5G正在加快部署,加之LoRa與NB-IoT等低功耗廣域網(wǎng)鋪開應(yīng)用,全球物聯(lián)網(wǎng)連接量激增,從智能汽車、智能家居到企業(yè)資產(chǎn)管理設(shè)備再到工業(yè)設(shè)備,廣泛的連接推動(dòng)信息科技由移動(dòng)互聯(lián)邁向萬物互聯(lián)。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC最新報(bào)告顯示,2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模達(dá)到300億,以及到2024年全球物聯(lián)網(wǎng)的連接量將接近650億。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在2020年疫情防控中的全力出擊、智慧生活中的大放異彩、成為新基建中的核心要素,在給大眾帶來希望和活力的同時(shí),正在將之前從未連接過的“物”連接起來,將給人們新的數(shù)據(jù)認(rèn)知,進(jìn)而轉(zhuǎn)變成前所未有的變革。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪科技發(fā)展已來到一個(gè)新周期的起點(diǎn),從人與人的連接到物與物的連接、從物質(zhì)生產(chǎn)要素到數(shù)據(jù)要素、從現(xiàn)實(shí)世界到數(shù)字孿生,數(shù)字世界已全面到來,物聯(lián)網(wǎng)革命蓄勢(shì)待發(fā)。

根據(jù)Strategy Analytics 最新報(bào)告稱,2020年5G 僅占IoT連接比例的不到1%,但到 2030 年將上升到全部連接的40%。5G正在加快部署,加之LoRa與NB-IoT等低功耗廣域網(wǎng)鋪開應(yīng)用,全球物聯(lián)網(wǎng)連接量激增,從智能汽車、智能家居到企業(yè)資產(chǎn)管理設(shè)備再到工業(yè)設(shè)備,廣泛的連接推動(dòng)信息科技由移動(dòng)互聯(lián)邁向萬物互聯(lián)。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC最新報(bào)告顯示,2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模達(dá)到300億,以及到2024年全球物聯(lián)網(wǎng)的連接量將接近650億。在2020世界物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上,組委會(huì)主席、科技部原秘書長(zhǎng)石定寰在做主題報(bào)告時(shí)對(duì)目前全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值估值15萬億美元,其年平均增長(zhǎng)率接近23%,他預(yù)計(jì)2021年以后這一增速有望達(dá)到30%,到2025年,全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將達(dá)到30萬億美元的體量。

與此同時(shí),得益于人工智能的促進(jìn),以及全球數(shù)字化、智能化創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng),各界面向物聯(lián)網(wǎng)的支出穩(wěn)健增長(zhǎng)。值得一提的是,我國(guó)是全球物聯(lián)網(wǎng)支出最大市場(chǎng),來自IDC最新報(bào)告預(yù)測(cè),到2024年我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)支出將達(dá)到約3000億美元,未來5年的復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到13%,這個(gè)支出超越美國(guó)成為全球第一大物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用落地,給物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)注入源源不斷的活力蓬勃生長(zhǎng)。早在2018年我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模就突破萬億大關(guān),我國(guó)作為全球最具創(chuàng)新新活力以及體量最大的市場(chǎng),各界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)需求強(qiáng)勁,儼然已成為全球重要的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用已廣泛深入各行各業(yè)和人們的生活,不僅在考驗(yàn)傳統(tǒng)系統(tǒng)的承受能力,還將決定不同行業(yè)大大小小公司的命運(yùn)。我們期待一個(gè)更加清晰透明的物聯(lián)網(wǎng)未來藍(lán)圖,以下整理的物聯(lián)技術(shù)構(gòu)成將為讀者提供一個(gè)智能和連接無處不在的物聯(lián)生活科技圖譜。

傳感器

物聯(lián)網(wǎng)走入人們生活的步伐,一點(diǎn)都離不開小小的傳感器。如今,不管是智能最前沿——智能制造、智慧城市、智慧醫(yī)療等,還是智能設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析,再龐大的智能系統(tǒng),都要從傳感器的感測(cè)開始。傳感器由傳感元件、信號(hào)調(diào)理電路、控制器(或處理器)組成,具有數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、分析甚至決策功能。在電子和電氣設(shè)備中,傳感器用來獲取外界原始的物理信號(hào),包括聲音、圖像、溫度、濕度、壓力和光信號(hào)等,并將這些物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),典型形式是電壓和電流。傳感器的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入提高精度、降低功耗和體積、實(shí)現(xiàn)較易組網(wǎng)從而擴(kuò)大傳感器應(yīng)用范圍的階段。傳統(tǒng)的物理和化學(xué)傳感器只是獲取外界信號(hào),并不具備計(jì)算和處理能力。隨著制造工藝技術(shù)、尺寸和成本需求的提高,基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝的傳感器越來越流行。

如今,傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在:集成化、小型化和低功耗。在集成化方面,除了橫向多傳感器的集成,還有越來越多的傳感器企業(yè)開始做縱向集成:實(shí)現(xiàn)完整系統(tǒng)的構(gòu)建,甚至可能擴(kuò)展到用軟件進(jìn)行更完整的數(shù)據(jù)處理,乃至云和AI技術(shù)。

MCU

MCU(微控制器單元)是物聯(lián)網(wǎng)的核心,如果沒有MCU的發(fā)展未必會(huì)有物聯(lián)網(wǎng)今天的成功。在各種任務(wù)中,MCU往往是各種互連設(shè)備的中央處理元件。如今,大量微控制器已進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的三個(gè)領(lǐng)域——智能家居和城市、智慧工業(yè)、智能萬物,每一種應(yīng)用都有處理和安全需求。現(xiàn)今的MCU都是系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC),在單個(gè)芯片上集成了多種功能模塊和接口,包括存儲(chǔ)器、I/O端口、時(shí)鐘、A/D轉(zhuǎn)換、PWM等,以及SPI、I2C、ISP等數(shù)據(jù)傳輸接口。按照位數(shù)來劃分,MCU可分為4位、8位、16位、32位和64位,現(xiàn)在32位MCU已經(jīng)成為主流,在過去由8/16位MCU主導(dǎo)的應(yīng)用和市場(chǎng)中,32位MCU已經(jīng)基本完成替代。

在物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)下,各種電池供電設(shè)備的巨大需求使業(yè)界對(duì)微控制器和其他系統(tǒng)級(jí)器件的能源效率要求不斷提高。所以降低功耗成為一個(gè)無法避開的技術(shù)話題,眾多廠商已開始在低功耗MCU的賽道上競(jìng)逐,開發(fā)人員也不斷在功耗和性能之間進(jìn)行權(quán)衡。

連接和通信技術(shù)

如果將“鐵公基”包含的公路、鐵路、軌道交通看做是站點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)的話,那5G、藍(lán)牙、Wi-Fi、LPWAN等就是連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,互相傳輸數(shù)據(jù)的通道。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)(GSMA)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2010-2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場(chǎng)高速增長(zhǎng),復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)19%。2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)量高達(dá)126億個(gè)。據(jù)GSMA預(yù)測(cè),2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(包括蜂窩及非蜂窩)聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將達(dá)到約246億個(gè)。通信技術(shù)中的窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)、長(zhǎng)期演進(jìn)機(jī)器類型連接(LTE-M 和 LTE-MTC)以及增強(qiáng)型機(jī)器類型通信(eMTC)是目前流行的技術(shù)。這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于,它們利用現(xiàn)有用于語音和高帶寬通信的蜂窩發(fā)射塔。不過,只需要不定期報(bào)告和控制的設(shè)備并不需要高帶寬,而且由于許多設(shè)備都采用電池驅(qū)動(dòng),因此需要這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持更低的功耗和更低的帶寬標(biāo)準(zhǔn)。其他未利用現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)且必須重建基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)包括Sigfox、LoRa/LoRaWAN等。

廣域網(wǎng)和短距離通信技術(shù)的應(yīng)用也推動(dòng)著更多的傳感器設(shè)備將數(shù)百億物體接入到數(shù)字世界中。物聯(lián)網(wǎng)將依托下一代更先進(jìn)的連接技術(shù):一方面,物聯(lián)網(wǎng)連接成本、功耗和尺寸將大大降低,通過無感部署進(jìn)行低成本物聯(lián)應(yīng)用;另一方面,物聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施提供的連接不只是信息媒介,還將具有智能端側(cè)信號(hào)處理和壓縮能力,進(jìn)而構(gòu)建物理世界與數(shù)字世界連接的神經(jīng)中樞,開啟萬物感知,萬物互聯(lián),萬物智能的時(shí)代。未來,物聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施將通過無處不在的信號(hào)覆蓋,提供環(huán)保且可隨便拋棄的低成本終端,提供更下沉、真正連接萬物的智能數(shù)據(jù)采集和分析服務(wù)。

低功耗智能傳感器、創(chuàng)新的連接技術(shù)和令人驚艷的用例的出現(xiàn)讓物聯(lián)網(wǎng)火爆起來。將來更多的無線設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量暴漲既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn),成功的物聯(lián)網(wǎng)解決方案要求行業(yè)同時(shí)提供創(chuàng)新的傳感器和連接技術(shù)。