您的位置: 主页 > 人工智能学家 > 一文掌握物联网全产业链

一文掌握物联网全产业链

时间: 2017-08-05阅读:

来源:莫尼塔研究

概要:1998年,美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的物联网构想。 1999年,建立在物品编码、 RFID技术和互联网的基础上,美国AutoID中心首先提出了物联网的概念。 


物联网是一场革命,是对传统信息通讯信的大挑战,它在人与人信息交流的基础上,创造性地提出了物体之间的数据传输和交流。 从发展趋势来看,物联网的发展可分为时间、地点和物件三个维度,随着物联网发展至成熟,将使所有物体可在任何时间、任何地点相互沟通,涵盖了“人与人”、“物与物”及“人与物”三大范畴。


物联网的应用范围相当广泛,可从穿戴式设备、智能汽车、 智能家居、智能交通、智慧城市,到工业物联网等。物联网通过智能感知、识别技术等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。 当前物联网技术还是处于初级阶段,已具备较好的基础,技术发展已经取得显著成效,产业规模逐步扩大,但与其相关的各项技术还需要进一步地探索和完善。


物联网概念图和应用范围


关于物联网的起源众说纷纭,其理念最早可追溯到比尔•盖茨1995年《未来之路》一书,书中提出物物相连,但限于当时的技术并未引起重视。


1998年,美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的物联网构想。 1999年,建立在物品编码、 RFID技术和互联网的基础上,美国AutoID中心首先提出了物联网的概念。 2005年11月17日,在WSIS会议上,国际电信联盟发布了《 ITU互联网物联网(IoT)。 在2009年由IBM提出智慧地球开始发展,2010年中国喊出感知中国,并且首次提出物联网的中文名称。


物联网起源


物联网主要包括基础设施建设、平台层和应用层三个层次,基础设施建设主要是硬件部分,包括芯片、 模组、传感器和通信网络建设;平台层主要是软件部分,包括平台建设和系统集成及应用服务提供商;应用层目前主要是表计类的应用,主要包括水表类三川智慧、新天科技,燃气表类金卡智能等。


物联网产业链


根据麦肯锡数据,未来物联网设备层、连接层、平台层和应用层的价值占比分别为21:10:34:35,也就是基础设施建设层、平台层和应用层的价值占比分别为31:34:35。 2020年我国物联网产业仅连接层规模就达1500亿元,不考虑价值链的纵向延伸,系统集成商和电信运营商仅在基础设施层就将迎来千亿级的发展机遇。


MEMS传感器是重要的感知前端


传感器是物联网底层(感知)的重要部件,主要负责将环境中的化学、生物、物理信号转化为数字信息,并传输至后端进行数据处理。 传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。


传感器类型


在供给侧,全球传感器市场主要被美国、日本、德国等国家占据。根据智研咨询的数据,2016年,美、日、德三国传感器占据全球传感器市场份额分别为27.0%、 20.5%和14.0%,合计占比为61.5%。而在国内,得益于国家政策,国产传感器对进口的替代逐步加速。


2016 年全球传感器市场份额


2011年,我国传感器进口占比约为85%,传感器芯片进口占比约为95%。而到2016年,传感器进口比例下降至60%,其中核心芯片比例降至80%,进口依赖程度明显改善。

国产与进口传感器情况


从需求侧看,全球传感器市场规模增速稳定。 2012年,全球传感器市场规模仅为950亿美元,2016年市场规模达到 1740 亿美元,复合增长率高达17.2%。工信部预计到2018年,全球传感器的市场规模将达到2660亿美元。


全球传感器市场规模(单位:亿美元)


与此同时,国内传感器市场也保持较快增长,2012年中国传感器市场规模仅为510亿元,2016年达到1400亿元,根据工信部的预测,到2018年,中国传感器市场规模将达到2610亿元。


国产传感器市场规模(单位:亿美元)


物联网是智能时代的基础, 具有自学习、自诊断和自补偿能力、复合感知能力以及灵活的通信能力的MEMS适合用于物联网的数据感知。随着MEMS制造工艺的逐渐成熟,可靠性不断提高,MEMS将逐步取代传统传感器成为物联网重要的数据入口。

在需求侧,根据Yole developpement的数据,2014年,全球MEMS的市场规模为121.8亿美元, 2014-2020 年,全球MEMS的市场规模将维持11.6%的复合增长率,到2020年,全球 MEMS的市场规模可达220亿美元,其中压力传感器增长最明显。


全球 MEMS 传感器市场规模统计及预测


目前MEMS传感器最成熟的主要是无力传感器部分,包括声学、光学、力学等,在物联网领域,率先应用的,主要是力学和光学传感器。


MEMS传感器类型


MEMS传感器产业链包括芯片设计、 制造、封装测试、方案提供和系统应用,国内在系统应用领域,利用传统的半导体工艺和材料,已经形成集微型传感器、微型执行器、微机械机构,以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统,已经形成MEMS全产业链布局。 这种小体积、低成本、集成化、智能化传感系统是未来传感器的重要发展方向。


物联网领域 MEMS 传感器产业链


国产走在NB-IoT芯片前端


芯片是物联网的核心设备,处于产业最上游,是物联网时代的开路先锋和战略制高点。 2015年全球物联网芯片市场规模达45.8亿美元,预计未来20年,其数量也将增长到1万亿。 IC Insights预测,今年与芯片生产相关的物联网半导体市场将增长到213亿美元,同比增长16.2%,2015年至2020年的复合年增长率为14.9%,2020年市场规模将达311亿美元。未来物联网芯片将超过PC、手机芯片领域,成为最大芯片市场。


物联网半导体市场规模


物联网芯片种类和厂商


芯片领域一直为高通、 TI、 ARM等国际巨头所主导。我国芯片产业发展较晚,国内芯片企业数量虽多,但设计以及制造水平都落后于国外,核心芯片主要还是依赖进口。国内芯片制造厂商有华为海思、展讯通信、国民技术、大唐电信、长电科技、顺络电子等。 近年来,我国加大半导体投入,在NB-IoT芯片领域,华为走在了世界前端:


华为的芯片供应能力最强,从2014年开始投入NB-IoT芯片研发,2015年推出了基于预标准的芯片原型产品。 2016年9月份,在3GPP标准公布后的3个月,作为主导方的华为便火速推出NB-IoT商用芯片Boudica120,也是业内第一款正式商用的NB-IoT芯片。 Boudica120在2017年6月底开始大规模商用,月发货能力可达百万片以上,另一款产品嵌入定位的Boudica150正在测试,预计2017年四季度大规模商用。


高通的进展在全世界范围也是非常快的,拥有同时支持NB-IoT和eMTC的双模芯片,2015年10月底高通推出了LTE调制解调器MDM9207-1和MDM9206,其中MDM9206支持LTE CatM1(eMTC),但通过软件更新升级后,可实现支持NB-IoT/eMTC双模式。


更多的NB-IoT芯片厂商如英特尔、锐迪科、索尼等芯片厂商的测试版本也都已推出,预计在2017年Q3进入价格竞争状态。


NB-IoT 芯片商


NB-IoT的爆发离不开芯片厂商的支持,从模组芯片采用的厂商来看,目前市场上的NB-IoT模组还是以华为海思和高通的芯片为主。高通的芯片目前已经获得超过60家的OEM厂商和模块厂商的配套设计,已经有100多款通信模组面世,中兴在通信模组方面具有显著的集成和增长优势,而华为是国内芯片研发的翘楚。


NB-IoT 芯片模组产业链


NB-IOT芯片这一领域不会形成大量市场参与者,但竞争依然激烈。华为、高通是参与制定NB-IOT规则的厂商,得以率先领跑。国内的大唐、展讯等厂商也在布局。就连ARM也准备抢搭NB-IoT的这股热潮。目前芯片在几十万—百万的量产级别上,价格是5美元/个,在千万-亿的量产级别上价格可以下降至1美元/个。中国电信准备投入3亿元,在3类模块上补贴20元/模块左右。在这样的政策下,芯片和模组的成本在短期内会降低,从而可以替代2G传统的GSM、 GPRS的通讯模组场景,形成替代的价格优势,加速应用的落地。


无线模组是物联网接入网络和定位的关键设备。无线模组可以分为通信模组和定位模组两大类。常见的局域网技术有WiFi、蓝牙、 ZigBee等,常见的广域网技术主要有工作于授权频段的2/3/4G、 NB-IoT和非授权频段的LoRa、 SigFox等技术,不同的通信对应不同的通信模组。


在无线模组方面,国外企业仍占据主导地位,包括Telit、 Sierra Wireless等,国内厂商今年来快速发展,能够提供完整的产品及解决方案的模组厂商有华为、中兴通讯、环旭电子、移远通信、芯讯通、中移物联网公司、上海庆科、利尔达等。

国内外物联网模组供应商


未来用于物联网的无线模块,会朝着更加集成化、小型化、 多样化的方向发展,无线模块价格仍会继续走低。物联网的发展离不开无线模块的支持,无线模块的整合发展成为了物联网的基础。


未来,无线模块会随着物联网在各个行业领域应用中,以实现“智能化物件或动物”,这其中无线传感器网络的应用需求最为强烈。随着我国本土企业的迅速发展,未来无线模块需求增大的同时,进口将慢慢减小。预计2022年,我国无线模块进口量为1.11亿只,需求量为194.2亿只,进口量占比为0.57%。


我国无线模块未来市场需求估计(亿只)


云平台是物联网的关键


物联网平台是物联网应用和服务支撑的基础平台,通过感知层及网络层获得数据后,物联网平台层将对数据进行必要的路由,处理,分析优化,以及边缘计算的定制等功能,为物联网应用提供完善的PaaS平台支持。 前端大量传感器等终端接收的数据经由网关传至物联网平台上,物联网平台对所有数据进行筛选,储存数据“属性”,如位置、温度、电池余量等。对于实时要求高,数据量大的传感网络,网关上需要拥有边缘计算能力,以便在边缘对传感器的请求直接进行处理,或对数据进行制定的预处理。


根据物联网平台功能的不同,可分为以下三种类型:


设备管理平台(DMP):通过传感器定时接受终端数据,对物联网终端设备进行故障排查、远程监控、系统升级、生命周期管理等功能。所有终端数据均可储存在平台云端中;


连接管理平台(CMP):通过对网关连接的监测与管理,保障终端联网通道的稳定,同时可以进行IoT资费管理、网络资源用量管理、 IP地址资源管理等;


应用开发平台(AEP) :主要为IoT开发者提供应用开发工具和后台技术支持服务,包括业务逻辑引擎、 API接口、平台架构和操作、交互界面等,此外还提供高扩展数据库和数据模型、实时数据处理、智能预测离线数据分析、数据可视化展示应用等。开发者无需考虑底层数据与连接等问题,可以实现快速开发、部署和管理,从而缩短时间,降低成本。


物联网运营服务平台架构


就物联网平台层企业而言,主要分为三类厂商。一类是以搭建连接管理平台为主,主要代表为Cisco、国内三大电信运营商;二类是以搭建设备管理和应用开发平台为主,代表为IBM、 BAT、京东等互联网巨头;三类是以各自细分领域的配套平台厂商为主,代表为宜通世纪、和而泰、上海庆科等。


物联网平台提供商


由IBM开发的Watson IoT Platform是典型的应用服务管理平台(AEP)。通过Watson IoT Platform,用户可以将包括芯片、传感器、智能穿戴设备在内的各种设备连接到下游的应用以及行业解决方案。 Watson IoT Platform可以通过物联网云服务以及数据分析功能展现强大的扩展性,为企业用户提供产品创新和转型所需的建议。


IBM Watson IoT Platform


在连接侧,通过云服务快速、安全地管理包括传感器、芯片、智能穿戴设备在内的各种终端,确保终端设备连接至下游应用及行业解决方案。在信息管理侧,通过丰富的数据分析工具识别海量存储数据中的价值数据,实现元数据管理。在分析侧,通过认知分析从海量结构化和非结构化数据中寻找规律性并作出预测,从而提升决策水平。在风险管理侧,通过分析物联网格局及时识别并发现风险,并采取主动保护措施,预防意外事件的发生。



IBM Watson IoT Platfrom 平台功能模块


来源:莫尼塔研究


欢迎加入未来科技学院企业家群,共同提升企业科技竞争力

一日千里的科技进展,层出不穷的新概念,使企业家,投资人和社会大众面临巨大的科技发展压力,前沿科技现状和未来发展方向是什么?现代企业家如何应对新科学技术带来的产业升级挑战?


欢迎加入未来科技学院企业家群,未来科技学院将通过举办企业家与科技专家研讨会,未来科技学习班,企业家与科技专家、投资人的聚会交流,企业科技问题专题研究会等多种形式,帮助现代企业通过前沿科技解决产业升级问题、开展新业务拓展,提高科技竞争力。


未来科技学院由人工智能学家在中国科学院虚拟经济与数据科学研究中心的支持下建立,成立以来,已经邀请国际和国内著名科学家、科技企业家300多人参与学院建设,并建立覆盖2万余人的专业社群;与近60家投资机构合作,建立了近200名投资人的投资社群。开展前沿科技讲座和研讨会20多期。  欢迎行业、产业和科技领域的企业家加入未来科技学院


报名加入请扫描下列二维码,点击本文左下角“阅读原文”报名



上一篇:人工智能陷入瓶颈,它将会如何继续发展
下一篇:重磅发布!科技部2017年度智能机器人重点专项申报指南,一图把握要点

相关阅读