物联网行业研究报告.docx

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物联网行业研究报告

2020年物联网行业研究报告

报告综述：

无线传输是物联网的主要信息传递方式，通信模组是物联网核心组件之一。

无线传输主要分为三类连接方式：

蜂窝通信技术、LPWA技术、局域物联网。

通信模组是将基带芯片、存储器、功能器件等集成在PCB上，并提供标准接口的功能模块。

各类终端借助通信模组可实现通信功能。

通信模组的功能是承载端到端、端到后台的服务器数据交互，是用户数据传输的通道。

因此通信模组是物联网终端的核心组件之一。

2G/3G退出势在必行，4G与LPWAN迎来良机。

虽然2G/3G网络与4G网络具有很多相似的业务承载，然而2G/3G网络面对当前的社会发展，其效率明显不足。

从功能和效率的角度考虑，4G完全可以替代2G/3G网络。

其次，当前，2G/3G基站的单站收入已经不能抵消运维费用，成为运营商运营维护的负担。

从降低整体运营成本的角度考虑，4G/5G相比于2G/3G是更好的选择。

NB-IoT是物联网领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，属于低功耗广域网（LPWAN）。

NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，随着2G和3G的退网，4G/NB-IoT模组的应用场景会变得更加广阔。

5G技术优势明显，入局车联网战场解决难题。

自动驾驶（无人驾驶）是汽车发展的理想状态，当前的技术水平难以实现自动驾驶。

因此需要通过车联网实现过渡。

利用5G技术低时延、高可靠、高速率和大容量的能力，车联网不仅可以帮助车辆间进行位置、速度、行驶方向和行驶意图的沟通，更可以利用路边设施辅助车辆对环境进行感知，帮助V2X高效运行，实现车和其他一切实体之间的信息交互，从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高驾驶安全性和交通效率。

一、万物互联，层层架构分工明确（略）

蜂窝通信模组迎来市场扩大机遇

无线传输是物联网的主要信息传递方式。

无线传输主要分为三类连接方式：

（1）蜂窝通信技术，也即2/3/4/5G技术；

（2）LPWA技术（LowPowerWideArea，低功耗广域通信技术），广义上也属于蜂窝通信技术，包括NB-IOT（Cat-NB1）、LTE-M（eMTC，CatM1）、LoRa、Sigfox；（3）局域物联网（Short-rangeIOT），通常定义为100米以内，包括Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee。

NB-IoT和LTE-M本质上采用4G蜂窝技术。

NB-IoT和LTE-M的最初设计是使其在LTE系统内进行带内操作，并且可以共享LTE频谱。

基于NBIoT和LTE-M的特性，NB-IoT和LTE-M未来有望通过5G技术中进行带内操作或共存，实现技术向前兼容。

通信模组是将基带芯片、存储器、功能器件等集成在PCB上，并提供标准接口的功能模块。

各类终端借助通信模组可实现通信功能。

通信模组的功能是承载端到端、端到后台的服务器数据交互，是用户数据传输的通道。

因此通信模组是物联网终端的核心组件之一。

蜂窝通信模组具有覆盖面积广，成本低，功耗小的特点，使其相比局域物联网具有更广泛且灵活的应用空间。

目前，蜂窝网络连接技术正处于新老交替的窗口期，一旦蜂窝通信技术顺利完成更新换代，将会开拓一个更为广阔的市场。

原因有两方面，一方面，2019年10月22日，工信部信息通信发展司司长闻库明确表示，2G、3G的退网是移动通信更新换代的必然选择，也是当前国际主流国家的主要做法。

目前，2G、3G网络的传输效率已经无法满足当前社会发展的需求，中国的移动通信网络2G、3G退网的条件已经逐渐成熟。

另一方面，随着5G技术的成熟和普及，推动基于5G技术的无线通信模组发展将会成为趋势。

截至2020年底，我国已经建立了超过71万个5G基站，5G技术的商业化普及势在必行。

未来，不同类型的蜂窝网络连接技术将在物联网各个场景中各司其职，基于4G、NB-IoT等技术的物联网技术将逐渐替代原有2G/3G物联网技术，并提供更大带宽、更低时延、更深的覆盖；同时，基于5G的物联网技术将在大带宽、对时延要求极为苛刻的高速率场景承担起更重要的角色。

二、2G/3G退出势在必行，4G与LPWAN迎来良机

2.12G/3G退出势在必行

首先2G/3G的退网势在必行。

首先，2G/3G相对于4G网络功能落后。

虽然2G/3G网络与4G网络具有很多相似的业务承载，然而2G/3G网络面对当前的社会发展，其效率明显不足。

例如，一个3G基站只能同时支持20M左右的流量。

4G网络具有覆盖广、语音质量优、上网速度快、承载用户多、接续时间短、耗电低等优势。

从功能和效率的角度考虑，4G完全可以替代2G/3G网络。

第二，2G/3G网络运维成本较高。

2G/3G网络普遍存在通信体验质量下降、投诉增多等情况，其原因在于2G/3G设备陈旧且故障率高、手机辐射大且功耗高，相关设备厂商停止供应备品、备件造成维护困难。

当前，2G/3G基站的单站收入已经不能抵消运维费用，成为运营商运营维护的负担。

从降低整体运营成本的角度考虑，4G/5G相比于2G/3G是更好的选择。

NB-IoT是物联网领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，属于低功耗广域网（LPWAN）。

NB-IoT设备电池拥有至少10年的寿命，同时还能提供较为全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。

NBIoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于LTE网络（4G），以降低部署成本、实现平滑升级。

因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，随着2G和3G的退网，4G/NB-IoT模组的应用场景会变得更加广阔。

其需求的增长主要出现在远程控制和智能抄表市场。

2.2技术迭代孵化新应用场景

2.2.1远程控制

物联网远程控制终端是基于LTE、NB-IoT等物联网技术实现远程数据采集、状态监测，图像监视，远程通信，设备控制，异常报警并对数据进行处理、存储、加密和传输的智能终端设备。

物联网远程控制终端实现了物物相联和人机互动，广泛应用于状态感知、设施监测、数据交互、运行控制等各种物联网应用场景中。

目前，远程控制被广泛应用于农业，工业，畜牧业，采矿业等领域。

物联网远程控制的作用包括三方面：

（1）缓解劳动力不足的问题，

（2）代替劳动者完成部分强度大或危险性大的工作，保障人身安全，例如矿井监控，农作物浇灌等工作，（3）调试好的指令进行操作可以提升工作效率，降低劳动力成本。

我们以远程控制在农业中的具体应用作为例子进行分析。

“十三五”期间，我国政府部门高度重视现代农业的发展，先后出台了《农业科技发展“十三五”规划》、《关于加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干意见》等政策文件，全力支持“十三五”期间我国农业的发展。

物联网智慧大棚利用高精度传感器对温室大棚环境的各项指标（PH值、降水量、空气温湿度、土壤水分、土壤湿度、土壤盐分、植物营养指标以及植物生理生态等）进行监测采集，然后通过NB-IoT网络上传云平台和手机APP，用户可以通过蜂窝智慧云平台实现对作物生长环境进行实时监测和预警，为科学生产种植提供数据依据；同时利用4G蜂窝网络对温室大棚内部进行远程控制和系统自动化联动控制，大幅度提高农业生产效率，提高产品质量和温室大棚的利用率；建立水肥一体化系统借助蜂窝智慧云平台能够实现对大棚进行精细化施肥灌溉；在大棚安装高清摄像机实现对大棚进行实时监控，能够提高管理人员的效率同时能够对大棚物资进行管理。

通过物联网技术对农业大棚进行自动化，智能化改造，可以构建：

（1）环境监测系统：

通过物联网连接传感器对大棚内部空气温湿度、二氧化碳溶度、光照强度、土壤温湿度、土壤EC值、土壤酸碱度、土壤养分含量等进行实时采集，并通过NB-IOT通信模组上传到蜂窝智慧云平台，用户可以通过手机端小程序或PC端大数据平台进行实时查看，出现异常及时进行操作。

（2）设备管控系统：

利用NB-IOT模组构建智能控制系统，将温室内部的风机、水帘、遮阳电机、卷膜电机、卷被电机、加温电机、电磁阀门、水泵、水肥一体机等设备连接，用户终端通过4G蜂窝信号连接智慧云平台实现对这些设备的远程控制，根据传感器采集参数变化与作物生长最佳参数对比实时调控或自动控制温控系统、灌溉系统等。

（3）水肥一体化系统：

建立水肥一体化设备配合大棚内部滴灌/喷灌管道，根据传感器采集的土壤湿度、土壤EC值、土壤养分、空气湿度等参数，实现对作物的精准施肥和灌溉，节约水肥，降低能源损耗。

（4）可视化管理系统：

在大棚安装高清摄像机实现对农场进行监控，通过蜂窝智慧云平台可以实现对农场的进行24小时在线监管，同时有利于管理人员是实现在办公室就可以远程对现场的人员、物资、作物进行管理，提高管理效率。

据华为技术数据显示，全球智慧农业有1.5亿的连接需求，由此带来的市场空间十分可观。

2020年全年，物联网在农业领域的潜在市场规模将达到268亿美元，2015至2020年复合增长率为14.3%。

其中美国的市场份额最大并且智慧农业起步较早，已经进入成熟期，而亚太地区作为新兴的市场，将享受更高速的增长。

据BIintelligence预测，2020全年我国农业物联网设备安装量将达到7500万个，5年年复合增长率为20.11%。

根据华为数据显示，我国农业物联网等信息技术应用比例从2015年的10.2%提升至2020年的17%，农业生产实现信息化、智能化。

2.2.2智能抄表

智能抄表是智能“水，电，气”网的智能终端，它依赖于NB-IoT技术，采用先进的能源计量专用芯片，应用数字采样处理技术及SMT工艺，根据居民实际用量状况设计制造的非传统意义上的能量表。

所有智能抄表计量均安装计量装置和NB-IOT通信模块，采用一对一的方式直接上传数据，无需集中器，一台抄表设备将计费+通信功能合二为一，在施工、维护，成本上都有巨大优势。

智能抄表系统将千家万户的用量与管理部门的电脑网络中心联成一体，从根本上解决了目前用水、用电、用气管理的自动化程度低,中间环节多,缴费不及时等问题。

传统人工抄表的一系列难题最初是由GPRS远程抄表解决的。

GPRS远程抄表不仅高效率，更具安全性，客户交费更为方便快捷。

然而，GPRS通信基站客户容积较小，功能损耗高，信号差，这对电池性能的型号选择和成本管理具有较大挑战。

NB-IoT则较好地解决了GPRS抄表方案所遭遇的难点。

NB-IoT在作用上继承了GPRS。

同时，相比GPRS通信技术，NB-IOT拥有50-100倍的上涨容积。

这也就意味着，在同一通信基站覆盖面积下，NB-IoT能提供GPRS无线通信的50-100倍的连接数。

庞大的连接数有利于装表量较为聚集的住宅小区使用。

NB-IoT的智能抄表系统软件的核心由含有NB-IoT控制模块的水电气表、通信基站、NBIoT核心网、NB-IoT管理服务平台、手机客户端互联网智能管理系统、集抄智能管理系统等系统集成。

水电气表将收集的使用量信息和本身情况信息上传至物联网技术云服务平台。

此外，水电气表还可以接收来源于云服务平台的相关信息。

手机客户端智能管理系统可以从NB-IoT管理云服务平台中获得住户自来水/电/气信息内容，监控用户的即时应用状况。

企业可根据相关数据，对客户的电，自来水，气开展台阶价格调整，并向住户消息推送每个月的需求量和费用等状况。

根据数据显示，2019年，智能水表市场需求3230万只，市场渗透率为44.91%。

2019年我国智能水表产量达3008万只，预测2020年我国智能水表产量将达3275万只。

三、5G技术优势明显，入局车联网战场解决难题

3.15G的优势明显

5G具有超高数据速率、大规模连接、低时延、高可靠性等特征,对社会经济发展具有较大的帮助。

5G将会渗透、影响到社会多个领域。

5G的关键性能指标主要包括:

用户体验数据速率、连接密度、端到端延迟、流量密度、移动性和峰值数据速率。

5G网络具有超过100Mbps的用户体验数据速率、每平方公里100万个连接、1毫秒端到端延迟和每秒数十千兆的峰值数据速率等关键性能指标。

5G关键技术主要包括无线技术和网络技术两方面。

在无线技术领域,大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术,已成为业界关注的焦点。

在网络技术领域,基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的新型网络架构,已取得广泛共识。

未来5G网络将是基于SDN、NFV和云计算技术,更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。

当前，4G网络已在物联网领域得到应用,并不断发展以适应未来物联网的应用需求。

未来物联网的新应用场景需要新的性能标准,如物联网设备的大规模连接、安全性、可靠性、无线通信的覆盖范围、超低延迟、高吞吐量等。

为满足这些需求,5G技术有望为未来物联网应用提供新的接口。

5G不仅将在未来十年提供1000倍的互联网流量增长,还将为各个行业提供支持物联网发展的基础技术。

3.2汽车保有量持续增长，交通问题日渐突出

随着中国汽车市场的开放与发展，中国人均可支配收入的增加，汽车制造技术的提升以及成本的降低，汽车已经成为当代国人重要的出行工具。

据公安部统计，2020年，全国机动车保有量达3.72亿辆，其中汽车2.81亿辆；机动车驾驶人达4.56亿人，其中汽车驾驶人4.18亿人。

2020年，全国新注册登记机动车3328万辆，同比增加114万辆，新领证驾驶人2231万人。

2020年，全国新注册登记汽车2424万辆，比2019年减少153万辆，下降5.95%。

汽车保有量的激增在改善人类生活质量的同时也带来了一系列社会问题：

（1）目前我国大多数城市都存在交通拥堵情况。

在全国六百多个城市中，有61%的城市都会交通拥堵严重的现象，尤其是在早晚高峰时期。

根据高德地图发布的《2019年年度中国主要城市交通分析报告》显示，我国全年人均拥堵时间为174小时。

交通拥堵除了浪费大量的时间以外，还导致了严重的环境污染和资源浪费，调查统计表明，机动车在拥堵情况下的能耗是最优情况下的2倍，如果一辆汽车在7km/h到88km/h之间加减速1000次，其燃料消耗比匀速行驶时多60升，对于货车则多消耗114升。

（2）世界银行数据显示，随着汽车保有量的不断提升，全球停车位需求量从2015年约2.25亿升至2020年的约3.75亿个，而停车位数量仅从2015年的约7500万个升至约1.2亿个。

停车位的紧缺严重影响了经济的发展。

据INRIXResearch调查显示，停车位不足的问题在全美国范围内每年造成超过730亿美元的损失。

（3）我国公安部交通管理局数据显示，2019年我国共发生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受伤，直接财产损失9.1亿元。

3.3自动驾驶短期难以实现，车联网成为过渡方式

自动驾驶汽车（Autonomousvehicles；Self-drivingautomobile）是一种通过物联网和人工智能技术相结合实现的无人驾驶汽车。

自动驾驶汽车依靠蜂窝通信技术，人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同工作以了解行车环境，并通过物联网对道路进行智能导航，使汽车可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地行驶。

（1）由于自动驾驶汽车在加速、制动以及变速等方面都通过自动驾驶系统进行计算和决策，相较于传统的驾驶员，自动驾驶系统可以做出最有效率的驾驶行为，有助于缓解交通拥堵。

（2）基于智能系统的控制，车辆可以提高能耗效率、减少对环境的污染。

据麦肯锡咨询公司数据显示，无人驾驶汽车每年帮助减少3亿吨温室气体排放，这相当于航空业二氧化碳排放量的一半。

（3）通过无线通信技术、移动终端技术、GPS定位等技术的综合应用，以及对停车场的智能化管理，自动驾驶可以通过车联网信息实现自动寻找目的地附近的可用车位，实现自动停车。

据博世数据显示，2025年自动停车将省去长达3.8亿公里用于寻找车位的绕行路程，同时美、中、德三国的互联停车功能将节省约7千万小时花费在找车位上的时间。

（4）自动驾驶可以避免驾驶员由于疲劳，分心，酒驾等因素所导致的交通事故，并且随着5G通信技术的民用化和商用化，搭载5G蜂窝通信模组的无人驾驶汽车在面对突发紧急情况时具有更快的响应和决策能力，可以大幅降低交通事故产生的概率，挽救乘客的生命，减少经济损失。

根据摩根士丹利数据显示，无人驾驶汽车带来的生产力提升每年可为美国经济增加5070亿美元的价值。

当生产力提高与无人驾驶汽车带来的其他优势相结合时，自动驾驶每年可为美国经济创造1.3万亿美元的价值，在全球范围内有望达到5.6万亿美元。

然而，自动驾驶（无人驾驶）是汽车发展的理想状态，当前的技术水平难以实现自动驾驶。

因此需要通过车联网实现过渡。

随着5G通信技术的普及，凭借其传输速度快，容量大，时延低的特性，将会传输车辆行驶中所产生的数据到后台。

后台系统通过数据分析做出帮助驾驶者作出决策。

随着车载操作系统的不断发展，汽车将会实现完全智能化、自动化。

此时，智能汽车结合良好的无线通信技术，将有望实现自动驾驶。

车联网以行驶中的车辆为信息感知对象，借助新一代信息通信技术，实现车与X（即车与车、人、路、服务平台）之间的网络连接，提升车辆整体的智能驾驶水平。

车联网的提出主要服务于三个目标：

安全、效率以及改善司乘人员的舒适度。

成熟的车联网技术将给社会带来非常大的社会价值和经济价值。

搭载5G蜂窝通信模块的车联网汽车对于提高安全性，减少交通事故有重大意义。

世卫组织指出，全球每年死于车祸的人数超过135万人，还有2000万至5000万人受到非致命伤害。

道路交通碰撞的损失占大多数国家国内生产总值的3%。

90%以上的车祸都是由人为失误造成的。

NHTSA估计，车联网的V2V和V2I带来的安全应用可减轻甚至消除多达80%的交通事故，其中包括在十字路口以及变道引发的各类事故。

根据我国公安部交管局披露的数据，我国每年因道路交通安全事故伤亡人数超20万，各地交警接报事故的总量大概在470万左右。

自智能交通方案实施以来，我国道路安全事故总量呈下降趋势，2000年为61.7万起，至2015年下降至20万起左右。

车联网能够缓解甚至消除交通堵塞，有效提高交通效率。

美国人每年平均要因为交通拥堵浪费97个小时的时间，2018年拥堵给美国司机带来了近870亿美元的损失，平均每位司机损失1348美元。

基于V2X技术，使得车辆能够与其他车辆、基础设施以及智能应用之间通信，可以有效解决城市中的交通拥堵问题。

这样的交通系统还可以收集实时数据，分析城市中的车流量，应用更好的算法及道路管理措施来改善基础设施规划。

将各个节点收集到的道路信息进行分析之后，交通部可以更有效地部署道路工作人员。

随着V2X车联网通信逐渐得到采用，智能交通系统带来的效用有望成比例地增加。

车联网的应用还将对减少空气污染，营造绿色环境有很大帮助。

V2X技术可以通过减少增加污染的交通堵塞等方式来造福环境。

车辆和基础设施之间的协调也将减少不必要的停车和制动，进一步减少燃料消耗和排放。

3.4蜂窝通信模组是车联网以及自动驾驶重要器件

车载通讯是在车辆上应用的移动通信技术，现阶段主要通过车辆装配4G蜂窝通信模块进行车车、车路通信将交通参与者、交通工具及其环境有机结合，实现交通高度信息化、智能化、安全化的手段。

借助移动通信技术从而有效解决司机和乘客安全、碳排放以及行驶效率低下等问题。

车联网通信技术分为IEEE802.11p（DSRC专用短程通信使用的底层无线通信技术，于2020年被美国放弃，转向中国主推的C-V2X车联网标准）和3GPPC-V2X（以LTE-V2X为代表，是基于4G蜂窝网的V2X无线通信技术）两种类型。

LTE-V2X作为一种基于LTE演进的车联网技术，具备诸多后发优势。

LTE-V2X在设计过程中充分借鉴了802.11p的经验和不足，在系统容量、覆盖范围等方面具有显著的性能优势：

（1）LTE-V2X采用集中式控制传输与分布式传输相结合的方式，将V2N、V2I、V2V以及V2P结合成一个有机整体。

LTE-V2X底层具备更好的链路预算，借助更加精细的信道设计及资源分配方案来获得高可靠、广覆盖、低时延的传输保障。

（2）LTE-V2X借助成熟的LTE网络及产业链，通过对现有的LTE网络基站设备进行升级就可以实现部署，不需要再铺设大量的基础设施通信模块，产业更容易快速发展起来。

LTE成熟的生态系统吸引电信运营商，通信设备制造商和汽车企业基于现有的LTE网络和技术支持车联网通信，从而LTE-V2X成为自然的选择。

（3）LTE-V2X是运营商增加新连接（车、自行车、摩托、行人等）的重要卡位。

基于LTEV2X，运营商可以自然地参与到车联网产业中来，提供车连网相关业务，如具有最核心的竞争力的连接、数据、服务等业务。

从智能交通长远发展的角度来看，以LTE-V2X为代表的C-V2X技术实现了直通和蜂窝模式的融合，未来可以平滑演进到5G，应用前景更加光明。

行驶中的汽车通过装配的各种传感器收集到车辆自身的状态信息，周边车辆及行人，环境信息，例如车速，车流量，车间距，道路信息之后，通过蜂窝通信模块将信息发送到终端后台，由统一的服务器进行计算，设计出效率最高的出行计划和行驶状态，最后再由蜂窝通信信号将指令传送回汽车终端并由车载电脑执行。

同时，LTE-V2X的PC5接口可以支持行驶间车辆的信息交互，实现高效的无线资源分配机制。

3.55G网络补齐通信网络层的技术缺口

利用5G技术低时延、高可靠、高速率和大容量的能力，车联网不仅可以帮助车辆间进行位置、速度、行驶方向和行驶意图的沟通，更可以利用路边设施辅助车辆对环境进行感知，帮助V2X高效运行，实现车和其他一切实体之间的信息交互，从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高驾驶安全性和交通效率。

通过一组数据对比来看：

自动驾驶汽车以每小时60公里的速度行驶，如果时延是60毫秒，车的制动距离大概在1米；如果是10毫秒的时延，车的制动距离是17厘米；如果降低到5G的理论时延1毫秒，制动距离缩短到只有17毫米，大幅度的提高了自动驾驶的安全性。

因5G上行宽带最高可达10G，可在每平方公里内支持至少800辆车的数据传输。

并且可支持车辆以60km/h的速度行进，真正地满足了人们的日常所需。

5G的特性，提升了车辆对环境的感知、决策、执行能力，给车联网、自动驾驶应用，尤其是涉及车辆安全控制类的应用带来很好的基础条件。

2020年12月29日，上汽R汽车宣布旗下“5G智能电动