世界上最大的生物既不是大象也不是鯨魚，是一種位于俄勒岡州藍(lán)山的真菌。這種真菌有巨大的地下卷須，分布在3.4平方英里(8.8平方公里)的范圍內(nèi)，據(jù)估計(jì)已有8500年的歷史。每年有幾個(gè)星期，它會(huì)長(zhǎng)出從土壤中探出的蘑菇。

俄勒岡州的“巨大真菌”是一個(gè)連接的網(wǎng)絡(luò)，將信息傳輸?shù)揭粋€(gè)巨大的、幾乎看不見的地形上的許多節(jié)點(diǎn)。這讓你想起什么了?是的，它就像大自然自己的物聯(lián)網(wǎng)。更準(zhǔn)確地說，它就像大自然的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)。

那么，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)究竟是什么?它與其他類型的物聯(lián)網(wǎng)有何不同?

區(qū)別在于數(shù)據(jù)量、延遲、能耗和處理能力。大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)描述了一個(gè)擁有大量連接設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。這些機(jī)器通常收集數(shù)據(jù)并將信息傳輸回中央服務(wù)器/云。由于它們的能力有限(通常位于偏遠(yuǎn)地區(qū))，這些“事物”通常成本低、功耗低且相對(duì)“笨拙”。想想在田野、河流和林地收集信息的農(nóng)業(yè)傳感器。

現(xiàn)在將其與關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行比較。

事實(shí)恰恰相反。它描述了由執(zhí)行高度戰(zhàn)略功能的超級(jí)先進(jìn)機(jī)器組成的物聯(lián)網(wǎng)。關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用消耗大量數(shù)據(jù)和電力，要求低延遲，并且在許多情況下必須始終可用。想想自動(dòng)駕駛汽車和遠(yuǎn)程手術(shù)。

得益于蜂窩連接技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)正處于急劇增長(zhǎng)階段。Juniper估計(jì)，到2024年，物聯(lián)網(wǎng)連接總數(shù)將從2020年的350億上升到830億。專家認(rèn)為，其中約有一半可能是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)。

與此同時(shí)，在價(jià)值方面，IndustryARC預(yù)測(cè)，到2026年，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到7.1%，到2026年將達(dá)到1214億美元。

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng):蜂窩網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵作用

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力是蜂窩通信的進(jìn)步。為什么?因?yàn)槿魏未笠?guī)模物聯(lián)網(wǎng)都依賴于可靠的低功耗廣域網(wǎng)(LP-WAN)技術(shù)。這與要求集中位置的高功率和高速度的關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)不同。

那么，一個(gè)“好的”LP-WAN的屬性是什么呢?有三種:

可以經(jīng)濟(jì)高效地遠(yuǎn)距離連接大量設(shè)備。

可以在較長(zhǎng)的生命周期內(nèi)連接和管理設(shè)備。

可以建立安全和信任，讓用戶確信設(shè)備和數(shù)據(jù)不會(huì)被不良行為者截獲。

顯然，Wi-Fi、藍(lán)牙和其他“短距離”協(xié)議無法滿足其中許多要求。因此，蜂窩網(wǎng)絡(luò)非常重要，且其覆蓋范圍非常廣泛。

但這里有個(gè)轉(zhuǎn)折。從歷史上看，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是考慮到人和手機(jī)，而不是“事物”。

為了說明這個(gè)問題，以土壤傳感器為例。假設(shè)一家農(nóng)業(yè)企業(yè)想要在數(shù)百平方英里的土地上安裝5000個(gè)這樣的小型設(shè)備。傳感器的復(fù)雜性很低，只會(huì)傳遞濕度和酸度的讀數(shù)，且大多數(shù)時(shí)間將處于睡眠模式。它們也會(huì)存在于環(huán)境惡劣的地方，但對(duì)人類工程師而言太偏遠(yuǎn)，無法定期訪問。

顯然，對(duì)于這家農(nóng)業(yè)企業(yè)而言，為了這個(gè)目的在其土地上安裝5000個(gè)高性能和昂貴的手機(jī)類型的設(shè)備是沒有意義的。

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù):LTE-M和NB-IoT

到2010年代，移動(dòng)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)3GPP已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要支持低維護(hù)低功耗設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)。2016年，該企業(yè)確認(rèn)了兩項(xiàng)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù):LTE-M和NB-IoT。

這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有很大的不同。LTE-M(也被稱為L(zhǎng)TE Cat M1)使用與4G/LTE相同的頻譜和基站，但被精簡(jiǎn)了。其支持高達(dá)1Mbps的下行和上行速度，延遲為50到100毫秒。這使得它對(duì)實(shí)時(shí)通信非常有用。

LTE-M已在現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)上廣泛推廣。據(jù)GSMA稱，截至2022年5月，有60家運(yùn)營(yíng)商提供LTE-M服務(wù)。

然而，許多機(jī)器甚至不需要這樣的帶寬。對(duì)其而言，有NB-IoT(也稱為L(zhǎng)TE Cat M2)。NB-IoT使用更簡(jiǎn)單的芯片，功耗更低。它最大支持62.5 kbps，時(shí)延1.5~10秒。顯然，這不適用于實(shí)時(shí)通信，但對(duì)于間歇性數(shù)據(jù)傳輸來說很合適。因此，NB-IOT傳感器可以支持長(zhǎng)達(dá)10年的電池壽命。

據(jù)GSMA稱，截至2022年5月，已有110家運(yùn)營(yíng)商推出了NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng):5G的作用

現(xiàn)在，我們正在進(jìn)入5G時(shí)代。很明顯，5G的超高速和低延遲特性將加速關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)的部署。遠(yuǎn)程手術(shù)和自主運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用案例已經(jīng)開始推出。

但5G將對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生什么影響?

首先需要說明的是，3GPP已同意其NB-IoT和LTE-M技術(shù)將作為5G規(guī)范的一部分繼續(xù)發(fā)展。換句話說，NB-IoT和LTE-M將與其他5G組件，如增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶和關(guān)鍵通信，在同一網(wǎng)絡(luò)中共存。所有這些都意味著移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的投資得到了保護(hù)，同時(shí)NB-IoT和LTE-M模塊也將面向未來。

在5G時(shí)代，NB-IoT和LTE-M網(wǎng)絡(luò)將比以往任何時(shí)候都更廣泛，支持更多的設(shè)備。這得益于5G前所未有的容量，其擁有以下能力。

每單位面積的連接設(shè)備數(shù)量高達(dá)100倍（(與4G LTE相比)

支持在0.386平方英里或1平方公里內(nèi)安裝100萬臺(tái)設(shè)備。

99.999%的可用性

100%的覆蓋率

網(wǎng)絡(luò)能源使用減少90%，這意味著連接對(duì)象可以在不需要人工協(xié)助的情況下運(yùn)行數(shù)月或數(shù)年。

低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命長(zhǎng)達(dá)10年

一種用于新型連接設(shè)備的新型SIM卡

不用說，如果不改變SIM技術(shù)，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)就不可能存在。智能手機(jī)用戶所熟悉的塑料SIM卡并不適合物聯(lián)網(wǎng)的世界——太笨重，無法插入數(shù)百萬臺(tái)小型機(jī)器，也不夠堅(jiān)固，無法承受極端的溫度、濕度和振動(dòng)。

為了滿足這些條件，業(yè)界開發(fā)了專用的eSIM。它可以焊接到位，并在整個(gè)設(shè)備生命周期內(nèi)遠(yuǎn)程激活。科技企業(yè)一直在改進(jìn)eSIM技術(shù)。例如，現(xiàn)在有更小的外形尺寸，如Thales的超緊湊型MFFXS，適合空間有限的設(shè)計(jì)。

還有將于今年上市的iSIM(一種集成的eSIM)。這種新形式得到了整個(gè)行業(yè)的支持——已獲得GSMA、可信連接聯(lián)盟和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的認(rèn)證。iSIM嵌入在設(shè)備片上系統(tǒng)(SoC)的防篡改元件上。它消除了對(duì)離散SIM硬件的依賴，可以使用行業(yè)范圍內(nèi)的安全協(xié)議進(jìn)行無線激活。最重要的是，它的尺寸小于一平方毫米。

GSMA相信，新的SIM卡外形尺寸將加速大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的推出。該企業(yè)自己的研究發(fā)現(xiàn)，83%的企業(yè)認(rèn)為eSIM對(duì)其物聯(lián)網(wǎng)部署的成功至關(guān)重要。

Kaleido Intelligence支持這種信心。據(jù)估計(jì)，到2027年，將有超過6.3億臺(tái)設(shè)備與eSIM兼容，占所有eSIM出貨量的19%。

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng):應(yīng)用和用例

隨著5G繼續(xù)在全球普及，將為成千上萬的企業(yè)提供數(shù)字化轉(zhuǎn)型的機(jī)會(huì)。企業(yè)將能夠通過將啞巴機(jī)器變成智能網(wǎng)絡(luò)上的智能節(jié)點(diǎn)來節(jié)省成本、提高效率并產(chǎn)生新的收入。

這些好處將在廣泛的垂直領(lǐng)域得到體現(xiàn)，例如:

運(yùn)輸及物流

車隊(duì)管理

產(chǎn)品跟蹤

農(nóng)業(yè)

家畜跟蹤

土壤傳感器

氣候監(jiān)測(cè)

環(huán)境

洪水警報(bào)

災(zāi)害規(guī)劃

大氣監(jiān)測(cè)

工業(yè)/制造業(yè)

預(yù)測(cè)性維護(hù)

流程監(jiān)控

公用事業(yè)

智能計(jì)量/電網(wǎng)

智慧城市

停車

交通管制

照明

廢物管理

自行車/滑板車車隊(duì)管理

攝像頭

智能建筑

報(bào)警系統(tǒng)

溫度控制

照明

門禁

可穿戴設(shè)備

健康監(jiān)測(cè)

兒童/老年人

醫(yī)學(xué)跟蹤

這就是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的承諾。但這不僅僅是對(duì)未來的希望。大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的例子已經(jīng)在一系列領(lǐng)域爆發(fā)。如：

貨運(yùn)列車跟蹤:Lineas

Lineas是歐洲最大的私營(yíng)鐵路貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)商。每天都有成千上萬的火車和馬車穿越歐洲大陸。它為鋼鐵、化工、汽車等各個(gè)行業(yè)的客戶提供服務(wù)。

2017年，Lineas與Bosch合作，為2600輛貨車配備了跟蹤和跟蹤傳感器。這個(gè)想法是收集和傳遞數(shù)據(jù)，可以描述車輛的位置和功能。Lineas工程師現(xiàn)在使用這些信息來評(píng)估車隊(duì)的“健康狀況”，并減少維護(hù)工作。該企業(yè)表示，這使車輛的可用容量提高了40%以上。

智能集裝箱:CIMC

全球大約有6500萬個(gè)集裝箱在使用。這些船只極其重要:它們?yōu)槿蚪?jīng)濟(jì)提供動(dòng)力。但一旦離開港口，幾乎不可能知道它們?cè)谀睦铩?/p>

新的蜂窩技術(shù)正在改變這一點(diǎn)。隨著低軌道衛(wèi)星的出現(xiàn)，可以安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器來跟蹤從容器的位置和溫度到流經(jīng)容器的空氣量和冷凝速率的一切信息。

航運(yùn)企業(yè)是最先充分利用這些進(jìn)步的企業(yè)。例如，2018年，CIMC與Telenor合作推出了首款航運(yùn)智能集裝箱。在航行過程中，船只向集裝箱和貨物的所有者提供準(zhǔn)確的信息。以前，所有這些信息都必須從許多不同的系統(tǒng)和位置檢索。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè):CropX

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的前景非常適合農(nóng)業(yè)部門，農(nóng)民需要了解在廣闊而偏遠(yuǎn)的足跡中正在發(fā)生的事情。在互聯(lián)時(shí)代，農(nóng)民可以使用一組低功耗、低維護(hù)的傳感器來收集有關(guān)土壤質(zhì)量、害蟲、水、大氣濕度等信息。

且有大量的技術(shù)專家可以提供幫助。一個(gè)是以色列的CropX。它提供了一種由連接的傳感器和軟件平臺(tái)組成的解決方案，該軟件平臺(tái)可以合成數(shù)據(jù)以提供洞察力，以便更好地管理和規(guī)劃。CropX的解決方案目前已在50多個(gè)國(guó)家得到應(yīng)用。

智能建筑:The Edge

在現(xiàn)代建筑中，維護(hù)工作的要求非常高。需要考慮的因素很多，從能源消耗到空調(diào)再到訪問控制?，F(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)傳感器正在幫助物業(yè)管理人員控制這一過程，并節(jié)省大量資金。

阿姆斯特丹的The Edge就是一個(gè)很好的例子。它號(hào)稱是世界上最智能的建筑。擁有超過28000個(gè)傳感器和執(zhí)行器，用于跟蹤能源、數(shù)據(jù)、供暖甚至人員的流動(dòng)。該平臺(tái)還鏈接到一個(gè)應(yīng)用程序，員工可以使用該應(yīng)用程序查找停車位、辦公桌和會(huì)議空間。由于其智能屬性，The Edge產(chǎn)生的能量大于消耗的能量，因?yàn)樗刑?yáng)能電池板。并節(jié)省大量資金。

阿姆斯特丹的The Edge就是一個(gè)很好的例子。它號(hào)稱是世界上最智能的建筑。擁有超過28000個(gè)傳感器和執(zhí)行器，用于跟蹤能源、數(shù)據(jù)、供暖甚至人員的流動(dòng)。該平臺(tái)還鏈接到一個(gè)應(yīng)用程序，員工可以使用該應(yīng)用程序查找停車位、辦公桌和會(huì)議空間。由于其智能屬性，The Edge產(chǎn)生的能量大于消耗的能量，因?yàn)樗刑?yáng)能電池板。