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一文掌握物聯(lián)網(wǎng)全產(chǎn)業(yè)鏈

點擊：作者：莫尼塔研究來源：人工智能學家發(fā)布時間:2017-08-07 11:21:42

【概要】：1998年，美國麻省理工學院創(chuàng)造性地提出了當時被稱作EPC系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構想。 1999年，建立在物品編碼、 RFID技術和互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，美國AutoID中心首先提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。

物聯(lián)網(wǎng)是一場革命，是對傳統(tǒng)信息通訊信的大挑戰(zhàn)，它在人與人信息交流的基礎上，創(chuàng)造性地提出了物體之間的數(shù)據(jù)傳輸和交流。從發(fā)展趨勢來看，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展可分為時間、地點和物件三個維度，隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至成熟，將使所有物體可在任何時間、任何地點相互溝通，涵蓋了“人與人”、“物與物”及“人與物”三大范疇。

物聯(lián)網(wǎng)的應用范圍相當廣泛，可從穿戴式設備、智能汽車、智能家居、智能交通、智慧城市，到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術等通信感知技術，廣泛應用于網(wǎng)絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。當前物聯(lián)網(wǎng)技術還是處于初級階段，已具備較好的基礎，技術發(fā)展已經(jīng)取得顯著成效，產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴大，但與其相關的各項技術還需要進一步地探索和完善。

物聯(lián)網(wǎng)概念圖和應用范圍

關于物聯(lián)網(wǎng)的起源眾說紛紜，其理念最早可追溯到比爾•蓋茨1995年《未來之路》一書，書中提出物物相連，但限于當時的技術并未引起重視。

1998年，美國麻省理工學院創(chuàng)造性地提出了當時被稱作EPC系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構想。 1999年，建立在物品編碼、 RFID技術和互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，美國AutoID中心首先提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。 2005年11月17日，在WSIS會議上，國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《 ITU互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。在2009年由IBM提出智慧地球開始發(fā)展，2010年中國喊出感知中國，并且首次提出物聯(lián)網(wǎng)的中文名稱。

物聯(lián)網(wǎng)起源

物聯(lián)網(wǎng)主要包括基礎設施建設、平臺層和應用層三個層次，基礎設施建設主要是硬件部分，包括芯片、模組、傳感器和通信網(wǎng)絡建設；平臺層主要是軟件部分，包括平臺建設和系統(tǒng)集成及應用服務提供商；應用層目前主要是表計類的應用，主要包括水表類三川智慧、新天科技，燃氣表類金卡智能等。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈

根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，未來物聯(lián)網(wǎng)設備層、連接層、平臺層和應用層的價值占比分別為21：10：34：35，也就是基礎設施建設層、平臺層和應用層的價值占比分別為31:34:35。 2020年我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)僅連接層規(guī)模就達1500億元，不考慮價值鏈的縱向延伸，系統(tǒng)集成商和電信運營商僅在基礎設施層就將迎來千億級的發(fā)展機遇。

MEMS傳感器是重要的感知前端

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)底層（感知）的重要部件，主要負責將環(huán)境中的化學、生物、物理信號轉化為數(shù)字信息，并傳輸至后端進行數(shù)據(jù)處理。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。

傳感器類型

在供給側，全球傳感器市場主要被美國、日本、德國等國家占據(jù)。根據(jù)智研咨詢的數(shù)據(jù)，2016年，美、日、德三國傳感器占據(jù)全球傳感器市場份額分別為27.0%、 20.5%和14.0%，合計占比為61.5%。而在國內，得益于國家政策，國產(chǎn)傳感器對進口的替代逐步加速。

2016 年全球傳感器市場份額

2011年，我國傳感器進口占比約為85%，傳感器芯片進口占比約為95%。而到2016年，傳感器進口比例下降至60%，其中核心芯片比例降至80%，進口依賴程度明顯改善。

國產(chǎn)與進口傳感器情況

從需求側看，全球傳感器市場規(guī)模增速穩(wěn)定。 2012年，全球傳感器市場規(guī)模僅為950億美元，2016年市場規(guī)模達到 1740 億美元，復合增長率高達17.2%。工信部預計到2018年，全球傳感器的市場規(guī)模將達到2660億美元。

全球傳感器市場規(guī)模（單位：億美元）

與此同時，國內傳感器市場也保持較快增長，2012年中國傳感器市場規(guī)模僅為510億元，2016年達到1400億元，根據(jù)工信部的預測，到2018年，中國傳感器市場規(guī)模將達到2610億元。

國產(chǎn)傳感器市場規(guī)模（單位：億美元）

物聯(lián)網(wǎng)是智能時代的基礎，具有自學習、自診斷和自補償能力、復合感知能力以及靈活的通信能力的MEMS適合用于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)感知。隨著MEMS制造工藝的逐漸成熟，可靠性不斷提高，MEMS將逐步取代傳統(tǒng)傳感器成為物聯(lián)網(wǎng)重要的數(shù)據(jù)入口。

在需求側，根據(jù)Yole developpement的數(shù)據(jù)，2014年，全球MEMS的市場規(guī)模為121.8億美元， 2014-2020 年，全球MEMS的市場規(guī)模將維持11.6%的復合增長率，到2020年，全球 MEMS的市場規(guī)?？蛇_220億美元，其中壓力傳感器增長最明顯。

全球 MEMS 傳感器市場規(guī)模統(tǒng)計及預測

目前MEMS傳感器最成熟的主要是無力傳感器部分，包括聲學、光學、力學等，在物聯(lián)網(wǎng)領域，率先應用的，主要是力學和光學傳感器。

MEMS傳感器類型

MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片設計、制造、封裝測試、方案提供和系統(tǒng)應用，國內在系統(tǒng)應用領域，利用傳統(tǒng)的半導體工藝和材料，已經(jīng)形成集微型傳感器、微型執(zhí)行器、微機械機構，以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)，已經(jīng)形成MEMS全產(chǎn)業(yè)鏈布局。這種小體積、低成本、集成化、智能化傳感系統(tǒng)是未來傳感器的重要發(fā)展方向。

物聯(lián)網(wǎng)領域 MEMS 傳感器產(chǎn)業(yè)鏈

國產(chǎn)走在NB-IoT芯片前端

芯片是物聯(lián)網(wǎng)的核心設備，處于產(chǎn)業(yè)最上游，是物聯(lián)網(wǎng)時代的開路先鋒和戰(zhàn)略制高點。 2015年全球物聯(lián)網(wǎng)芯片市場規(guī)模達45.8億美元，預計未來20年，其數(shù)量也將增長到1萬億。 IC Insights預測，今年與芯片生產(chǎn)相關的物聯(lián)網(wǎng)半導體市場將增長到213億美元，同比增長16.2%，2015年至2020年的復合年增長率為14.9％，2020年市場規(guī)模將達311億美元。未來物聯(lián)網(wǎng)芯片將超過PC、手機芯片領域，成為最大芯片市場。

物聯(lián)網(wǎng)半導體市場規(guī)模

物聯(lián)網(wǎng)芯片種類和廠商

芯片領域一直為高通、 TI、 ARM等國際巨頭所主導。我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，國內芯片企業(yè)數(shù)量雖多，但設計以及制造水平都落后于國外，核心芯片主要還是依賴進口。國內芯片制造廠商有華為海思、展訊通信、國民技術、大唐電信、長電科技、順絡電子等。近年來，我國加大半導體投入，在NB-IoT芯片領域，華為走在了世界前端：

華為的芯片供應能力最強，從2014年開始投入NB-IoT芯片研發(fā)，2015年推出了基于預標準的芯片原型產(chǎn)品。 2016年9月份，在3GPP標準公布后的3個月，作為主導方的華為便火速推出NB-IoT商用芯片Boudica120，也是業(yè)內第一款正式商用的NB-IoT芯片。 Boudica120在2017年6月底開始大規(guī)模商用，月發(fā)貨能力可達百萬片以上，另一款產(chǎn)品嵌入定位的Boudica150正在測試，預計2017年四季度大規(guī)模商用。

高通的進展在全世界范圍也是非?？斓?，擁有同時支持NB-IoT和eMTC的雙模芯片，2015年10月底高通推出了LTE調制解調器MDM9207-1和MDM9206，其中MDM9206支持LTE CatM1（eMTC），但通過軟件更新升級后，可實現(xiàn)支持NB-IoT/eMTC雙模式。

更多的NB-IoT芯片廠商如英特爾、銳迪科、索尼等芯片廠商的測試版本也都已推出，預計在2017年Q3進入價格競爭狀態(tài)。

NB-IoT 芯片商

NB-IoT的爆發(fā)離不開芯片廠商的支持，從模組芯片采用的廠商來看，目前市場上的NB-IoT模組還是以華為海思和高通的芯片為主。高通的芯片目前已經(jīng)獲得超過60家的OEM廠商和模塊廠商的配套設計，已經(jīng)有100多款通信模組面世，中興在通信模組方面具有顯著的集成和增長優(yōu)勢，而華為是國內芯片研發(fā)的翹楚。

NB-IoT 芯片模組產(chǎn)業(yè)鏈

NB-IOT芯片這一領域不會形成大量市場參與者，但競爭依然激烈。華為、高通是參與制定NB-IOT規(guī)則的廠商，得以率先領跑。國內的大唐、展訊等廠商也在布局。就連ARM也準備搶搭NB-IoT的這股熱潮。目前芯片在幾十萬—百萬的量產(chǎn)級別上，價格是5美元/個，在千萬-億的量產(chǎn)級別上價格可以下降至1美元/個。中國電信準備投入3億元，在3類模塊上補貼20元/模塊左右。在這樣的政策下，芯片和模組的成本在短期內會降低，從而可以替代2G傳統(tǒng)的GSM、 GPRS的通訊模組場景，形成替代的價格優(yōu)勢，加速應用的落地。

無線模組是物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡和定位的關鍵設備。無線模組可以分為通信模組和定位模組兩大類。常見的局域網(wǎng)技術有WiFi、藍牙、 ZigBee等，常見的廣域網(wǎng)技術主要有工作于授權頻段的2/3/4G、 NB-IoT和非授權頻段的LoRa、 SigFox等技術，不同的通信對應不同的通信模組。

在無線模組方面，國外企業(yè)仍占據(jù)主導地位，包括Telit、 Sierra Wireless等，國內廠商今年來快速發(fā)展，能夠提供完整的產(chǎn)品及解決方案的模組廠商有華為、中興通訊、環(huán)旭電子、移遠通信、芯訊通、中移物聯(lián)網(wǎng)公司、上海慶科、利爾達等。

國內外物聯(lián)網(wǎng)模組供應商

未來用于物聯(lián)網(wǎng)的無線模塊，會朝著更加集成化、小型化、多樣化的方向發(fā)展，無線模塊價格仍會繼續(xù)走低。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開無線模塊的支持，無線模塊的整合發(fā)展成為了物聯(lián)網(wǎng)的基礎。

未來，無線模塊會隨著物聯(lián)網(wǎng)在各個行業(yè)領域應用中，以實現(xiàn)“智能化物件或動物”，這其中無線傳感器網(wǎng)絡的應用需求最為強烈。隨著我國本土企業(yè)的迅速發(fā)展，未來無線模塊需求增大的同時，進口將慢慢減小。預計2022年，我國無線模塊進口量為1.11億只，需求量為194.2億只，進口量占比為0.57%。

我國無線模塊未來市場需求估計（億只）

云平臺是物聯(lián)網(wǎng)的關鍵

物聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)應用和服務支撐的基礎平臺，通過感知層及網(wǎng)絡層獲得數(shù)據(jù)后，物聯(lián)網(wǎng)平臺層將對數(shù)據(jù)進行必要的路由，處理，分析優(yōu)化，以及邊緣計算的定制等功能，為物聯(lián)網(wǎng)應用提供完善的PaaS平臺支持。前端大量傳感器等終端接收的數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)關傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺上，物聯(lián)網(wǎng)平臺對所有數(shù)據(jù)進行篩選，儲存數(shù)據(jù)“屬性”，如位置、溫度、電池余量等。對于實時要求高，數(shù)據(jù)量大的傳感網(wǎng)絡，網(wǎng)關上需要擁有邊緣計算能力，以便在邊緣對傳感器的請求直接進行處理，或對數(shù)據(jù)進行制定的預處理。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)平臺功能的不同，可分為以下三種類型：

設備管理平臺(DMP)：通過傳感器定時接受終端數(shù)據(jù)，對物聯(lián)網(wǎng)終端設備進行故障排查、遠程監(jiān)控、系統(tǒng)升級、生命周期管理等功能。所有終端數(shù)據(jù)均可儲存在平臺云端中；

連接管理平臺(CMP)：通過對網(wǎng)關連接的監(jiān)測與管理，保障終端聯(lián)網(wǎng)通道的穩(wěn)定，同時可以進行IoT資費管理、網(wǎng)絡資源用量管理、 IP地址資源管理等；

應用開發(fā)平臺(AEP) ：主要為IoT開發(fā)者提供應用開發(fā)工具和后臺技術支持服務，包括業(yè)務邏輯引擎、 API接口、平臺架構和操作、交互界面等，此外還提供高擴展數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)模型、實時數(shù)據(jù)處理、智能預測離線數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化展示應用等。開發(fā)者無需考慮底層數(shù)據(jù)與連接等問題，可以實現(xiàn)快速開發(fā)、部署和管理，從而縮短時間，降低成本。

物聯(lián)網(wǎng)運營服務平臺架構

就物聯(lián)網(wǎng)平臺層企業(yè)而言，主要分為三類廠商。一類是以搭建連接管理平臺為主，主要代表為Cisco、國內三大電信運營商；二類是以搭建設備管理和應用開發(fā)平臺為主，代表為IBM、 BAT、京東等互聯(lián)網(wǎng)巨頭；三類是以各自細分領域的配套平臺廠商為主，代表為宜通世紀、和而泰、上海慶科等。

物聯(lián)網(wǎng)平臺提供商

由IBM開發(fā)的Watson IoT Platform是典型的應用服務管理平臺(AEP)。通過Watson IoT Platform，用戶可以將包括芯片、傳感器、智能穿戴設備在內的各種設備連接到下游的應用以及行業(yè)解決方案。 Watson IoT Platform可以通過物聯(lián)網(wǎng)云服務以及數(shù)據(jù)分析功能展現(xiàn)強大的擴展性，為企業(yè)用戶提供產(chǎn)品創(chuàng)新和轉型所需的建議。

IBM Watson IoT Platform

在連接側，通過云服務快速、安全地管理包括傳感器、芯片、智能穿戴設備在內的各種終端，確保終端設備連接至下游應用及行業(yè)解決方案。在信息管理側，通過豐富的數(shù)據(jù)分析工具識別海量存儲數(shù)據(jù)中的價值數(shù)據(jù)，實現(xiàn)元數(shù)據(jù)管理。在分析側，通過認知分析從海量結構化和非結構化數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律性并作出預測，從而提升決策水平。在風險管理側，通過分析物聯(lián)網(wǎng)格局及時識別并發(fā)現(xiàn)風險，并采取主動保護措施，預防意外事件的發(fā)生。