2018年中国物联网LPWA技术研究报告.pdf

中国物联网LPWA技术研究报告2018年2©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。LPWA技术是一种无线通信技术，主流的LPWA技术有NB-IOT、eMTC、Sigfox与LoRa。NB-IOT由通信行业最具权威的标准化组织3GPP制定并由国际电信联盟ITU批准，属于国际标准；Sigfox与LoRa核心技术分别掌握在法国Sigfox与美国Semtech公司手中，属于企业私有技术。开篇摘要LPWA技术主要以文本类业务为主，适用于低速率，低功耗，广覆盖及大连接的物联网应用场景。目前国内已形成NB-IOT与LoRa两大技术阵营，国家政策频繁落地大力推动NB-IOT的发展，对LoRa持观望态度。LPWA技术在国内的应用仍处于试点和推广阶段，NB-IOT与LoRa主要聚焦于智能表计，智慧楼宇等应用场景，重叠严重。相较于LoRa，NB-IOT更适合数据量大且通信频繁的应用场景。NB-IOT属于运营商网络更适合地域分布广泛且具有移动属性的分散型应用场景，LoRa可实现灵活部署能更好的满足终端较为集中的行业性应用需求。因设计理念及实现方式不同，无线通信技术特性各异，部署网络时需根据具体的应用场景需求选择合适的通信技术。从应用场景需求角度分析，预计到2025年NB-IOT与LoRa在国内的发展趋于6:4的格局。相较于LoRa，NB-IOT发展时间短，产品稳定性差，网络全面覆盖和深度覆盖不足，预计需要两年时间进行技术完善及网络优化才能真正发挥出优势，而这段时间市场需求会推动相对更成熟的LoRa向更多应用方向发展；概况现状竞争趋势3物联网LPWA技术概况1中国LPWA技术发展现状2中国LPWA技术之争3中国LPWA技术发展趋势44©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。LPWA技术背景介绍物联网的发展需求催生LPWA技术人联网主要的终端设备是手机。图片的清晰度，视频及游戏的流畅性主要受限于速率和时延，所以对高速率和低时延的执着追求驱动着无线通信技术的更新换代。但随着物联网的不断发展与应用场景的多元化，终端设备种类变得复杂多样，现有的无线通信技术无法满足物联网的发展需求。自动驾驶与远程医疗类应用场景的良好体验需要比4G更高速率，更低时延及更高可靠性的通信技术支撑，而低速率业务的终端往往分布广泛，数量巨大，安装环境常常不具备外部供电条件且单个终端通信频次少，目前承载低速率业务的2G网络功耗高且单小区接入设备量少导致成本较高阻碍了物联网的发展，为解决这一系列问题，无线通信技术在向高速率，低时延及高可靠性发展的同时也在向低速率、低功耗、远距离与大连接方向演变，低功耗广域LPWA（ Low-Power Wide-Area ）技术应运而生。人联网物联网自动驾驶VR眼镜8K视频智能垃圾桶共享单车智能灯杆 智能表计短信2G图片3G视频4G游戏4G远程医疗物联网中高速率业务驱动无线通信技术向5G发展物联网中低速率业务驱动无线通信技术向LPWA技术演变物联网驱动无线通信技术向两个方向发展5©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。LPWA技术发展历程NB-IOT是国际标准，Sigfox与LoRa是私有技术LPWA技术是专为低速率，低功耗，广覆盖及大连接的物联网应用场景而设计，目前主流的LPWA技术有NB-IOT（ Narrow Band Internet of Things ）、eMTC、LoRa（long range）和sigfox。eMTC被看做是国际标准LTE技术（4G）的一种特性，相较于其它三种技术能提供更高的速率与更强的移动性支撑； NB-IOT由通信行业最具权威的标准化组织3GPP制定，并由国际电信联盟ITU批准，属于国际标准；Sigfox与LoRa的核心技术分别掌握在法国Sigfox与美国Semtech公司手中，属于企业私有技术。LoRa是一种基于扩频技术的远距离传输技术，最初由法国初创公司Cycleo提出，2013年美国Semtech公司将其核心技术购买，并与2015年3月成立了LoRa联盟共同推广LoRa应用。Sigfox是一家成立于2009年的法国物联网公司，该公司不仅是Sigfox标准的制定者，也是网络运营及平台的提供者。2013年沃达丰与华为提出NB-M2M2014年7月高通提出NB-OFDM2015年5月NB-M2M和NB-OFDM融合成为NB-CIoT爱立信，中兴、诺基亚等公司提出了NB-LTENB-CIoT与NB-LTE融合成NB-IOTNB-IOT规范冻结2015年9月2015年7月2016年6 LPWA技术发展历程6©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。LPWA技术的“朋友圈”LPWA技术是物联网无线通信技术之一物联网无线通信技术按照覆盖距离划分，大致可以分为两类，一类是短距离通信技术，包括蓝牙（Bluetooth），Zigbee，WIFI，NFC，目前主要应用于室内智能家居，消费电子等场景；第二类是远距离通信技术,包括蜂窝通信技术2G/3G/4G/5G及LPWA技术LoRa，Sigfox，而eMTC和NB-IOT既属于蜂窝通信技术，又属于LPWA技术。短距离通信技术室内场景室外场景远距离通信技术NFCZigbee蓝牙蜂窝通信技术LPWA技术eMTCLoRaSigfoxNB-IOTWIFI视频监控智能空调智能洗衣机智能音箱智能窗帘智能插座5G4G3G2G自动驾驶VR眼镜POS机共享单车智能穿戴智能灯杆物联网无线通信技术分类7©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：根据华为及其它公开资料绘制。无线通信技术关键指标对比LPWA技术特点：低功耗、低速率、广覆盖、大连接目前广域物联网高速率业务主要由4G网络承载，低速率的业务由2G网络承载，但是2G网络功耗高，单小区接入量小导致成本无法降低，阻碍了物联网的发展。LPWA技术专为低速率，低功耗，广覆盖与大连接的应用场景而设计，终端电池寿命可达10年，单小区最大可支持接入10W台设备，是2G网络单小区接入量的几百倍，在郊区空旷的环境理论覆盖距离可达20km，在实际复杂的无线环境中可达5km。距离速率1m100m10km100Mbps100Kbps100bpsWIFI短距离高速率BluetoothZigbee短距离低速率3G/4G长距离高速率2GLPWA技术长距离低速率传输速率与覆盖距离对比Months9year>101次/天1次/天2G与NB-IOT功耗对比通信频次通信技术2G(GPRS)NB-IOT电池寿命数据量电池容量100Byte200Byte10000mAH2400mAH无线通信技术关键指标对比8©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：根据Machina research及其它公开资料绘制。全球LPWA技术连接量占比2025年全球LPWA技术连接量占广域物联网总连接量的45%物联网是一种融合的技术，之前受限于传感器及通信技术瓶颈发展缓慢，近两年技术得以突破，物联网进入高速发展的快车道，连接量会呈现井喷状态。预计到2025年全球物联网总连接量将达到270亿，其中72%的连接将使用短距离通信技术，LPWA技术连接量占比将达到11%。因成本低，终端功耗低，网络易部署等优点，预计到2025年广域物联网连接量中45%将使用LPWA技术。20%28%30%32%32%30%1%5%15%20%30%45%28%28%25%22%18%16%51%39%30%26%20%9%201520172019e2021e2023e2025e2015-2025年全球LPWA技术连接量在广域物联网中的占比蜂窝网LPWAN城域网卫星固网9©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：根据华为、信通院、semtech及其它公开资料绘制。国内LPWA技术连接量将进入爆发期2018-2020年NB-IOT连接量增长速率高于LoRa经过两年时间的发展，国内LPWAN产业链已初步形成，NB-IOT与LoRa作为国内主要发展的两种LPWA技术已进入激烈的竞争阶段，技术推动者不断加大应用的推广力度，LPWA技术的连接量即将进入爆发期。NB-IOT属于运营商网络且已经基本实现全国覆盖，服务提供商在制定解决方案时直接租用运营商网络，相对于LoRa按需部署的模式，节约了网络部署时间更有利于应用的迅速大规模推广，加上三大运营商高额补贴的刺激与政府的推动，促使LPWA技术发展初期NB-IOT的发展要比LoRa快，预计2018年-2020年NB-IOT连接量的增长速率要一直领先于LoRa。2018e2019e2020e0.5亿2亿7亿2017-2019年LoRa连接量2018-2020年NB-IOT连接量上文分析国内LPWA技术发展初期LoRa连接量的增长速率要低于NB-IOT。Ssemtech公司数据显示2017年底国内LoRa的连接量共计15.3万，2018年阿里，腾讯相继加入LoRa阵营，目前阿里在杭州与宁波建设的LoRaWAN已具备商用条件，在自有业务场景中头部应用预计能达到100万的连接量。根据semtech预测2019年全球网关（基站）数量能达到20万个，全球连接量预计能超过8000万。10物联网LPWA技术概况1中国LPWA技术发展现状2中国LPWA技术之争3中国LPWA技术发展趋势411©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：根据公开资料绘制。国家政策频发推动物联网发展国家大力支持NB-IOT发展，对LoRa持观望态度自2011年以来国家政策频发不断推动物联网的发展，“十二五” 期间，国务院和各部委相继出台政策，物联网顶层设计不断完善，“ 十三五” 时期，物联网依然是信息化发展中的重要一环，自2016年下半年以来物联网政策频繁落地，我国物联网已驶向高速发展的快车道。2017年6月工信部印发《关于全面推进移动物联网（NB-IOT）建设发展通知》，明确要求到2017年末，实现NB-IoT网络覆盖直辖市、省会城市等主要城市，基站规模达到40万个，到2020年，NB-IoT网络实现全国普遍覆盖，面向室内、交通路网、地下管网等应用场景实现深度覆盖，基站规模达到150万个，可见国家要大力发展NB-IOT的决心，相反自中兴引入LoRa以来国家一直持观望态度。2017年12月工信部印发《微功率短距离无线电发射设备技术要求》（征求意见稿）对LoRa在国内所使用的频段进行了限制，但目前该要求未正式实施。时间政策名称部门政策内容2016.12《“十三五”》国家信息化规划国务院提出若干物联网发展的专项行动，鼓励实施物联网应用示范工程并推进区域试点；2017.01《物联网“十三五”规划》工信部明确物联网产业未来的发展目标；2017.01《信息通信行业发展规划（2016-2010年）》工信部2020年前建成具有国际竞争力的物联网产业体系；2017.06《关于全面推进移动物联网（NB-IOT）建设发展的通知》工信部提出2017年末基站规模达到40万个，连接规模超2000万，2020年NB-IOT基站规模达到150万个，连接规模超6亿；2017.06《工信部27号公告》工信部批准NB-IOT在可运行于GSM的800/900MHZ频段与FDD-LTE的1800-2100MHZ频段；物联网相关政策梳理12©2018.11 iResearch Inc. www.iresearch.com.cn来源：根据公开资料绘制。国内已形成NB-IOT与LoRa两大阵营运营商加快NB-IOT基站建设，多地陆续开始部署LoRa网...