物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点

物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点,第1张

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术,典型工作频率在美国是915MHz,在欧洲是868MHz,在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段,只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km,最长距离可达15km,具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位,重要性不言而喻。值得注意的是,目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商,掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种,一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司;二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商,包括微芯 科技 (Microchip)等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例,最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而,它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段,传输距离长达100米,具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s,而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac,速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah,在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段, 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围,但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM,它在1MHz信道中使用24个子载波,在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM,因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露,它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s,不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段,但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中,支持多达254个节点。与其它技术一样,安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事?举一个简单的例子就可以说明这个问题,当一队伞兵空降后,每人持有一个ZigBee网络模块终端,降落到地面后,只要他们彼此间在网络模块的通信范围内,通过彼此自动寻找,很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且,由于人员的移动,彼此间的联络还会发生变化。因而,模块还可以通过重新寻找通信对象,确定彼此间的联络,对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术,理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线,但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑,在不借助电缆的情况下联网,并传输资料和讯息,目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品,且能带来更高速、更远传输距离的优势。

IoT,简单来说,就是物联网,是Internet of things的简称,是物物相连的互联网,既能实现物与物之间的信息交换,又能实现物与人之间的信息交流。IoT是即计算机,互联网之后的又一大信息产业发展浪潮,可谓是发展前景十分广阔。

目前,IoT的一个重要应用就是智能家居,智能家居作为一个已经发展了几十年的产业,在最近几年终于迎来了大爆发,智能语音也成为继路由器之后的又一智能家居控制中心,带着新中心的浪潮,IoT产业也迎来了大爆发。

小米CEO雷军的说法,小米的IOT战略经历了2个阶段。

第一个阶段 以“参股+实业”来扩张生态

小米的生态链布局,采取的是“参股+实业”的双向驱动方式 ,以“占股不控股”的模式不断扩张其生态链规模。

小米之所以取得这么大的成就,表面上看,是小米已经形成的庞大的智能硬件生态链和整个生态的环境,营销渠道有线上的小米商城和线下的小米之家;实际上,却是小米对生态链企业“投资而不控股”的策略,这与苹果、Google等同样布局 loT 生态的厂商有很大不同。

小米的“造链运动”就是这么来的。雷军在布局IOT之初,就提出了“100 家生态链企业”的战略目标。时至今日,小米生态链已经成为拥有上百家硬件厂商,其IOT开发者平台也接入了多达上亿台设备,成为目前“最大消费IOT平台 ”。

这种模式的好处是见效快,能够快速的打开市场。但潜在的问题是,真正能够进入小米IOT平台的智能设备,大多来自于甘愿接受小米管控的小企业。市面上销量大、口碑好的家电、智能设备厂商都很难进入这个“圈子”,这就让消费者的选择极其有限。

2017年11月,小米对外宣布开放小米IoT开发者平台。

小米公司创始人、董事长兼CEO雷军正式宣布,小米IoT平台联网设备超过8500万台,日活设备超过1000万台,合作伙伴超400家,已经稳居全球最大的智能硬件IoT平台;雷军认为小米已经成为全球最大智能硬件IoT平台。

在大会上,小米 科技 董事长兼CEO雷军表示小米初步完成了当初的目标,现在要开启小米IoT战略第二阶段,小米将全面开放IoT平台并启动小米IoT开发者计划,AI+IOT战略。

而在小米IoT战略的第二阶段,“AI”将成为关键词,小米方面表示希望能在AI 技术的加持下,将硬件、软件、云服务和新零售业务串联起来。

所谓AI+IoT,就是人工能智能+物联网。人工智能技术现在基本上都是基于机器学习和大数据,还不能算是真正的智能。但物联网已经逐渐发展起来了,尤其是即将到来的5G时代,很有可能促进物联网行业的进一步起飞。

从小米第一阶段的IOT战略布局,我们可以了解到:

一,现在接入的智能产品主要有三种

1,小米自有品牌的智能产品,如小米手机、小米手环、小米音箱、小米智能空气净化器等

2,小米生态链产品,即小米投资入股的产品

3,第三方产品,这也是小米更加开放的表现。

二,小米布局AIoT有三大优势:硬件优势、大数据优势和丰富的生态链布局优势。

1,硬件优势

小米AIoT战略,也是以手机作为第一入口,然后以小米音箱、小米手环、空气净化器、智能灯等与家庭相关的智能产品作为辅助入口,进而建个人、家庭的智能家居场景 。

雷军在2018 MIDC 小米AIoT开发者大会宣布,2018年小米IoT平台已连接了超过132亿台智能设备(不含手机和笔记本电脑),遍布全球超过200个国家和地区,日活设备超过2000万台,每日处理设备请求高达800亿次。内置小爱同学的激活设备数超过1亿台,月活跃用户超3400万。

活跃的物联网设备为海量数据获取及万物互联提供了坚实基础,这是小米布局AIoT战略的硬件优势。

2,大数据优势

2018年7月,在中国大数据应用大会上,小米大数据产品总监赵辉华曾表示,小米有三亿的用户,在三亿用户中有超过日活21个的千万小米应用,这些应用都沉淀到云服务上;在大数据全局搜索方面,小米已经接入了16类的垂直内容,日均用户量是1600万,日均请求量四千多万。

3,丰富的生态链布局优势

AI+IoT 是如今小米最有想象力的业务,远胜于手机。大到智能电视、空调、洗衣机,小到闹钟、移动电源、电动牙刷,小米生态链已经形成了一张大网,小米凭借着用户量、设备数与数据积累,正试图构建一个完整的生态。随着 5G 商用的加速,设备的连接能力将有明显的飞跃,因此 IoT 也将迎来发展的黄金期。在AIoT领域,小米布局很早,积累也较为深厚,已经形成了强大的生态链体系,且线上线下渠道也都已打通。这是小米AIoT战略布局的生态链布局优势。

对于小米来说,推动AIoT战略加速落地,不仅是时机成熟,更是势在必行,所以就有了后面一系列的大动作!

在2017年11月的小米IoT大会上,小米宣布在人工智能领域与百度达成合作,双方将在知识图谱、深度学习、语音、视觉、自然语言处理、人机交互、机器人、无人驾驶、AI芯片等领域展开深度合作。也就是说,小米的智能硬件需要通过DuerOS等外援来补充技术。

2018年第二次开发者大会上,小米AIoT将开放全面升级,Zigbee方案接入到小米IoT平台,云云互联,可以与其他云,并支持标准蓝牙Mesh

在落地应用上,小米开始在AR(owlii)、智慧酒店(全季酒店)、智慧家装(爱空间)上进行落地。

AIoT平台将接入智能门锁。

2018年,小米也开始向海外扩张IoT业务,2018年2月,智能电视进入印度市场,并在2018年第四季度在印度市场出货量排名第四。

最后,我们再来看看小米2018年年度财报,2019年3月19日,小米发布了2018年财报。

2018年,小米智能手机收入1138亿元,同比增长413%。报告期内,小米智能手机出货量达119亿台,同比增长298%。

2018年,小米IoT与生活消费产品分部的收入为438亿元,较去年增长869%,也成为小米2018年增速最快的业务。

从该业务在整体营收中的占比来看,2018年全年达到251%,而2017年为205%;2018年第四季度,该业务营收占比甚至达到了336%,而2017年同期为242%。IoT业务无疑成为小米2018年第四季度和全年的最大亮点。

根据财报公布的数据,截至2018年12月31日,小米IoT平台已连接的IoT设备数(不包括智能手机和笔记本电脑)约为151亿,同比增长1932%。拥有5个以上小米IoT设备(不包括智能手机和笔记本电脑)的用户数约230万,同比增长1091%。

此外,小爱音箱累计出货量超900万台,小米电视全球出货量840万,同比增长2255%。报告期内,小米也开始向白电领域进军,分别在2018年7月和12月推出了米家空调和米家互联网洗烘一体机。

从2018年的年报可以看出,今年开始,小米的动作也确实比以往更频繁。

1月11日,他们宣布启动“手机+AIoT”双引擎战略,雷军称小米将在未来的5年内,持续在AIoT领域投入累计超过100亿元,ALL in AIoT;

2月26日,又成立集团技术委员会,成立人工智能部、大数据部、云平台部;

3月7日,小米成立了AIoT战略委员会,由IoT平台部、人工智能部、生态链部、智能硬件部等十几个核心业务部门的总经理、副总经理组成。

2019年4月2日,小米决定拆分松果电子部分团队为大鱼半导体,新部门以后将专注AI、IoT芯片研发,而松果电子继续研发手机芯片。

而这些动作背后都有一个整体的指导思想,AIoT战略要如何深入?设备层面,小米已经积累了五六年的优势,很显然,想要真正把握住这个万亿级的大市场,只有由设备下潜到基础核心技术层面,包括芯片、人工智能、连接技术、边缘计算等等。移动互联网时代的无数次实践已经证明,只有对全产业链的把握,才能在千变万化的时代中以不变应万变,小米跑得更早,所以也有更多的时间积淀这个能力。

我们看到,在小米前进的路途上,也在不停的思考,及时更新战略。胜不喜,败不骄之余,小米的AIOT战略也有不得不要面对和考虑的问题。

一,AI技术先天不足

IoT是一个生态,并非是单一的设备模式,核心驱动力肯定离不开AI技术。而在小米IoT战略的第二阶段,人工智能成了整个生态的关键词,小米希望在AI技术的加持下,将硬件、软件、云服务和新零售业务串联起来。

小米在AI技术上的不足,导致小米的IoT模式不够完美,甚至还容易遭到外界和投资者的“挑刺“。

所以,在2017年11月的小米IoT大会上,小米宣布在人工智能领域与百度达成合作,双方将在知识图谱、深度学习、语音、视觉、自然语言处理、人机交互、机器人、无人驾驶、AI芯片等领域展开深度合作。也就是说,小米的智能硬件需要通过DuerOS等外援来补充技术。

小米之所以和百度合作,原因有二

1,在国内的互联网巨之头中,百度是最早选择“All in AI”的玩家,数据上的优势加之时间上的红利,百度在人工智能技术上有着深厚的基础。尤其是以对话式人工智能 *** 作系统DuerOS的出现,打开了国内人工智能 *** 作系统的先河。在DuerOS的合作名单中,已经出现了美的、海尔、TCL、vivo、海信、HTC、联想等超过130家的合作伙伴,在AI技术方面的积累与小米在硬件场景上的布局有着很强的互补性。

2,百度也是这场合作的受益者,小米庞大的IoT基础和大数据,不仅可以为百度的人工智能提供丰富的训练样本,也在加速人工智能技术在实际场景中的落地。除此之外,DuerOS和小米IoT在场景和应用上存在一定的交叉,百度和小米的合作便意味着,小米的供应链优势可以丰富百度人工智能生态,将AI技术应用到更多场景,进而为DuerOS和小米用户带来更好的用户体验。

二,研发资金不足

AI技术研发的投入和生态打造,是一件相当长周期的事儿。拿百度在AI技术领域的投入为例,5年前就一直持续砸资金,直到今天还谈不上形成规模化收入。所以,技术是需要积淀的,需要长期研发,共同攻关,不是临时抱佛脚就能解决的。而且更关键的一点是,与主流互联网企业百度、腾讯、阿里和美团比,小米身上的硬件痕迹过重,缺乏应用服务的场景支持,少了大数据这一侧持续训练和学习的支持,玩AI的难度就更大一些了。

在人工智能方面,华为终端今年预计投400亿研发iot物,百度每年在此技术的投入均在15%以上,阿里在未来对达摩研究院投入1000亿以上。而小米姗姗来迟,在2016年才涉足AI研发,在接下来的五年里,小米将继续在AIoT上投资100多亿元。

三,IoT芯片“核芯”不足

从IoT的开发上看,大致可以分为三个层级:硬件设备、 *** 作系统和处理芯片。目前国内没有哪一家公司能够将这三个层级全部做好。小米做到了最大普及程度的消费级硬件设备,百度、阿里则是拿出了 *** 作系统,华为在芯片和硬件上更为侧重。

从物联网产业链来看,主要包括感知层、网络层、平台层、应用层几大方面。除了网络层之外,其他方面则厂商争夺的重点。而从产业环节而言,芯片无疑是物联网系统的核心。为此,想要构建自主生态,打造低功耗连接,芯片的作用不可言喻。

小米由于缺乏核心技术,在许多关键领域都不得不依赖其他企业。例如,在手机AI芯片、IOT 芯片方面,小米都缺乏实力,无法像华为那样依托自家的麒麟芯片实现自主的产品以及技术迭代。这也导致了小米在高性能、低功耗IOT芯片方面的研发能力和产品迭代速度也远远落后于华为。

相对于手机芯片,物联网芯片本质上还是通信芯片,具有一定的相通性,但对于小米而言想要进入也并非易事。

以华为这么大的投入力度,在芯片自主研发的路上也不是一帆风顺。自2004年开始,华为就开始布局自主研发芯片,2009年才研发出第一颗K3芯片,并且还是试水。之后更是经历了多次实验,才在2014年成功研制麒麟芯片,并最终应用到华为手机之中。由此可见,芯片的研发难度有多大。

小米自2014年成立小米松果电子以来,第一款NB-IOT芯片在2017年底才推出。虽然在时间点上,并没有落后很多,但是显然华为等厂商已经抢先一步。从布局方面来看,首款NB-IOT芯片的推出,小米IOT生态布局也趋向于进一步完善。

而且,在小米的IOT产品系列中,除了手机这个核心产品掌握在自己手里外,其余产品大多依赖生态链企业去研发制造。问题是,这些生态链企业也和小米一样,面临“缺芯”的困扰。

所以,未来小米需要在IoT芯片领域加大研发力度。

四,生态链并非固若金汤

小米在布局生态链的过程中,采用“占股不控股”模式。看似明朗的背后,隐藏着哪些风险。

借助小米品牌的声誉以及小米在互联网渠道的优势,多家小米生态链企业迅速发展,更有数家企业年营收迅速从零增加至超过十亿元,这无疑进一步提升了小米的名声,但是随着小米生态链企业的成功,一些质疑也伴随而来,担忧它们过于依赖小米将难以持续发展壮大,去小米化呼声日益严重!

以小米生态链企业的典范--华米为例,2015年、2016年来自小米的收入占其营收的比例超过九成,而净利润分别为-038亿元、024亿元,到2017年、2018年来自小米的收入占比降低到八成以下,其净利润分别提升至2305亿元、4748亿元,华米也不忌言净利润的增长主要是由于自有品牌Amazfit业务发展所取得。

对比之下,可以看出华米虽然依赖小米贡献了大部分收入,但是小米方面带来的净利润较低,而它在2017年、2018年取得净利润的大幅增长主要来自于拓展自有品牌业务。

小米生态链企业,依托小米的销售渠道,离开小米将面临失去市场的风险。同时,小米对生态链企业的管控虽然越来越弱,要求却越来越严格。

不仅如此,竞争也是生态链企业面临的严峻考验。在内部,同一类别产品有多家企业竞争,例如,同时做智能锁的云丁、云柚和绿米;同时做空气净化器的睿米、琭珞含章和星月电器。

在外部,越来越多的企业加快了进军IOT市场的速度,华为与硬件厂商合作,在智能家居领域打造一个更开放的生态;OPPO、vivo、TCL 则是共同合作,宣布成立IoT开放生态联盟。

显然,IoT已经成了厂商们的第二战场,生态链企业面对的竞争日益激烈。

结语:

5G时代的到来,IoT业务也成为众多手机厂商发力的对象。OPPO和vivo在2018年联合多家家电企业成立了IoT开放生态联盟;华为在日前的AWE上宣布升级IoT战略,余承东还定下了三年内拿下中国三分之一IoT设备的目标。

2019年,是5G商用部署的元年,而5G的一个重要使命就是对海量物联网的连接提供支持,它的高速率、低时延、大容量等特性,是物联网体系成熟的必要条件,可以预见,从今年开始,随着5G商用的进程逐渐推进,IoT的发展将驶入快车道。

希望小米一路前行,再创辉煌!


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