物联网:为何NB-IoT、LoRa等都不能让行业爆发?原因其实不复杂

物联网能够给人们带来很大的便利,按理说,应该会被人们迅速地采用,可是让人们困惑的是,这个行业发展了这么多年却始终不温不火,以至于人们在现实的生活中几乎感受不到物联网的存在。作为物联网的从业者来说, 这种状况让人大失所望,但却无可奈何。

客观地说,物联网行业的前景是毋庸置疑的, 因为它非常符合人类的本性:可以让人们更好地掌控万物从而让自己生活得更加舒适。因此,说物联网有着巨大的需求是没有问题的。

一方面存在着巨大的需求, 一方面行业现状惨淡,这是什么原因造成的呢? 这两者看起来好像是矛盾的,能够很好地解释这个矛盾的原因只有一个,就是现有的技术在某些方面还无法满足这些需求!

那么是哪些方面做得还不够好以至于无法满足这些需求呢?

是因为功能性的原因吗? 看看现有的物联网需求, 实际上我们几乎都能找到相应的技术来满足功能性目标, 例如我们在网上搜索一下, 各种智慧类的项目数不胜数,如智慧农业、智慧工厂、智慧消防、智慧物流等等,这些都是物联网的具体应用,而且都已经在现实中实现了。 因此,从技术上来讲, 实现物联网的很多功能是没有什么问题的。

但仔细看看那些已经实现的物联网应用,我们会发现他们中的很多只是停留在演示(demo)的阶段,并没有被大规模应用。 这又是为什么呢?

由于现在鲜有非常成功的物联网应用, 所以我们无法总结经验;因此,我们只好用关键成功因子(key success factor)分析法来尝试解答,分析的角度也简单,就是投资收益,因为在我们所处的经济社会中,要想让一项技术被大规模应用, 就需要有足够好的投资收益。提高投资收益有两个简单的原则,一是降低成本,二是提高收益。因此, 我们可以轻松地获得物联网的两个关键成功因子:低成本、高收益!看到这里, 是不是会感觉很失望?说了这么多, 最后是这么简单的答案!但如何实现低成本和高收益呢?我想这才是我们找到现在的物联网症结所在的核心问题。 那么,下面我们一起深挖这个问题, 看看能够得出什么样的结论来。

关键成功因子一:低成本。

物联网的目标是万物互联, 意味着终端数量会非常大,所以,成本会非常重要。总体来说,成本主要包括四大块:硬件成本、部署成本、使用成本和维护成本,那么每一个成本是如何构成的呢? 我们来一一分析一下。

硬件成本
方面,主要是网关成本和终端成本,例如一个网关要覆盖1万个终端(算少的了), 网关算1000块成本, 终端算20块的成本, 终端成本:网关成本是200:1的关系。因此,硬件成本方面主要的成本在终端。 要想降低硬件成本, 主要是降低终端的硬件成本。部署成本方面, 有线终端肯定要比无线终端要高; 接电源肯定要比用电池或者无源终端要高,因此,使用电池或者无源的无线设备部署成本最低,因此我们下面主要探讨无线物联网。 对于无线物联网来说,主要包含两个部件:网关和终端, 因此,部署成本就是网关部署成本和终端部署成本的总和。对网关来说,数量越少,网络复杂度越低, 部署成本也就越低,因此,覆盖距离和用户容量就非常重要。但网关数量终究是有限的,终端的数量多得多, 因此终端的部署成本占了最大的部分,而显而易见, 使用电池供电或者无源的终端的部署成本是最低的,无源终端的通讯距离一般不会长,使用范围有限,且会增加网关的成本,因此我们主要是关注电池供电的无线终端。使用成本方面, 主要是电力的成本或者电池的成本。 网关一般是接电源或者使用大容量电池,但由于数量少,成本并不大;对终端来说,由于数量多,电力或者电池成本就成了非常重要的考量要素,无源或者采用低容量电池长期供电的无线终端是降低使用成本的关键因素。 和上面的原因一样,我们还是关注使用电池的有源终端,电池容量越低、使用时间越长, 使用成本越低。
维护成本方面,主要是硬件维修、电池更换或者充电的各项成本。实现物体的联网并不难,现有的技术就可以实现物联网的所有功能,但为何他们中的大多数方案并不能在物联网中大规模使用?一个很大的原因就是维护成本太高了。设计合理的硬件出故障的概率一般比较小,电池更换或者充电的成本就成了维护成本的主要构成。物联网终端的数量太多, 少维护或者免维护是降低维护成本最有效的途径,对于使用电池的无线终端来说, 在生命周期内少更换或者不更换就是降低维护成本的关键。

从上文对成本的四大主要构成的分析来看,要想低成本,一般要让终端满足如下条件:采用能够覆盖较大范围的无线方式通讯, 使用低容量电池能够支持终端使用5-10年不更换或者少更换电池。

对照这个标准,我们可以发现为何现在最热的物联网技术是LPWAN(Low Power Wide Area Network),应用比较广泛的LPWAN技术主要是NB-IoT、LoRa和SigFox,他们终端成本比较低,且能够在单向低频次低数据量的场景下使用低容量电池长期供电,所以能够在一些场景中——例如抄表等——被广泛应用。

关键成功因子二:高收益。

假设我们要建设一张物联网网络,我们该如何提高它的收益呢? 很简单,就是要充分挖掘这个物联网络的应用潜力,尽可能多地把它应用在尽可能多的应用场景。

对于无线物联网来说,主要有两种通讯模式:单向非实时通讯和双向实时/准实时通讯。 如果不考虑其他因素,让大家在这两者中选择一项的话,我想大多人会选择双向实时通讯。原因很简单,双向实时通讯可以做单向非实时通讯的所有事情, 也即双向实时通讯可以替代单向非实时通讯,反之则不行。这意味着双向实时通讯有着更广的应用范围,也意味着双向实时通讯有着比单向非实时通讯更好的收益。

因此,我们可以说, 要想实现建设物联网的高收益,就需要物联网具备双向实时通讯的能力。

NB-IoT、LoRa、WiFi、蓝牙、zigbee等几乎所有通讯技术都有双向实时/准实时通讯的能力,但问题在于在这样的通讯模式下,功耗非常高,这又和关键成功因子一有冲突,导致成本会大大提升。因此,这些技术都不能让物联网产业大爆发

要想实现物联网应用的大爆发——根据以上分析——就必须要实现这样一个目标:使用低容量电池,在双向实时/准实时无线通讯的模式下,无线终端能够持续工作5年以上。 业内人士会知道,这是一个非常苛刻的要求,现有的主流技术是不可能实现的,即使号称超低功耗、广距覆盖的LPWAN的几种技术也不行,我们在几年之前试图踏足物联网的时候就已经意识到这一点,因此,我们试图解决这个问题,过程当然是痛苦的, 幸运的是,凭借着我们在通讯和芯片设计领域的丰富经验,我们现在终于可以长舒一口气, 自豪地说,我们解决了这个业界的难题,让物联网的爆发成为了可能!