物聯網:為何NB-IoT、LoRa等都不能讓行業爆發?原因其實不復雜

物聯網能夠給人們帶來很大的便利,按理說,應該會被人們迅速地採用,可是讓人們困惑的是,這個行業發展了這麼多年卻始終不溫不火,以至於人們在現實的生活中幾乎感受不到物聯網的存在。作為物聯網的從業者來說, 這種狀況讓人大失所望,但卻無可奈何。

物聯網:為何NB-IoT、LoRa等都不能讓行業爆發?原因其實不復雜

客觀地說,物聯網行業的前景是毋庸置疑的, 因為它非常符合人類的本性:可以讓人們更好地掌控萬物從而讓自己生活得更加舒適。因此,說物聯網有著巨大的需求是沒有問題的。

一方面存在著巨大的需求, 一方面行業現狀慘淡,這是什麼原因造成的呢? 這兩者看起來好像是矛盾的,能夠很好地解釋這個矛盾的原因只有一個,就是現有的技術在某些方面還無法滿足這些需求!

那麼是哪些方面做得還不夠好以至於無法滿足這些需求呢?

是因為功能性的原因嗎? 看看現有的物聯網需求, 實際上我們幾乎都能找到相應的技術來滿足功能性目標, 例如我們在網上搜索一下, 各種智慧類的項目數不勝數,如智慧農業、智慧工廠、智慧消防、智慧物流等等,這些都是物聯網的具體應用,而且都已經在現實中實現了。 因此,從技術上來講, 實現物聯網的很多功能是沒有什麼問題的。

但仔細看看那些已經實現的物聯網應用,我們會發現他們中的很多隻是停留在演示(demo)的階段,並沒有被大規模應用。 這又是為什麼呢?

由於現在鮮有非常成功的物聯網應用, 所以我們無法總結經驗;因此,我們只好用關鍵成功因子(key success factor)分析法來嘗試解答,分析的角度也簡單,就是投資收益,因為在我們所處的經濟社會中,要想讓一項技術被大規模應用, 就需要有足夠好的投資收益。提高投資收益有兩個簡單的原則,一是降低成本,二是提高收益。因此, 我們可以輕鬆地獲得物聯網的兩個關鍵成功因子:低成本、高收益!看到這裡, 是不是會感覺很失望?說了這麼多, 最後是這麼簡單的答案!但如何實現低成本和高收益呢?我想這才是我們找到現在的物聯網癥結所在的核心問題。 那麼,下面我們一起深挖這個問題, 看看能夠得出什麼樣的結論來。

物聯網:為何NB-IoT、LoRa等都不能讓行業爆發?原因其實不復雜

關鍵成功因子一:低成本。

物聯網的目標是萬物互聯, 意味著終端數量會非常大,所以,成本會非常重要。總體來說,成本主要包括四大塊:硬件成本、部署成本、使用成本和維護成本,那麼每一個成本是如何構成的呢? 我們來一一分析一下。

  1. 硬件成本方面,主要是網關成本和終端成本,例如一個網關要覆蓋1萬個終端(算少的了), 網關算1000塊成本, 終端算20塊的成本, 終端成本:網關成本是200:1的關係。因此,硬件成本方面主要的成本在終端。 要想降低硬件成本, 主要是降低終端的硬件成本。
  2. 部署成本方面, 有線終端肯定要比無線終端要高; 接電源肯定要比用電池或者無源終端要高,因此,使用電池或者無源的無線設備部署成本最低,因此我們下面主要探討無線物聯網。 對於無線物聯網來說,主要包含兩個部件:網關和終端, 因此,部署成本就是網關部署成本和終端部署成本的總和。對網關來說,數量越少,網絡複雜度越低, 部署成本也就越低,因此,覆蓋距離和用戶容量就非常重要。但網關數量終究是有限的,終端的數量多得多, 因此終端的部署成本佔了最大的部分,而顯而易見, 使用電池供電或者無源的終端的部署成本是最低的,無源終端的通訊距離一般不會長,使用範圍有限,且會增加網關的成本,因此我們主要是關注電池供電的無線終端。
  3. 使用成本方面, 主要是電力的成本或者電池的成本。 網關一般是接電源或者使用大容量電池,但由於數量少,成本並不大;對終端來說,由於數量多,電力或者電池成本就成了非常重要的考量要素,無源或者採用低容量電池長期供電的無線終端是降低使用成本的關鍵因素。 和上面的原因一樣,我們還是關注使用電池的有源終端,電池容量越低、使用時間越長, 使用成本越低。
  4. 維護成本方面,主要是硬件維修、電池更換或者充電的各項成本。實現物體的聯網並不難,現有的技術就可以實現物聯網的所有功能,但為何他們中的大多數方案並不能在物聯網中大規模使用?一個很大的原因就是維護成本太高了。設計合理的硬件出故障的概率一般比較小,電池更換或者充電的成本就成了維護成本的主要構成。物聯網終端的數量太多, 少維護或者免維護是降低維護成本最有效的途徑,對於使用電池的無線終端來說, 在生命週期內少更換或者不更換就是降低維護成本的關鍵。

從上文對成本的四大主要構成的分析來看,要想低成本,一般要讓終端滿足如下條件:

採用能夠覆蓋較大範圍的無線方式通訊, 使用低容量電池能夠支持終端使用5-10年不更換或者少更換電池。

對照這個標準,我們可以發現為何現在最熱的物聯網技術是LPWAN(Low Power Wide Area Network),應用比較廣泛的LPWAN技術主要是NB-IoT、LoRa和SigFox,他們終端成本比較低,且能夠在單向低頻次低數據量的場景下使用低容量電池長期供電,所以能夠在一些場景中——例如抄表等——被廣泛應用。

關鍵成功因子二:高收益。

假設我們要建設一張物聯網網絡,我們該如何提高它的收益呢? 很簡單,就是要充分挖掘這個物聯網絡的應用潛力,儘可能多地把它應用在儘可能多的應用場景。

對於無線物聯網來說,主要有兩種通訊模式:單向非實時通訊和雙向實時/準實時通訊。 如果不考慮其他因素,讓大家在這兩者中選擇一項的話,我想大多人會選擇雙向實時通訊。原因很簡單,雙向實時通訊可以做單向非實時通訊的所有事情, 也即雙向實時通訊可以替代單向非實時通訊,反之則不行。這意味著雙向實時通訊有著更廣的應用範圍,也意味著雙向實時通訊有著比單向非實時通訊更好的收益。

因此,我們可以說, 要想實現建設物聯網的高收益,就需要物聯網具備雙向實時通訊的能力。

NB-IoT、LoRa、WiFi、藍牙、zigbee等幾乎所有通訊技術都有雙向實時/準實時通訊的能力,但問題在於在這樣的通訊模式下,功耗非常高,這又和關鍵成功因子一有衝突,導致成本會大大提升。因此,這些技術都不能讓物聯網產業大爆發

要想實現物聯網應用的大爆發——根據以上分析——就必須要實現這樣一個目標:使用低容量電池,在雙向實時/準實時無線通訊的模式下,無線終端能夠持續工作5年以上。 業內人士會知道,這是一個非常苛刻的要求,現有的主流技術是不可能實現的,即使號稱超低功耗、廣距覆蓋的LPWAN的幾種技術也不行,我們在幾年之前試圖踏足物聯網的時候就已經意識到這一點,因此,我們試圖解決這個問題,過程當然是痛苦的, 幸運的是,憑藉著我們在通訊和芯片設計領域的豐富經驗,我們現在終於可以長舒一口氣, 自豪地說,我們解決了這個業界的難題,讓物聯網的爆發成為了可能!


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