物联网的LPWA技术和行业挑战

作者：Kailash Narayanan

无处不在的连接传感器提供关键数据并在云中进一步处理该数据以提供业务洞察力的现象为电子和软件行业的许多参与者提供了巨大的机会。

物联网 （IoT） 与无线电和技术无关。它更多地是关于传感器传输的关键数据和数据的后处理的组合，以提供关键的业务洞察力，从而提高效率和节省成本。现在，微型 ARM 处理器中的计算能力足以让事情变得比 1990 年代初期的台式 PC 更强大，尤其是在无限的、几乎免费的基于云的计算资源的情况下。这种现象以及软件的进步使机器学习和人工智能 （AI） 能够实现后处理方面的突破。

机器学习和人工智能是物联网中几乎所有赚钱价值主张的根源，因为蓬勃发展的物联网依赖于四个关键项目：

可行的商业模式
强大的连接拓扑，
可靠的传感器
用于提取和提供正确见解的 AI 技术

无线数据业务动态

运营商从 3G 到 4G 再到 5G 数据服务的路径是成为融合的匿名实用程序的路径：每用户平均收入（ARPU） 同比下降；消耗的数据呈指数增长；每 MB 的收入呈指数级下降。因此，运营商面临着对基础设施进行巨额投资以支持不断下降的收入流，而 OTT 提供商、大公司的愿望以及并购 （M&A） 活动将进一步挑战运营商，因为每个都有潜力引入可以按分钟为用户找到最便宜的连接的服务。

因此，低功耗、广域 （LPWA） 物联网技术的动机。运营商每月可以收取数百种应用程序的费用，费用从几美分到几美元不等。与这些应用程序相关的数据量很小，因此现有基础架构的负载很小。在未来，可以预期运营商将从这些基于 LPWA 技术的新服务中获得大部分或全部利润。

物联网技术和应用

LPWA 网络旨在支持具有低数据速率的机器对机器 （M2M） 应用程序，这些应用程序能够维持较长的电池寿命并在无人值守的情况下运行数年。LPWA技术有很多，包括NB-IoT、LoRa、Sigfox。LTE Category-NB1（前身为 NB-IoT）受 3GPP 标准化管理，并拥有广泛的运营商支持和基础设施支持。

NB-IoT 将为公用事业仪表、停车位传感器、火灾探测、安全等提供替代技术（图 1）。所有这些行业都拥有现有的网络技术，因此 NB-IoT 不会带来变革，而是使它们更加无处不在的推动者。

图1 LTE Category-NB1（前身为 NB-IoT）为低带宽工业物联网 （IIoT）
应用定义了一种替代网络技术，可实现无处不在的低成本连接。

LPWA 技术改变了希望与该领域产品保持联系的公司的商业模式。今天，较大的资本资产中装有蜂窝调制解调器，用于使用跟踪和预测性维护，但是低成本产品的使用并不容易涵盖。特别是 NB-IoT 为每件产品提供了内置标签的潜力，使制造商能够跟踪使用情况、状态，并获得持续产品改进和营销的洞察力，并且这样做的方式不需要与最终用户进行网络协作。由于目前无法找到和跟踪在没有客户协作或在客户处安装供应商无线网络的情况下关闭的产品，因此 NB-IoT 标签的定位是解决重大挑战。

受益于 LPWA 技术的应用数量不计其数，其中包括来自工业电池供应商的利益相关者，他们希望在没有车辆制造商（叉车）与最终用户（仓库）协作的情况下跟踪其电池的使用情况。

物联网对垂直行业的影响

物联网现象对垂直行业的生活质量和商业价值产生了多维度的影响。

从生活质量的角度来看，物联网的承诺是在缩小舒适性和效率之间的差距方面迈出一大步，而这在过去需要大量的人力资源。通过更多地了解我们，公司将能够为我们提供有用的情报，协调和管理我们生活的每一个细节——银行、娱乐、通勤、购物、医疗保健、教育、旅行和儿童保育。因此，我们可能会看到更少关于我们不关心的事情的广告，并且花更少的时间搜索我们所做的事情。

在商业价值主张维度，物联网实现能源和资源利用效率，在许多垂直行业中存在数百个增值机会：

卡车司机反馈以节省燃料
寻找一个空的停车位
预测性而非规范性维护
自学习生产线以优化能源、减少废品并提高产量
优化风力涡轮机和其他能源资产
供应链管理（随时了解每件商品在供应链中的位置）

提到的许多提议都可以作为服务提供，从而支持一组全新的服务公司。物联网实现了从资本支出 （CAPEX）支出到运营支出 （OPEX） 支出的转变，更贴切地符合“我不想拥有音乐播放器，我只想现在听音乐”的情绪。

随着世界转向基于结果的思维框架，垂直行业将需要重新思考其商业模式。我们将看到几乎所有的资本供给行业都向服务业转型——例如，自动驾驶汽车、重型货物租赁等。

结果经济也开启了第三个预算——不是资本支出或运营支出，而是储蓄。例如，针对采矿业的物联网公司可能能够降低燃料成本和因操作员疲劳而导致的事故，从而使物联网公司的商业模式能够基于采矿作业所节省的特许权使用费百分比。这是双赢的。

有一种观点认为，所有商业都将转向基于结果的交易，因为没有客户愿意或不需要承担产品无法兑现承诺回报的风险。未来，客户会购买一个结果，供应商将根据他们能否交付结果来承担风险。这将开辟一种新型金融市场，供应商将在其中为无法实现承诺结果的风险投保。

物联网的全部意义在于让人们摆脱流程循环。关键是查看端到端流程，并通过使用数据分析和机器学习支持的无线传感器使人们不必经历流程步骤。

行业挑战

行业挑战围绕着提出可行的商业模式、上市时间、创收速度和部署可靠的传感器网络。传感器设计挑战包括跟踪不断发展的标准、设备小型化和信号完整性问题，以及关于长电池寿命（7-10 年无需更换电池）和认证的要求。

从技术角度来看，数年范围内的超长电池寿命是所有物联网设备制造商的设计目标之一。他们需要在实际操作条件下表征设备电池寿命和电流消耗。传感器制造商还需要解决信号完整性问题，例如串扰，因为更紧密的互连随着小型化而变得更加普遍。

从业务角度来看，挑战因物联网应用而异。虽然成本是消费物联网应用（如可穿戴设备和家庭自动化）的主要因素，但工业物联网应用（如智能电网、联网汽车和交通运输）需要始终如一的可靠性、使用寿命、安全性以及在很少或无需人工干预的情况下操作设备的能力。

今天有大量的无线格式可用于物联网设计，这在新领域的快速创新时期并不少见。表 1 概述了行业在选择无线格式时要考虑的高级属性，但绝不是所有物联网无线电格式的详尽覆盖。

表 1  物联网 （IoT） 设备制造商可以使用多种无线格式，每种格式都有基本的优点和缺点。

市场展望

物联网很可能成为许多颠覆性商业模式和市场效率的重要推动者。虽然我们还没有看到运营商认真谈论服务模式，但未来似乎很可能运营商可以提供一盒标签，让我们的自行车、汽车、宠物、儿童、割草机和汽车钥匙上由“Find my X‘ 应用程序在我们的智能手机计划中每月额外支付 1 到 5 美元。这相当于运营商 ARPU 大约增加 25%，并且最终可能是真正开始产生大量物联网设备的地方。

随着世界转向基于结果的经济，由机器学习和人工智能驱动的物联网将不可避免地成为实时连接多个垂直行业的关键推动力，提供有利于双方供应商的效率、节约和灵活性和消费者。