物联网设备连接的下一个引爆点：4G Cat.1

Posted 2021-05-20 HaaS技术社区

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了物联网设备连接的下一个引爆点：4G Cat.1相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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不看这几篇好文，就别说自己了解物联网

一、背景

物联网从概念兴起至今已经过了好几些年了。何为物联网，首先要定义何为“物”（Things），笔者理解所有具备连接能力的设备都可以是物，比如一个手环，一个WiFi台灯，或者NB-IoT水表等。

“联”，也就是连接，需要具备连接的能力，局域网或者广域网，设备和云的连接，也可以是设备和设备之间的连接。

“网”，这些具备连接能力的设备组成的一个个联动的链路就是所说的网。今天笔者想聊得是“物”“联”“网”里的“联“：连接。

二、物联网连接的两个时代

2.1、连接1.0时代

2016到2019，是WiFi连接方式的主要发展时期，这个时代属于WiFi的时代。主流的芯片公司有博通，RealTek，乐鑫，全志等。接着聊一下传统设备的物联网化改造。在传统设备的物联网改造的前期，大家对于什么样的场景才是物联网，什么样的设备才算智能硬件的理解是不深入的，只知道设备需要联网，可以远程控制。而传统的设备大都是不具备连接能力的。

举个例子，比如传统家电，空调，洗衣机，台灯，这些设备都是需要人工去开关设置才能正常运行的。那如何可以让这些设备即可以满足连接需求，也可以满足短期快速落地抢占市场呢。最简单直接的方式就是基于AT模式去完成物联网改造。

随着芯片的成本不断降低，性能不断加强，以及厂家技术能力的不断提升，在硬件架构的模式上也有了新的选择，比如更经济的OpenCPU模式。

2.2、连接2.0时代

随着连接技术的不断发展，业务场景的不断创新，连接方式也存在着变革。笔者判断将来WiFi的业务场景将会进一步收缩，会聚焦在比较特定的场景，比如家居等等有限场景，4G Cat.1将成为国内物联网主流的连接方式。

之所有有这样的判断，原因有二：
a、WiFi有一个天生的配网问题，每个品牌的配网方式也不同，用户体验也千差万别，对于用户来说，也有一定的技术门槛。
b、新基建政策影响，蜂窝广域网连接方式发生了天翻地覆的变化，从之前2G，3G时代，逐步转向了4G，5G网络。

2019年10月22日，工信部信息通信发展司司长闻库明确表示：中国移动通信网络2G、3G退网的条件已经逐渐成熟
2020年04月30日工信部发文明确推动2G/3G物联网业务迁移转网，建立NB、4G(含Cat1)和5G协同发展。
2020年工信部下发25号文，《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，主要对NB/Cat.1网络覆盖和模组价格、物联网连接数等提出要求，引导 2G/3G 物联网终端向NB-IoT和Cat.1逐步迁移，引导建立NB/4G/5G移动物联网综合生态体系。4G Cat.1在带宽、时延、移动性、语音方面相对于现有的2G/3G网络，具备更好的性能。相对于WiFi来说，4G Cat.1省去了配网的步骤，并且基于蜂窝的连接是可以在后台静默连接的，体感更好。随着流量费用的降低，4G Cat.1满足大部分的WiFi业务场景，也具备了可移动性能力。在这样一个大背景下，WiFi的优势越来越淡化

4G Cat.1所具备的优势可以分为四部分：

• 功耗小：终端侧的硬件架构复杂度降低，可以有效管理功耗模块，从而可以降低整体系统功耗。

• 成本低：相对于2G，3G，基于openCPU的模式，整体硬件成本更低。相对于Cat.4低约40%,较现有市面产品有价格优势。
• 覆盖广：依托4G良好的网络覆盖，能有效规避2G/3G退网带来的风险，并且覆盖更广的区域。
• 部署易：运营商无需升级网络，只需网络侧配置，即可接入LTE Cat.1终端。

2.2.1、市场规模

据统计，截止到2018年底，国内物联网市场规模超过2万亿元人民币规模。预测到2020年，全国物联网市场规模将超过7万亿。

从下图中发现每年蜂窝物联网的设备数在成倍的增加中（数据源于相关市场报告, 仅供参考）。

基于4G Cat1的网络可以覆盖很多的场景。在物联网业务中，分高速、中速、低速三个业务板块，相关的应用查场景呈现“金字塔”结构：
• 高速业务：视频、智慧医疗、车联网等高速业务场景中，Cat.4、5G将占据主导，市场份额约10%。
• 中速业务：可穿戴、支付设备、共享设备，设备监控、物流跟踪，资产定位等中速应用场景中，Cat.1将成为主流技术，市场份额约30%。
• 低速业务：抄表、市政设施、智能停车、环境管理等低速场景中，NB-IoT优势明显，份额约为60%。

2.2.2、4G Cat.1主流芯片和模组

当前基于4G Cat1的主流芯片国外有高通，国内主要有两家头部厂家展锐和ASR。目前国内的4G Cat.1方案基本都基于国内的两个芯片，更具性价比优势。

国内市场规模较大的4G Cat1模组厂家，主要是有移远，广和通，有方，合宙等。
• 展锐：目前主流的4G Cat.1芯片有春藤8910DM。这是全球首颗LTE Cat.1bis芯片平台，支持LTECat.1bis和GSM双模，上行速率达5Mbps，下行速率达10Mbps，并集成了蓝牙通讯和Wi-Fi室内定位，可实现更稳定的连接。
• ASR：比较主流的芯片是ASR3601，ASR1601。作为业界首款面向移动物联网的LTECat.1/GMS双模芯片ASR1601，采用ARM Cotex R5处理器，该处理器专为实时操作系统(RTOS)打造。
• 高通：MDM9207-1是他们比较主流的芯片，性能不错，但是价格也相对比较贵。2015年推出，专攻IoT物联网应用，支持LTE Cat.1，最大下载速度10Mbps。

三、硬件架构

在介绍连接之前，首先和大家介绍一下在物联网设备硬件架构中两种比较常见的模式：一种是外接通信模组的主从架构（主机跑业务，从机管连接）方式，即AT模式，另一种芯片本身具备链接能力SOC模式，即OpenCPU模式。
• AT模式
对于传统设备厂家来说，这是一种短期最具性价比的技术方案，即加一颗连接芯片或者连接模组。这种方式的好处是，不用修改主控部分的硬件和软件，只需通过UART或SPI和连接芯片通讯即可。

• OpenCPU模式
随着芯片能力的不断加强，硬件成本的不断降低，以及设备厂家的技术能力不断增强，一种更加经济的硬件连接方式逐步成为主流方式，即OpenCPU模式。相对于AT模式，这种方式的软硬家技术门槛会更高，但是硬件成本相对于第一种方式会更具性价比。

基于这两种硬件设计方案，汇总了一下各自的优缺点，请参考下图：

四、HaaS 4G Cat.1模组

HaaS600系列是有阿里云IoT推出的4G Cat.1模组，是最新推出的 LTE Cat 1 无线通信模块，支持最大下行速率 10 Mbps 和最大上行速率 5 Mbps，超小封装，超高性价比； HaaS600 还支持标准的 Mini PCIe 封装，以满足不同行业产品应用需求。
HaaS600 依托现有 4G 网络，实现良好覆盖（有 4G 信号的地方就可以覆盖 Cat 1），能有效规避 2G/3G 退网带来的风险。具有超低功耗、低延迟和良好的移动性等特性，并且可支持语音通话。采用镭雕工艺，镭雕工艺具有外观更好看、金属质感强、散热更好、信息不容易被抹除、更能适应自动化需求等优点。

HaaS600 模组集成基于 HaaS轻应用框架，提供 javascript 引擎和硬件抽象框架，用户可以方便快捷地使用JavaScript 基于现成模板和组件库完成 4G AIoT 产品的开发。 HaaS轻应用框架提供丰富的 API（包括系统、硬件、网络、存储，OTA等），结合阿里云 IoT 平台支持应用的在线或本地热更新、 JS 命令行交互、设备管理等功能。相比于普通嵌入式开发，使用轻应用框架，无需搭建硬件复杂开发环境，免去编译环节。通过编码、烧录两个步骤，即可完成软件开发和调试，显著提升开发效率，大幅缩短软件开发周期、降低维护综合成本。

4G Cat.1方案

目前基于4G Cat.1，推出了面向共享支付，智慧零售，可穿戴等多个方向的软硬件方案，比如播报音箱，充电宝，儿童手表等等。
• 播报音箱是一个基于蜂窝网络面向支付场景的方案，HaaS600系列4G cat1模组全系内置设备端播报组件，无需适配，上电即用。其中“千里传音”服务，是集成了阿里云人工智能语音合成，云存储，及IoT物联网平台能力的，面向智能播报设备场景的一个云端一体IoT服务，对外提供统一的OPEN API。
• 可穿戴是一个完整的一站式解决方案，端侧做到硬件解耦，同时结合核心芯片可以达到开箱即用或少量定制即可完成软件闭环，云端提供相关的穿戴云服务支持，让客户一站式完成端云开发，软件开发周期大大缩短。

五、展望

据不完全统计，2020年目前有几千万的4G Cat.1市场，另外目前也有几亿的2G/3G存量市场有望切到4G Cat.1网络。在不久的未来，4G Cat.1一定达到亿级甚至更大的市场规模。
物联网蜂窝广域网行业发展至今，我觉得已经远远不是一个简单组装的低价竞争行业，凭借各自长期的积累和沉淀，正在从成本敏感向规模化渐起演进。在4G Cat.1发展初期，切入这个市场，有着战略性的意义。行业的发展初期壁垒比较低，而且物联网应用端最大的特色为“长尾效应”，分散的小需求形成大市场。如果能够借力4G Cat.1 之势，建立自己的技术壁垒，就能切入更多的市场，形成规模化效应，最终建立自己的生态圈。