物联网技术如何去实现万物互联

物联网（IoT）是通过互联网通信连接的智能设备的网络，它正在改变我们的生活和工作方式。在农场，无线物联网传感器可以将有关土壤水分和养分的信息传输给全国的农业专家。物联网警报系统配备了可使用多年的电池，可为房主提供长期保护。适用于人和宠物的可穿戴健身设备可以监控活动水平并提供有关心率和呼吸的反馈。尽管这些应用程序有不同的用途，但它们都有一个共同的特点：依赖于强连接性。

寻求连接解决方案的IoT利益相关者包括无线电和芯片组制造商，平台供应商，设备制造商，以及各个行业中购买IoT支持产品以供自用或向公众出售的公司。 这些公司现在可以从30多种不同的连接选项中进行选择，这些选项具有不同的带宽、范围、成本、可靠性和网络管理功能。这种多样性，再加上不断发展的技术需求，造成了一种窘境。 如果利益相关者将赌注押在一个连接选项上，而另一个则成为主流，那么他们的物联网设备，应用程序和解决方案将很快过时。 如果他们不能看到连通性格局如何演变，他们可能会落后于更具侵略性的竞争对手。

蜂窝5G网络最终可能成为IoT连接的通用解决方案。 尽管现在一些全球电信网络和工业应用都使用5G，但是由于开发和部署成本高昂，该技术至少要五年才能广泛使用。 到2025年，与物联网相关的年度经济收益预计将达到3.9万亿至11.1万亿美元，公司不能将物联网投资推迟到5G到来之时。

为了帮助企业领导者确定最能满足其当前需求的连接性解决方案，我们分析了13个领域，包括汽车、制造业、建筑业和消费者。在每个领域，我们关注可能的用例的连接性需求。然后，我们确定了每一个最相关的连接解决方案。此外，我们还研究了可能影响连接性格局演变的业务因素，以及强大连接性战略的要素。

各种各样的连接产品

在考虑物联网连接的选择时，公司必须从四类解决方案中进行选择：无许可、低功耗、广域（LPWA）、蜂窝式和卫星通信。公司可能会发现很难在这些技术中做出选择，因为每个物联网用例都对带宽、范围和其他连接功能提出了独特的要求。LPWA选项也很难评估，因为它们仍处于部署的早期阶段，在更大规模地实施之前，它们的全部潜力和缺点不会变得明显。

无许可连接解决方案

这些解决方案并非独家授权给特定公司，允许公众在使用此技术的任何物联网设备上访问它们。未经许可的解决方案相对便宜，允许企业管理自己的网络，而不是依赖移动运营商。不利的一面是，未经许可的技术容易受到电气或环境障碍物的干扰，例如大量可能干扰信号传输的建筑物。他们还面临着远距离（超过100米）连接的困难。公司对于无许可连接有多种选择，所有这些都有不同的特点。例如，Wi-Fi可能是最著名的无许可选项，其带宽可达每秒1千兆字节。这比蓝牙、Zigbee和Z-Wave的带宽要高。

低功耗广域连接

LPWA技术相对较新。顾名思义，它们具有两个特征：

低功耗。假设它们每小时收集和分析数据，并考虑电池自放电和退化的典型影响，它们可以让设备运行数年。

广域。这些技术提供从网关设备到终点至少500米的信号范围。在具有挑战性的部署环境（如城市或地下位置）中，覆盖率最低。

LPWA技术除了提供较长的电池寿命和广泛的使用范围外，还具有可靠且成本低廉的特点。没有其他技术能将这四个特征结合起来。例如，未经许可的技术是不可靠的，而蜂窝技术是昂贵的，并且一次充电无法提供多年的电力。因此，LPWA满足了物联网连接中未满足的需求。

LPWA网络目前覆盖全球人口的20％，因此它们无法在未来五年内成为默认解决方案，但是其可用性正在迅速增长。 到2022年，我们预计大多数物联网应用程序将使用LPWA网络，这将使连接选择不那么困难。 （届时5G仍将无法广泛使用）。

一些公司已经开发了专有的LPWA技术，包括Ingenu（以前称为On-Ramp Wireless），Link Labs，LoRa，Sigfox和Weightless。第三代合作伙伴计划（第三代合作伙伴计划）是一家开发连接性准则的组织，它也在努力标准化由许多或所有移动设备，芯片组和模块制造商支持的几种非专有技术。其中包括窄带物联网（NB-IoT），这是最新的LPWA选项，是专门为物联网开发的。 其他非专有技术包括LTE机器类型的通信（用户设备类别1、0和M），扩展覆盖的GSM（EC-GSM）和低吞吐量网络。

每种LPWA技术都有不同的优势和实现要求。例如，Sigfox管理自己的网络，而LoRa得到400多个合作伙伴的支持。NB-IoT依靠现有的蜂窝基础设施来进行小型试验。当NB-IoT变得更广泛可用并应用于更大规模的计划时，情况也将如此。 由于LPWA市场仍处于早期阶段，因此很难预测哪种LPWA解决方案将成为赢家。

蜂窝连接

目前的4G LTE技术提供高达每秒100兆字节的高带宽和超过10公里的大范围传输。可靠性和可用性也很好。 不利的一面是，4G LTE技术的成本很高，一个模块要花费数美元甚至更多，而Wi-Fi则要不到1美元。蜂窝连接还具有较高的功耗要求，这使得它不太适合物联网应用，在物联网应用中，电池寿命应长达数年。

公司可以在公共或私有网络上部署4G LTE连接。公用网络使用与移动电话相同的连接基础设施，而专用网络则通过将未使用的频率从移动运营商处许可给企业拥有的基础设施，将设备隔离到单独的系统中。我们分析中的一些公司管理私有网络，但大多数公司缺乏必要的能力和预算。

地外连接

这种连接方式包括卫星和其他微波技术。物联网利益相关者通常只在蜂窝和光纤选项不可行的情况下使用它，因为它的成本最高。例如，国防部的组织可能会使用卫星连接无人驾驶飞机。地外连接具有低到中带宽、高范围和中到高可靠性和可用性。只有少数行业的物联网应用依赖地外连接。

跨行业的连通性要求

尽管没有完美的连接解决方案，但我们能够通过确定每个行业中可能的用例来为每个行业确定最合适的选择。 其中许多涉及降低成本和提高生产率。 例如，许多行业的公司都重视物联网解决方案，这些解决方案通过提供预测性维护来减少机器停机时间，以及使它们能够更好地了解供应链并消除瓶颈的解决方案。 这些服务或任何其他任务还没有基于IoT的“杀手级应用程序”，但随着连接技术的发展，在未来几年内可能会出现。 这可能会增加物联网的容量和价值。

我们的研究表明，即使潜在用例相同，连通性要求也因行业而异。例如，预测性维护和运营优化是制造、采矿、建筑以及石油和天然气的潜在物联网用例。但是，范围和可靠性要求因行业而异，管理网络的意愿和能力也不同。

在确定了可能的用例和相关的需求之后，我们确定了在未来五年中每个行业中可能会受到青睐的连接解决方案。我们相信，随着更广泛的可用性，许多公司将从无许可技术转换为LPWA，因为它可以更好地满足他们的连接要求。考虑采矿行业，该行业中的一家公司必须将电缆铺设到地表以下，并安装频繁的接入点以在其站点之一提供Wi-Fi连接。 （它不能使用其他连接技术，因为蜂窝和地面解决方案无法在地球表面以下传输信号。）LPWA可以更轻松地穿透墙壁和其他障碍，一旦在其所在地区商业化，LPWA就可能成为该公司的首选连接解决方案。农业和制造业等许多其他行业的公司也可能从无许可技术转向LPWA。实际上，我们可以看到IoT与LPWA同步增长的情况，因为改进的连接性将同时增加使用中的IoT设备的数量和使用地点。

尽管LPWA越来越受欢迎，但蜂窝选项仍将为众多行业的用例提供连通性。 最高的蜂窝需求将涉及公共LTE网络，因为私有网络的构建和维护成本很高。

卫星和其他地外通信解决方案将继续发挥利基作用，仅在蜂窝或光纤技术不可行的情况下提供连接。

商业因素将有助于确定哪种连接解决方案获得最大的吸引力

我们的分析表明，技术的进步并不是决定哪种连接解决方案成为主导的唯一力量。实际上，以下业务因素（包括物联网利益相关者无法控制的因素）可能起着同等重要的作用。

改变工业设备制造商的商业模式

大多数创建工业物联网解决方案的设备制造商最初都遵循按设备单位付费的商业模式，在这种模式下，他们对售出的每台设备收取一次费用，并从长期维护合同中获得大部分收入。这种模式无意间在希望使设备连续运行的客户和从维修故障设备中获利的制造商之间造成了利益冲突。但是这种冲突可能很快就会停止。制造商现在正在过渡到设备即服务（DaaS）模式，在该模式下，他们向客户出售其产品的订阅。订阅涵盖了最初的设备购买和以后的维护成本，即使产品不需要维修，制造商也可以从中获利。实际上，由于服务成本可能会降低其收入，因此他们会努力保持设备运转。为了简化DaaS模型，制造商需要连接解决方案，以允许他们远程连接，监视和执行更新。LPWA解决方案最能满足他们的需求，因为Wi-Fi等未经许可的技术无法在带有大量电气和环境干扰的嘈杂环境中正常工作，包括制造工厂中的环境。

相关费用

尽管物联网连接芯片组可能相对便宜，但公司可能需要额外的成本才能启用解决方案，包括用于模块、改装和基础设施的解决方案。 例如，公司购买Wi-Fi模块的费用可能不到一美元，但他们可能需要购买多个接入点，安装布线并进行系统集成以实现连接性，而这一切都是昂贵的工作。 如果在这种情况下可以选择LPWA，则公司可能会青睐它，因为它们的相关成本会更低。

即使是同一类别的连接技术也可能具有不同的关联成本，这可能决定公司选择哪种解决方案。例如，考虑各种LPWA选项。虽然公司必须建造通讯塔并购买模块以部署Sigfox连接，但是NB-IoT只需要购买模块，因为它可以使用现有的蜂窝基础设施。

支持生态系统

一些物联网连接解决方案更易于部署，因为它们具有支持其使用的强大生态系统。 例如，LoRa是一种有吸引力的LPWA选项，因为LoRA联盟中已经有数百个成员，并且这个数目正在增长。

商业准备

一些新兴的连接性解决方案尚未进行大规模测试。比如NB-IOT，一种新的LPWA技术，可以通过现有的蜂窝基础设施部署，并且具有非常低的功率需求。虽然这项技术正在试验中，但在商业上并没有广泛应用。因此，与其他LPWA解决方案（如LoRa和Sigfox）相比，它可能处于劣势，这些解决方案已经上市几年，现在已成为不断增长的生态系统的一部分。

强有力的近期连接战略的要素

在公司设计其物联网战略时，他们必须保持开放的态度，以适应新的连接标准和客户的喜好来简化其方案计划。 同样，他们应准备研究新的业务模型，因为物联网连接性的进步可能会带来一些令人惊讶的机会。

押注多种物联网连接标准

多个组织正在尝试建立IoT的连接标准，包括工业互联网联盟和赞助开放标准计划的各个公司。 这些小组已经成功地为其他技术领域的连通性设定了标准，但是他们的努力往往进展缓慢，这可能会延缓增长。一些公司联盟和单一的强势参与者也试图在标准制定机构能够统一和定义标准之前就制定事实上的标准。

其他技术的经验表明，最有可能成为主导的物联网连接标准将为所有利益相关者提供明确的价值，例如降低成本或技术优势。他们还将得到一个或多个涵盖大量产品的强大生态系统中所有参与者的支持。最后，首选标准将允许快速推出和扩展，以及易于采用。如果它们在合伙企业或多个团体的支持下，则更有可能发生这种情况。

在物联网利益相关者对标准更加确定之前，他们必须保持灵活性。例如，爱立信和华为正在推出不同版本的NB-IoT，但尚不清楚哪个将变得更流行。 因此，想要为IoT产品启用即用型设备连接的平台供应商可能希望使其产品与这两个版本兼容。尽管此策略确保设备可以通信，但它还会增加复杂性并可能增加产品成本。

专注于简单

我们拥有优秀的工程师和领先的技术公司，感谢现有或正在开发的大量连接技术。复杂的解决方案很好地体现了创作者的技术实力，它们可能最适合许多产品。 但是，在物联网中，公司在选择连接解决方案时必须专注于用例，而不是技术的复杂性。这意味着，即使可以使用更高级的选项（即使可以以较低的价格购买它们），也应该首先选择满足设备功能基本要求的连接解决方案。

探索新的商业模式

物联网的最大需求之一是无处不在的连接性。无论位置如何，都可以连接到任何设备。移动虚拟网络运营商（MVNOs）是目前唯一提供此功能的运营商。 这些运营商从在各个位置（理想情况下在每个主要国家/地区）拥有蜂窝网络的其他公司租用无线容量。 然后，他们将其能力转售给设备制造商等物联网利益相关者。 但是，MVNO不一定会成为物联网连接的领导者，因为它们不会弥合必须使用同一应用程序的公司之间的鸿沟。 例如，如果一家运输公司正在将箱子卸货到卡车上，则需要将其数据移交给卡车公司，然后再交给箱子最终将运到的工厂。 开发连接解决方案以弥合这些差距的公司可能会成为物联网的领导者。

物联网本质上是复杂的，设备和应用程序需要多个供应商的合作。 同样，提供端到端的物联网连接可能会很复杂，因为它需要多个供应商，并且公司可能会发现他们需要针对其潜在用例的不同解决方案。 赢家公司将尽力解决目前的困惑，并建立连接解决方案，即使不确定性依然存在，它们也将成为物联网的领导者。