2021年国内外物联网发展现状及趋势分析

2021-07-15 来源:中国信息通信研究院 姬彬 马思宇

在全球疫情持续蔓延的情势下,以智能物联网为代表的信息通信技术深刻改变着传统产业形态和社会生活,催生了大量的新技术、新产品、新模式,推动全球数字经济高速发展。全球物联网市场进入稳步增长阶段,产业物联网进入纵深发展阶段,以低功耗、广覆盖为代表的蜂窝无线通信技术应用场景不断扩展,智慧城市、智能家居和智慧工业等垂直行业应用规模不断扩大,国际主流电信运营商逐步选择混合组网模式以满足物联网碎片化需求。在我国,各级政府部门持续推出物联网发展政策,设备提供商、终端厂商、网络及业务运营企业协力共同推进物联网网络部署,逐步突破终端发展瓶颈,并积极推进物联网系列标准,工业互联网和车联网开始大范围商用,物联网产业呈现健康有序发展的态势。

一、全球物联网发展现状分析

(一)从产业结构来看,产业物联网进入纵深发展阶段

根据GSMA预测,产业物联网的设备规模将在2024年超过消费物联网的设备规模。近年来,随着物联网技术逐步应用于各个行业,特别在疫情期间,远程诊疗、公共场所热成像体温检测、信息溯源、救援灾备等需求不断推动物联网应用深入发展。智慧工业、智慧交通、智慧健康、智慧能源等领域将有可能成为产业物联网连接数增长最快的领域。

(二)从网络接入技术来看,低功耗广域接入技术占比逐步提升

全球物联网连接设备保持稳步增长,截至2020年,全球物联网连接总规模达到126亿个,同比增长18%,物联网网络接入仍以无线接入为主,且在未来一段时间内继续保持以Wi-Fi、蓝牙和Zigbee等近距离无线接入方式为主要连接方式。随着5G6G的技术特性不断增强、应用场景不断增多,授权的LPWALow Power Wide Area,低功耗广域)无线接入技术占蜂窝无线接入技术市场的份额逐步提升,由2017年的10%提升到2020年的15%

长距离无线接入技术主要包括授权频率的蜂窝技术以及LoRaSigFox等非授权频率的LPWA无线接入技术。长距离无线接入市场发展如下。

受疫情影响,全球授权蜂窝物联网连接市场整体增速放缓,其中授权LPWALow Power Wide Area,低功耗广域)技术市场的发展前景看好,增速及占比显著提升。根据GSMA统计,截至2020年年底,全球授权物联网网络连接规模接近19亿个,同比增长10%,预计2021年达到24.6亿个。2020年年底,授权LPWA技术连接市场规模逼近2亿个,同比增长105%,预计到2021年年底,连接市场规模接近2.5亿个,占蜂窝移动无线接入技术市场的比例提升到15%

非授权频率无线接入市场稳步增长。其中,LoRa市场保持稳步发展,根据公开资料显示,2020年,全球LoRa芯片出货量超过90亿,在157个国家和地区部署80多万个网关,部署终端节点超过1.5亿个。SigFox发展势头一般,2020年,在72个国家实现580万平方千米的地理覆盖,在中国市场的发展处于停滞状态。

Wi-Fi 6Bluetooth LEZigbee等为典型代表的近距离无线接入市场稳步发展。根据相关联盟公开发布的数据显示,2021年,Wi-Fi产品年度出货量达42亿台,累计出货量达375亿台(Wi-Fi 6产品累计出货量超过20亿台,Wi-Fi 6E产品累计出货量达3.38亿台);蓝牙产品出货量为45亿台,预计2025年出货量达到64亿台(其中低功耗产品出货量以3倍速迅猛增长)。

(三)从产业应用来看,智慧城市、智慧工业和智能家居等应用场景需求旺盛

不同物联网技术具有不同的特性见表1,彼此相互补充,以满足物联网碎片化的各种应用场景,最终实现万物互联。从全球统计来看,当前应用较为广泛的场景包括智慧公共事业、智慧供应链/智慧物流、智能家庭/智能楼宇、智慧农业、智慧城市、智能环境、智能工业控制和智慧医疗等。

1 典型LPWA技术特性对比

技术特性

NB-IoT

LoRa

SigFox

技术

开放式架构

专网

专网

授权频谱

最大有效载荷长度

>1Byte

51Byte(EU)/

11Byte (US)

12Byte

下行容量

不限

链路预算(上行)

164dB

141146dB

163dB

链路预算(下行)

164dB

151156dB

158dB

数据来源:德国电信

在长距离低功耗无线接入技术中,NB-IoT具有海量连接、超低功耗、稳定可靠、深度覆盖的优势,其覆盖范围达到1km10km,平均传输速度达70kbits,主要应用于抄表、烟感等公共事业等领域。LoRa适用于功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等应用,最大行业应用领域为表计类,其次为智慧城市、智慧社区/楼宇、车辆跟踪和宠物跟踪、智慧酒店、智慧园区、智慧农业、环境监测等。SigFox相对LoRa而言,具有成本较高,自建专网且传输距离可达50km等特点,主要应用于专有园区的应用场景。

在近距离无线接入技术中,Wi-Fi主要应用场景包括智能家居、智慧城市、超高清视频、智慧工业等;蓝牙技术主要应用场景包括手机、PC和平板电脑、耳机等音频设备以及智能家居、资产跟踪、智能汽车、智慧楼宇、智慧工业等。

另外,物联网与5G、云计算、大数据、人工智能、区块链等新一代信息通信技术互促融合发展趋势日益凸显,这将促进物联网朝着万物智联、云边协同、智能决策方向发展,既可满足自动驾驶、工业精准控制等低时延、高可靠类应用场景需求,又可满足智慧安防、智慧水务、城市管网监测等对时延不敏感类应用场景的需求。

(四)从企业网络部署来看,NB-IoT成为多数国际电信运营商选择的蜂窝物联网部署方式

越来越多的国际电信运营商采取混合技术组建物联网网络,其中选择NB-IoT组网模式的企业数量占据近7成的比例。根据GSMA公开发布数据显示,截至20213月,全球采用LPWA技术部署物联网的运营商数量滑落到122家(2019年为127家),仅采用LTE-M技术部署蜂窝物联网的运营商数量从2019年的35家滑落到16家,仅采用NB-IoT技术部署蜂窝物联网的运营商数量由2019年的92家减到71家。同时部署NB-IoTLTE-M的蜂窝物联网的运营商数量从2019年的17家提升到35家。总体来看,混合组网是全球基础电信运营商唯一实现正增长的组网方式。

二、我国物联网发展分析

(一)政策持续推进物联网全面发展

物联网作为新基建中实现万物互联和智能化的关键基础设施,可以推进信息化与工业化深度融合,促进传统产业优化升级,实现生产力和生产方式的变革,是激发我国经济高质量发展的催化剂。随着国家部署新基建的脚步加快,各级政府部门相继出台系列政策推动物联网基础设施建设、技术标准、行业安全及产业政策持续健康发展。

1)物联网基础设施建设进入发展快车道

2020年,国家发展和改革委员会明确新基建范围,物联网成为新基建的重要组成部分,从战略新兴产业角度被定位为新型基础设施,成为数字经济发展的基础,重要性进一步提高。20205月,工业和信息化部印发的《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》(以下简称《通知》)提出,推动2G/3G物联网业务迁移转网,建立NB-IoT4G(含LTE-Cat1)和5G 协同发展的移动物联网综合生态体系,加快移动物联网建设,加强移动物联网标准和技术研究,提升移动物联网应用广度和深度。

2)物联网技术标准问题进一步完善

20205月,工业和信息化部印发的《通知》中提出,制定移动物联网与垂直行业融合标准,推动NB-IoT标准纳入IUT IMT-2020 5G标准,推进移动物联网终端、平台等技术标准及互联互通标准的制定与实施。20207月,在国际电信联盟无线通信部门(ITU-R)国际移动通信工作组(WP5D)35次会议上,NB-IoT技术正式被接受为ITU IMT-2020 5G技术标准,与NR携手成为万物互联智能世界的基石,是5G标准的核心组成部分。

3)物联网行业安全多措并举

各方通过建立安全管理机制、加强安全监测、支持网络安全核心技术攻关、开展产品安全测评等加强移动物联网安全防护和数据保护,并不断通过建立移动物联网安全标准框架、加大安全技术手段研究等举措夯实移动物联网行业基础安全。

4)各省因地制宜推出物联网产业发展政策

各地根据国家部署,相继发布各类政策文件积极推动物联网产业发展。上海市聚焦智慧城市建设,以新一代信息基础设施助力城市发展;北京市整合创新资源,大力推动物联网行业发展;广州市抢抓产业发展机遇,拓展物联网行业发展新空间;深圳市重点发展核心产业,促进物联网产业链形成。在政策不断发力下,各地在物联网关键技术研发、应用示范推广、产业协调发展和政策环境建设等方面取得了显著成效。

(二)物联网市场规模稳步增长

我国物联网市场规模持续稳定增长,工业和信息化部发布的《2020年通信业统计公报》显示,截至2020年年底,3家基础电信企业蜂窝物联网用户达11.36亿户,全年净增1.08亿户。根据运营商公开资料显示,截至20213月底,3家基础运营商物联网用户数合计为11.9亿户,其中,中国移动为6.91亿户,中国电信为2.52亿户,中国联通为2.47亿户。

整体来看,我国物联网市场具有良好的前景,芯片、模组、运营商、方案提供商等均布局物联网,搭建各自的产业生态。我国已有超过15家的NB-IoT芯片厂商、20家的NB-IoT通信模组厂商。芯片方面,紫光展锐和翱捷科技发布Cat·1芯片,海思和联发科在全球首发5G芯片。模组方面,移远通信和日海智能是全球出货量较大的蜂窝物联网模组供应商,移远通信2020年报显示,公司模组出货量超过1亿片。网络建设方面,截至2020年年底,我国4G基站数量达575万个,城镇地区实现深度覆盖,为Cat·1规模化部署实施提供了良好的接入基础。新建5G基站60万个,已开通5G基站超过71.8万个,其中,中国电信和中国联通共建5G基站超过33万个,5G网络已覆盖全国地级以上城市及重点县市。

(三)移动物联网应用场景不断丰富

工业和信息化部发布的《2020年通信业统计公报》数据显示,我国蜂窝移动物联网主要应用于智能制造、智慧交通、智慧公共事业三大垂直行业,其终端用户占比分别达18.5%18.3%22.1%。其中NB-IoT已广泛应用于电表、水表、燃气表、消防烟感、智能井盖、智能门锁等行业。NB-IoT正式被纳入5G标准,成为海量机器类通信场景核心技术,其规模化应用将扩大。Cat·1已重点应用于移动支付POS机和对讲机等金融支付、新零售、共享经济等行业。新零售、智能家居、智能穿戴、共享经济等信息消费领域也不断发力,疫情期间需求加大。

三、我国物联网未来发展

随着新基建的部署加快,物联网成为全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施,物联网产业规模持续扩大,应用范围不断提升。

网络覆盖方面,随着5G R16标准冻结,技术层面支持物联网全场景网络覆盖。物联网基础设施建设加速,5GLTECat·1等蜂窝物联网部署重点推进,推动传统基础设施数字+”“智能+”不断升级。产业应用方面,物联网不断深化在工业制造、仓储物流、智慧农业、智慧医疗等领域的应用,推动设备联网数据采集,提升生产效率;物联网加大在能源表计、消防烟感、公共设施管理、环保监测等领域的应用,提高公共服务能力和应对突发事件的能力。物联网在智能家居、可穿戴设备、儿童及老人照看等领域应用,不断惠及民生,提升民众生活幸福感。产业链方面,当前我国物联网产业链已较为完善,政策的不断出台利好行业发展的同时,也在推动成本降低和技术发展。未来,物联网发展需依靠产业链多方发力和企业积极布局。