)首批試點(diǎn)安裝543只智能物聯(lián)電能表。該表配置非介入式負(fù)荷識(shí)別模塊，可獲取電壓、電流高頻采樣波形，通過采用電氣特征組合算法，可以識(shí)別用戶電器用電量和用電時(shí)段。

智能物聯(lián)電能表在傳統(tǒng)智能電表基礎(chǔ)上，增加諧波計(jì)量、端紐測(cè)溫、計(jì)量誤差自檢測(cè)等功能，使用壽命從10年提升到16年 。由此，該表可預(yù)知電能表發(fā)熱、燒表隱患；解決高鐵用電、電信塔用電等可能存在計(jì)量盲區(qū)；可精準(zhǔn)感知分布式電源、新能源汽車充電設(shè)施、高次諧波污染設(shè)備接入電網(wǎng)引起高壓高頻干擾，防范各類風(fēng)險(xiǎn)。

2020年我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入"電網(wǎng)2.0"時(shí)代，智能電表應(yīng)用需求持續(xù)攀升。未來隨著智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，智能電表有望成為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中重要的設(shè)備。

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，目前國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)接入的終端設(shè)備超過5億只，國(guó)家電網(wǎng)規(guī)劃預(yù)計(jì)到2025年接入終端設(shè)備將超過10億只。到2030年，接入的終端設(shè)備數(shù)量將達(dá)到20億只，整個(gè)“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”將是接入設(shè)備最大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。

智能電能表作為電網(wǎng)的終端計(jì)量及感知設(shè)備，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一環(huán)。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的加速建設(shè)，以及電表新標(biāo)準(zhǔn)的啟用，電網(wǎng)公司對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求將會(huì)進(jìn)一步提升，部分研發(fā)能力弱、資金規(guī)模小的企業(yè)將會(huì)逐步退出智能電表市場(chǎng)，行業(yè)進(jìn)一步向頭部企業(yè)集中。

NB-IoT 發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

在過去這幾年，NB-IoT 是當(dāng)之無愧的行業(yè)網(wǎng)紅，備受追捧。三大運(yùn)營(yíng)商拼命推動(dòng)它的商用落地，政府出臺(tái)了各項(xiàng)文件政策給它鋪路，設(shè)備商們更是不遺余力地進(jìn)行宣傳造勢(shì)。

來回顧一下 NB-IoT 的發(fā)展歷程：2013 年，業(yè)內(nèi)相關(guān)廠商、運(yùn)營(yíng)商展開窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，起名為 LTE-M；2014 年由沃達(dá)豐、中國(guó)移動(dòng)、Orange、意大利電信、華為、諾基亞等公司支持的 LTE-M 在 3GPP GERAN 工作組立項(xiàng)，被重新命名為 Cellular IoT；2015 年，華為和高通共同宣布了 NB-CIoT 方案；同年 8 月，愛立信聯(lián)合幾家公司提出了 NB-LTE 概念；2015 年 9 月，NB-CIoT 和 NB-LTE 兩個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行融合，NB-IoT 正式誕生。

NB-IoT 從 2015 年 9 月 3GPP 在 RAN 全會(huì)達(dá)成一致以后，得到全球大多數(shù)的運(yùn)營(yíng)商、通訊設(shè)備廠商、芯片廠商、終端廠商的支持和響應(yīng)，這標(biāo)志著世界范圍的物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)產(chǎn)生，并將為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈帶來巨大商機(jī)。

政策方面，在 2017 年 6 月，工信部發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)建設(shè)發(fā)展的通知》，通知要求：一是加強(qiáng) NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究，打造完整產(chǎn)業(yè)體系；二是推廣 NB-IoT 在細(xì)分領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步形成規(guī)模應(yīng)用體系；三是優(yōu)化 NB-IoT 應(yīng)用政策環(huán)境，創(chuàng)造良好可持續(xù)發(fā)展條件。

為了配合產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，引爆新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)商以 NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)為突破口，開啟一次次大規(guī)模的 NB-IoT 模塊招標(biāo)來加速 NB-IoT 應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。然而，此舉催生了一場(chǎng)模塊廠商在價(jià)格方面的激烈競(jìng)爭(zhēng)，短短幾年間，模塊價(jià)格從 70 元人民幣下降到 20 元，NB-IoT 芯片價(jià)格從 5 美金殺到 2 個(gè)美金以下，市場(chǎng)情形慘烈。

從市場(chǎng)數(shù)據(jù)來看，2017 年華為海思推出 Boudica120 國(guó)內(nèi)第一顆 NB-IoT 芯片至今，累積出貨 2000 萬顆，而其他國(guó)內(nèi) NB-IoT 芯片廠家總出貨量不超過 1000 萬顆。

從發(fā)展現(xiàn)狀來看，截至今年 5 月底，全球已有 84 張 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)商用（GSMA），全球模組種類已超過 100 種，成為全球應(yīng)用最廣的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之一。國(guó)內(nèi) NB-IoT 用戶數(shù)已經(jīng)達(dá)到 3000 萬。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的消費(fèi)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)硬件銷售額預(yù)計(jì)在 2022 年超過 3000 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過 20%。

NB-IoT 市場(chǎng)仍然格局未定，產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商都想抓住這個(gè)市場(chǎng)機(jī)會(huì)，分得 NB-IoT 市場(chǎng)一杯羹。


機(jī)遇

NB-IoT設(shè)備有一個(gè)明顯的短板就是使用電池供電，一方面電池的壽命始終有限，另一方面NB-IoT設(shè)備數(shù)量已經(jīng)在十億級(jí)，未來很可能發(fā)展到百億級(jí)，如果仍然使用電池供電，意味著要消耗數(shù)百億的電池，大規(guī)模更換電池成本極高，同時(shí)大量窄帶設(shè)備工作環(huán)境惡劣，未來將廣泛分布在山區(qū)、農(nóng)田、河流、湖泊、森林等人跡罕至的地區(qū)，更換和回收難度大，且極易造成環(huán)境污染，這與我國(guó)當(dāng)前的“雙碳”時(shí)代精神相悖，業(yè)內(nèi)已經(jīng)有人提出了質(zhì)疑的意見，并呼吁發(fā)展綠色、環(huán)保、低碳的物聯(lián)技術(shù)。

在這種背景下，無源物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)即實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不需要電池，也能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)裙ぷ?。目前，無源NB-IoT，UHF RFID等無源物聯(lián)技術(shù)逐漸走向成熟，基于5G/6G的無源物聯(lián)技術(shù)也已進(jìn)入了試驗(yàn)階段，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈正在快速發(fā)展，市場(chǎng)前景巨大，未來數(shù)年內(nèi)，很可能形成千億級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，可能顛覆當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的格局。

無源物聯(lián)技術(shù)的核心，是不通過電池也能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行供電，這就決定了設(shè)備的供電持續(xù)性和穩(wěn)定性難以得到保障，那么如何在無源的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低設(shè)備的功耗，同時(shí)保證在供電不穩(wěn)定的情況下終端采集數(shù)據(jù)的完整性和有效性，也就成為無源物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需要突破的關(guān)鍵方向，而這兩點(diǎn)，恰恰是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以發(fā)力的抓手。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)在幫助NB-IoT設(shè)備省電，無源NB-IoT又是未來最有前景的無源物聯(lián)技術(shù)，那么如果能夠?qū)B-IoT設(shè)備目前仍在承擔(dān)的一些計(jì)算工作，遷移到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)側(cè)，就能夠進(jìn)一步幫助設(shè)備省電，同時(shí)平臺(tái)還可以對(duì)無源物聯(lián)終端由于供電不穩(wěn)定造成的大量“臟數(shù)據(jù)”進(jìn)行清洗，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用屏蔽這些“臟數(shù)據(jù)”，提供更健康的數(shù)據(jù)服務(wù)，提高物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)效率。

因此，無源物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的整體趨勢(shì)很可能是設(shè)備側(cè)越來“越瘦”，平臺(tái)側(cè)越來“越強(qiáng)”，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用與平臺(tái)之間的黏性越來越高，平臺(tái)可提供的服務(wù)越來越多，也就越來越具備規(guī)模化收費(fèi)的條件，從而形成穩(wěn)定的商業(yè)模式。


挑戰(zhàn)

無源物聯(lián)設(shè)備的數(shù)量級(jí)，未來可能達(dá)到千億級(jí)，也就不可避免地對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)、安全體系、服務(wù)性能等方面提出了挑戰(zhàn)。

首先是面對(duì)千億級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)連接，平臺(tái)側(cè)的計(jì)算資源始終是受限的，也就驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)從目前的“平臺(tái)+設(shè)備”的中心集中式計(jì)算向“平臺(tái)+邊緣+設(shè)備”形成的分布式異構(gòu)協(xié)同計(jì)算架構(gòu)演變，從而實(shí)現(xiàn)隨著接入的設(shè)備數(shù)量和邊緣節(jié)點(diǎn)越來越多，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)體系整體的計(jì)算能力越來越強(qiáng)，才能夠適應(yīng)千億級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入場(chǎng)景。并且，在這個(gè)過程中，AI技術(shù)將逐漸與平臺(tái)架構(gòu)深度融合，以進(jìn)行智能化的計(jì)算資源調(diào)度，來匹配千億級(jí)的異構(gòu)海量終端接入和管理的計(jì)算需求。

其次就是在不穩(wěn)定供電的狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生海量的“臟數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)的完整性、時(shí)效性都較差，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用側(cè)很難直接使用這些數(shù)據(jù)，只能從物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)，這一趨勢(shì)在提高了物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)價(jià)值的同時(shí)，也對(duì)于平臺(tái)的海量數(shù)據(jù)清洗和轉(zhuǎn)發(fā)能力提出了要求，平臺(tái)必須能夠?qū)⒃O(shè)備上傳的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)或滯后數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的處理，變成準(zhǔn)確性、及時(shí)性、一致性和完整性較高，可以直接使用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

最后就是安全方面，承載千億級(jí)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的平臺(tái)，已經(jīng)演變?yōu)樯鐣?huì)化的信息基礎(chǔ)設(shè)施，面臨空前巨大的安全壓力，如何保障平臺(tái)多方面的安全，成為了相關(guān)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。