中国物联网行业分析报告.docx
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中国物联网行业分析报告
2017年物联网行业分析报告
2017年7月出版
1、大连接时代来临
万物互联大发展趋势下,接入网络的终端数量正在迎来一轮高速增长的大潮。
根据测算,2020年全球M2M连接数将达到210亿,年均增速26.8%,其中个人消费类占
比2/3,公共事业(智慧城市、交通、抄表等)和垂直应用(医疗、家居等)占比1/3,公用事业类应用的数量将在2020年超过垂直应用类,成为仅次于个人消费类的第二大市场。
来自运营商和设备商的预测则更加激进,AT&T和思科预测2020年500亿的连接数。
即使按照比较保守的Gartner的数据,M2M连接数也将在4年里增长3.2倍,年均增速达到27%。
图表1:
全球M2M连接走势
同样根据Gartner的预测,物联网市场规模将达到1.9万亿美元,成为电信业之外一个新的万亿级市场。
按照AT&T的测算,2020年全球人均接入终端数约为6.58个,
5年内增长了近1倍。
大量的接入设备带来的是海量的数据,而数据就是资源和财富。
根据预测,到2020年全球数据传输总量将超过40ZB,其中1/4来自于物联网。
图表2:
物联网产生的数据占比
图表3:
全球人均接入终端数变化
对物联网来说,物是载体,是数据的入口,网才是核心,是数据产生价值的地方。
按照梅特卡夫定律来看(网络价值等于网络节点数的平方),规模越大或者接入设备越多网络的价值也就越大。
从我们熟知的人与人的网络也可以看出来,公众网络产生的商业价值远超
专用网络(全球市场2016年2万亿人民币对900亿人民币)。
构建公网的基础有
三个关键因素:
统一的标准(硬件、软件、频段)、低廉的使用成本和值得信赖的管理
者(运营商)。
传统形态物联网的主要瓶颈就是标准不统一并且缺乏占主导地位的广域接入技
术,严重制约了物联网作为网络的价值最大化。
从蜂窝通信技术衍生出的窄带物联网
(NB-IoT)/强化机器连接(eMTC)可以为物联网带来一个类似于电信网络的“宏”网络,带领物联网从局域走向广域。
2、运营商锁定目标市场广域覆盖厚积薄发
M2M连接数的高增长会带来巨大的市场是一个不争的事实,但是由于物联网广域覆盖技术的起步较晚,可穿戴设备、智能家居几大市场已被WiFi、Bluetooth、Zigbee等短距离接入技术占领,NB-IoT/eMTC能否成功崛起?
我们可以从技术、需求/市场空间、驱动力3个维度分析这个问题。
2.1、技术分析
当前物联网技术存在碎片化的特点,采用的标准和技术有多种多样,主要分成三
大类,一类是以自建立网络,小范围短距通讯网络为主,主要技术包括IEEE802.11ah
(低频WiFi)、Bluetooth和ZigBee;二是使用非授权频段做广域覆盖为主,主要技术包括:
Sigfox、Lora;三是运营商主导依托蜂窝技术,使用授权频段做广域覆盖,包括NB-IOT和eMTC。
让我们首先认识一下主流的物联网接入技术。
2.1.1、物联网接入技术简介
(1)IEEE802.11ah
802.11ah标准是IEEE802.11工作组针对物联网设计的通信协议,核心思想参考了
802.11n与802.11ac标准,实际上可以理解为低频段的WiFi技术。
802.11ah采用载波侦听冲突检测的方式实现多址接入,主要利用900MHz等1GHZ以下频段,适用的场合为:
(1)不需要极高速率(带宽);
(2)希望支持更多终端同时工作;(3)希望延伸传输距离。
802.11ah的设定目标为:
(1)传输速率大于100kbps以上;
(2)单个AP支持6000个以上终端用户;(3)覆盖范围在1km以上。
802.11ah标准在中国的信道分布,如下图所示,信道划分最大可有32个子信道:
图表4:
IEEE802.11ah频谱划分
其中,755MHz-787MHz频段的发射功率最大不超过10mW,917MHz-925MHz频段的发射功率最大不超过200mW,在不加入PA且考虑天线增益为0dB的情况下,可适量进行增大。
(2)Bluetooth
蓝牙是一种低功耗短距离无线传输技术,支持跳频,采用GFSK调制,支持单节电池工作需要数月甚至数年。
蓝牙的低功耗主要通过以下技术实现:
(1)可调整的低占空比;
(2)传输信息长度可变;(3)上下层分工的重新安排:
低功耗蓝牙架构里将大部分的信息与控制任务交到controller下层,只有在真正需要的时候才会唤醒host上层,进而大幅简化运算复杂度高的host层所消耗的能源。
低功耗蓝牙成从唤醒到传输的时间,一般可以在3~6ms完成,对比传统蓝牙技术所需要的100ms要快十多倍。
(3)ZigBee
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议,是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。
主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。
ZigBee所使用的频率范围分别为2.4GHz和868/915MHz。
因此,IEEE802.15.4定义了两个物理层标准,分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。
两个物理层都基于直接序列扩频技术,使用相同的物理层数据格式,区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率的不同。
2.4GHz的物理层通过采用16相调制技术,能够提供
250kb/s的传输速率。
(4)LoRa
LoRa是目前应用最为广泛的LPWAN(LowPowerWideArea,LPWA)网络技术之一,LoRa技术本身是一种远距离低功耗通信的技术,与其他远距离低功耗通信技术不同的是,LoRa联盟推出了完全支持蜂窝物联网应用的LoRaWAN通信协议。
该通信协议能够很好的处理节点漫游、基站容量管理、节点鉴权等蜂窝技术的要求,而且因为其开放性,全球大量的研发型公司参与其中不断更新修正完善LoRaWAN通信协议,使得该通信协议有着自我修复不断进化的能力,进而逐渐展现出强大的生命力。
LoRaWAN支持模块生产商将模块接入第三方符合LoRaWAN标准的基站,进而提升了厂商之间合作的可能性。
(5)SigFox
SigFox也是商用化速度较快的一个LPWAN网络技术,它采用超窄带技术,使得网络设备消耗50微瓦的功率为双向单向通信或100微瓦。
这一协议由SigFox公司拥有,其创始人是法国企业家LudovicLeMoan,主要打造低攻耗、低成本的无线物联网专用网络。
目前,Sigfox的网络覆盖法国、西班牙、荷兰和英国的10个大城市。
(6)eMTC
eMTC是3GPP在不改变LTE自身技术体制基础上,通过适当改造,实现对物联网的支持,核心标志是推出CatM类别的终端。
eMTC可以基于TDD技术或者FDD技术,eMTC的主要特点包括:
(1)降低UE上下行带宽到1.4MHz;
(2)降低最大发射功率;(3)减少支持的下行传输模式;此外,还可以考虑以下技术降低成本:
(1)减小最大传输块大小;
(2)简化对多个传输的同时接收的支持;(3)放松EVM要求;(4)降低物理信道处理(比如放松下行HARQ定时或者减少HARQ进程数);(5)减少支持的CQI/CSI上报模式;覆盖增强方面,目标是相对现有的覆盖增强15dB,目标MCL为155.7dB。
通常采用以下技术来增强各物理信道的覆盖:
(1)子帧bundling技术(PDSCH,PUSCH);
(2)取消控制信道的使用(e.g.PCFICH,PDCCH);(3)控制信道重复(e.g.PBCH,PRACH,(E)PDCCH);(4)取消或者重复(e.g.PBCH,PHICH,PUCCH);(5)上行PSDboosting,粒度小于1个PRB;(6)使用EPDCCH跨子帧调度分配资源以及重复(也可以考虑EPDCCH-less操作);(7)新的物理信道格式及重复用于SIB/RAR/Paging;(8)新SIB用于降低带宽和/或覆盖增强用户;(9)增强参考信号密度以及跳频;(10)放松PRACH漏检概率以及UE初始
PSS/SSS/PBCH/SIBs获取时间;
(7)NB-IoT
窄带物联网(NB-IoT)技术在3GPPRelease13中正式发布,是基于LTE的基本构架,面向大连接、广覆盖、低成本、低功耗的物联网应用而设计的物联网系统,其主要特点包括:
(1)覆盖增强(相对GPRS网络提升20dB),下行采用15KHz子载波间隔,上行采用3.75KHz和15KHz两种子载波间隔,终端最小发送带宽3.75KHz。
(2)大规模连接:
5万+连接/200KHz/CELL;(3)超低功耗,10年电池寿命:
采用了PSM及eDRX技术,寻呼优化技术,系统信息有效时间延长至24h;(4)超低成本;简化终端功能,仅支持半双工方式,支持带宽180KHz,减少处理进程数。
(5)最小化信令开销:
支持CP和UP两种数据传输方式,无下行反馈信道;(6)时延放宽到10s以上;(7)支持多种部署模式;standalone、inband、guardband三种部署模式。
NB-IoT目前只完成了FDD制式的标准定义。
图表5:
PSM&eDRX技术
图表6:
NB-IoT三种部署方式
3GPP在立项之初就对NB-IoT的能力提出了具体的指标要求:
NB-IoT比现有GPRS
网络提升20dB,实现网络广域覆盖;具备支撑海量连接的能力,一个NB-IOT扇区可支持5万个连接;更低功耗,5Wh的电池最大可供终端使用10年。
为此NB-IoT基于现有的4GLTE网络系统做了大量的改进和优化,以满足3GPP的立项目标。
图表7:
NB-IoT解决方案
2.2、源自移动通信高标准有保障
我们可以将NB-IoT/eMTC的特点总结为以下三点:
广覆盖:
上行单子载波传输,支持更小的子载波间隔;物理信道支持最大128次
的重复发送;基于覆盖等级的寻呼优化和随机接入。
大连接:
支持多载波和基于小区列表的寻呼优化;上行的时延可放宽到10秒以上;
重点保障小数据包且不频繁的业务类型。
低功耗:
上行多子载波传输;简化终端的下行接收,支持QPSK和咬尾卷积码;eDRX
周期最长43分钟,系统信息有效时间延长至24小时。
图表8:
NB-IoT/eMTC技术指标
表格1:
主要物联网接入技术比较
与短距离接入相比较,NB-IoT/eMTC在覆盖范围(根据信道环境不同1KM-10KM比
10M-100M)和电池寿命(10年比1天-1月)、移动性和QoS方面有绝对的优势;与其他广域覆盖技术相比,NB-IoT比LoRa电池寿命也要长一倍以上,移动性也更好;与Sigfox相比,NB-IoT依托的产业联盟更为强大,虽然SigFox已经在使用ARM的模式向其他芯片厂授权生产,但是显然抵挡不住运营商强大的朋友圈。
综上所述,在技术上环节上NB-IoT/eMTC的组合综合实力优于其他对手。
表格2:
NB-IoT/eMTC与其他技术比较图
图表9:
NB-IoT生态链
图表10:
3GPP的物联网标准化进程
2.3、市场分析
2.3.1、适用范围广用户活跃度高
根据应用场景不同,物联网的需求可以分为高速、中档、低功率广覆盖(LPWA)
三层,现阶段Bluetooth、WiFi、Zigbee等短距连接经过近10余年的发展,应用广泛、
产业成熟度较高。
但是实际上,NB-IoT/eMTC具备覆盖90%业务场景的能力。
图表11:
物联网业务场景分类及适合的技术
由上图可以看出,NB-IoT/eMTC的部署与公用事业类应用的契合度非常高,实际上
无线抄表、环境监测和智能停车也是NB-IoT最先公布的应用场景。
在面向公众的商业应用上,摩拜单车已经在利用蜂窝物联网和运营商的CMP接入管理平台实现车辆管理和精确(室内)定位,这也是NB-IoT/eMTC的潜在市场。
NB-IoT/eMTC的另一大目标市场就是工业物联网市场,尤其是对接入安全较为敏感的能源、化工、军工等企业,除了深度覆盖、大连接、低功耗和低成本带来的便捷,授权频段的高可靠性也是重要因素。
图表12:
NB-IoT/eMTC协同支持工业应用
从现有蜂窝物联网的应用分布可以看出,NB-IoT/eMTC可以支持所有的中、低速率场景,NB-IoT/eMTC目标市场的活跃度非常高,属于附加值较高的市场。
随着运营商逐渐缩减GSM/GPRS网络规模,NB-IoT/eMTC具备快速填补市场空白的能力。
图表13:
蜂窝物联网应用在主要行业的分布比例
图表14:
蜂窝物联网用户活跃度
在消费物联网领域中,NB-IoT/eMTC也可以满足一些特定场景,例如智能手环、便携式心跳/脉搏和其他指标检测仪器等。
这些应用的特点是低速率、实时监测、QoS(不掉线)、低能耗、移动范围较大,蜂窝物联网可以使这些终端不再依赖手机作为接入互联网平台的唯一途径,并且可以做到几年不用充电,成本只是30元/年左右。
2.3.2、市场高速增长
根据预测,2020年广域网络接入M2M(包括LPWA和蜂窝物联网)占比将达到10%,
约30-50亿个。
而2017年1月工信部公布的《信息通信行业发展规划物联网分册
(2016-2020年)》显示:
到2020年包含感知制造、网络传输、智能信息服务在内的总体产业规模突破1.5万亿元,公众网络M2M连接数突破17亿。
按照三家运营商2016年约1.7亿的物联网用户计算,市场空间有可能未来4年增长10倍,CAGR达到惊人的
77.8%。
图表15:
全球M2M连接数分布
图表16:
中国公众网络M2M连接趋势
我们对NB-IoT/eMTC国内物联网产业规模做了简单的测算,结果是2020年蜂窝物
联网可以带动约1000亿人民币的市场,由于应用场景尚不明确,我们并没有把连接管
理平台和应用使能平台的应用、数据经营、软件等收入计算入内,但是按照全球物理网产业结构中平台+应用占比超过60%来看,蜂窝物联网的2020年的整体市场规模很可能大于3000亿元人民币。
表格3:
2020年蜂窝物联网市场规模测算
2.4、驱动力分析
2.4.1、供给侧—运营商的第二次机会
对电信企业自身来说,在人人通信日趋饱和的严峻形势下,物联网成为电信运营
商拓展连接规模的新的蓝海。
据工信部发布的数据显示,截止2015年底,中国的人人
通信连接饱和率已超过95%,人人连接数触顶在即。
此时,我国的人口、政策等优势,为物联网的规模扩展提供了良好的发展条件。
电信运营商迫切希望抓住这来之不易的机会,做优、做全管道连接,抢占物联网连接市场,拓展电信业务规模和范畴,推动企业发展和转型,避免“管道化”的再次发生。
图表17:
移动用户渗透率
在NB-IoT/eMTC的广域覆盖和平台建设上,运营商带着小伙伴们确实是“撸起袖子加油干”。
中国移动、中国电信、中国联通三家运营商计划在2017年基本完成NB-IoT的广域覆盖,速度领先全球。
华为公司作为先行者在3GPP国际标准化组织提出NB-IoT需求,并在全球范围内与爱立信、高通等企业共同引领了NB-IoT标准的制定。
中兴、大唐等企业也正在逐步形成包括芯片、模组、终端、核心网在内的各环节的设备生产和网络建设能力。
三大运营商均提出了各自NB-IoT的商用计划,围绕NB-IoT的产品的生产和商业化正在加速发展。
中国联通在900MHz频段利用NB-IoT技术部署了10个室外站点覆盖整个园区,并且于2016年6月全部开通。
通过NB-IoT网络,在园区内提供智能停车、智能水表业务,后续将拓展到环境监控、人流管理等。
中国移动在福州、杭州等地开展智能水表、智能停车等业务。
中国电信也在深圳开展智能水表等业务,并计划在2017年上半年在800MHz频段全面开通NB-IoT业务。
图表18:
华为NB-IoT二代芯片
图表19:
中国联通物联网布局
表格4:
三大运营商2017年NB-IoT/eMTC建设计划
2.4.2、需求侧—安全性最具吸引力流量费占成本比重大
2016年10月21日,DDoS黑客利用网络摄像头、路由器和视频录像机等消费者连接设备攻击了Dyn.Inc.的服务器,导致超过1200个网站服务中断——包括Twitter
和Netflix。
这次DDoS攻击是一个近年来物联网安全事件频发的一个缩影。
根据CNVD平台近五年公开发布的网络设备(含路由器、交换机、防火墙以及传统网络设备网关等产品)漏洞数量分布分析,传统网络设备漏洞数量总体呈上升趋势。
2016年CNVD公开发布的网络设备漏洞697条,与去年环比增加27%。
图表20:
网络安全事件呈上升趋势
NB-IoT/eMTC作为使用授权频段的广域覆盖技术,其网络质量和安全性、私密性明显优于其他接入手段,尤其对于对QoS非常敏感的工业和智慧城市应用。
NB-IoT/eMTC的成本问题一直是业内关心的焦点。
这是一个非常难争论清楚的问题,虽然自建网络可以省去流量费用和部分接入管理等平台费用,但组网和后期维护
的费用却并不便宜。
相反,运营商运营物联网可以节约大量的后期维护和人工费用。
表格5:
自组网&使用运营商网络成本估算
备注:
组网建设按照专网建设平均成本,终端费用按照运营商网络高10%,后期维护按照组网费用的10%每年,流量费按照30元./年估算)
根据估算,我们认为在百万级以下用户的应用场景中,使用运营商网络有一定的成本优势,但当接入数量达到千万级后,流量费成为主要成本,价格上竞争力变弱。
当然这只是定性的估算,千万级接入的客户会给运营商带来大量的其他收入,运营商会采取后向流量包等形式让利,流量成本有一定的下降空间,并且随着上游产能的提升,运营商物联网的通信芯片/模块等成本也会进一步下降。
总体来说,自组网和使用运营商网络的成本出入并没有印象中那么大。
2.4.3、政策面-有利政策不断出台产业集聚效果显著
物联网发展在经历了从概念到示范之后,逐步形成了“政策先行、技术主导、需
求驱动”的发展态势,发展物联网已经上升为国家战略,中央政府及各地方政府对物
联网产业的政策扶持力度不断深入。
表格6:
2011-2017我国物联网相关政策
在国家整体战略布局的指导下,我国已初步形成环渤海、长三角、珠三角,以及中西部地区等四大重点区域集聚发展的总体产业空间格局。
从全球范围来看,亚洲尤其是我国的物联网发展速度和现有建设条件也是较为领先。
图表21:
我国物联网4大产业集中区
图表22:
全球物联网产业布局
物联网产业与工业4.0、云计算、互联网+等战略性新兴产业能形成很好的互动与相互支撑,我们预计在“十三五”期间扶持和促进物联网发展的政策将陆续出台。
值得注意的是,今年初的国家发改委2017年新一代信息基础设施建设工程和互联网+重大工程项目中列入了物联网广域覆盖和应用平台两个领域。
此外,在最新的《电信网编号计划》中,工信部将"142XX~143XX"明确为物联网网号。
144XX、141XX、140XX分别是中国移动、中国电信、中国联通的物联网网号,三大运营商的物联网网号将根据需要核配启用。
此举也表明我国运营商的物联网广域覆盖将迅速展开。
3、产业链分析
物联网与其他行业领域的深度融合后,产业链非常庞大繁杂。
从整体上看,按照感知、通信、平台、应用4个层级来梳理是比较直观的。
感知层面由无线模块供应商、芯片供应商、射频识别和传感器供应商等组成;通信层面由SIM卡商、电信运营商组成;平台层面由平台服务商、软件开发商组成;应用层面由解决方案提供商/系统集成商组成。
当然,物联网产业的发展成熟度已经非常高,产业链各个环节往上下游都有所渗透,部分IT业巨头已逐步形成产业链的闭环。
我们依据NB-IoT/eMTC覆盖的主线对2017年产业链进行一下梳理。
图表23:
物联网产业链
3.1、感知层——通信芯片/模块产能稀缺导致高毛利率
按照计划,三大运营商预计将在2017年Q4基本完成在NB-IoT/eMTC的广域覆盖,但由于基站侧只需添加NB-IoT基带板,对RRU仅软件升级即可,主流芯片厂商基本都将产能排在了2017年。
预计2017Q2芯片开始集中出货,由于技术门槛和需求量导致
的产能不足将拉高毛利率。
此外,芯片厂商也都在观望运营商的建设进度情况,所以尽量少排产,加上前期生产的良率较低,预计产能要到2018年Q2才能有较大程度的释放。
表格7:
NB-IoT/eMTC芯片量产计划
表格8:
具备NB-IoT/eMTC量产能力的厂商及产品
由于上游芯片产能不足传导至通信模块,具备芯片量产能力的模块厂商毛利率很高,反之则要依靠渠道能力,如果能拿到芯片,毛利率表现也会非常不错。
由于模块厂商需要备货,所以上游产能不足传导的时间会更长一些,所以中兴通讯等芯片/模块一体的厂家将占据很大优势。
表格9:
主要通信模组供应商
3.2、通信层——eSIM卡出货量有望大幅提升
eSIM卡又称为嵌入式SIM卡,是将传统SIM卡直接嵌入到设备芯片上,而非作为独立的可移除零部件加入设备中,通过嵌入式软件可以实现软切换、远程管理、远程编写等多项功能。
物联网对SIM卡的需求主要集中在两个领域:
一个是M2M设备管理部分,另一个是在消费电子领域的应用,如平板、智能手表、无人机及智能手机方面的应用。
eSIM首先在消费类电子品,如智能手表上得到应用,随后渗透到工业和智慧城市物联网中,未来有大概率手机和个人移动终端也采用eSIM卡。
图表24:
eSIM卡版本发展路径
图表25:
eSIM卡全球布局
eSIM的优势主要体现在以下三方面:
在经济性方面,eSIM为用户有效地节省了成本:
第一,eSIM可以节省由SIM卡槽等附件带来的设备空间和制造成本的占用;第二,eSIM可以实现运营商的灵活切换,传统的长期合约带来的成本包袱将消失,有效帮助用户降低资费使用成本。
在便捷性方面,eSIM
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