物联网产业分析报告
5G格局下物联网产业分析报告
1.物联网：从连接规模向数据规模跃迁
1.1 物联网——物理世界与信息世界的深度融合
物联网的基础是连接。物联网是基于互联网和传统电信网实现万物互联的网络，是在消费互联网大发展的基础上，突破人与人连接的边界，实现物与物、人与物的泛在连接，使连接无处不在，极大拓展了物理世界数字化的深度和广度，更深层次地激发了数字经济发展。根据预测，全球物联网连接数会从2019年的120亿增长至2025年的246亿，年复合增长率为17%，智慧家庭和智能建筑领域是主要的增长方向。图1：全球物联网连接数预测（连接数：十亿）
物联网最大的金矿是数据。物联网接入海量实体后，通过信息的交换、通信和处理，可以实现对实体的智能化识别、定位、跟踪和管理。海量的连接将产生海量的数据，包括用户数据、终端数据、业务使用数据等，通过对这些数据的不断深入加工和挖掘，结合不同垂直行业需求发展各种类型的数据应用，将推动物联网应用多维度的蓬勃成长。
图 2：全球物联网市场规模预测
图3：国内物联网市场规模预测
物联网体系架构包含四层，分别为感知层、网络层、平台层和应用层。感知层是物联网的最底层，主要负责采集物理世界中的信息，网络层是物联网的管道，负责信息的通信传输，平台层是物联网体系中承上启下的关键环节，负责与网络和硬件的直接对接，起到数据汇聚和处理的作用，为更高层次的信息协同共享提供支撑，应用层是物联网的最顶层，主要基于平台层的数据解决具体垂直领域的行业问题。 图 4：物联网体系架构
物联网是计算机、互联网与移动通信网等相关技术的演进和延伸。从感知到应用，主要技术涉及感知与控制技术、传输网络技术和软件技术三个方向，相对应的关键技术包括射频识别、传感器与传感网、无线通信网络、嵌入式系统、云计算、大数据、人工智能、安全与隐私保护等。
解决方案的专业化和市场的碎片化。物联网不是一个独立的产业，需要应用于国民经济的各行各业，针对不同行业的特殊需求形成专业化的解决方案，行业细分市场之多决定了物联网应用市场的碎片化特征。行业细分市场规模大小决定了物联网各细分市场规模的大小，物联网市场主要集中在智能制造、智能物流、智能安防、车联网、智能电力、智能家居、可穿戴设备、智慧医疗等领域。
图5：2017年中国物联网各主要领域市场占比
1.2 物联网发展阶段——从低谷迈向复苏，从连接规模到数据规模跃迁
从技术发展角度而言，物联网技术当前处于低谷，即将迈向复苏。根据物联网技术成熟度曲线，多数物联网关键技术发展已度过过热期的顶峰，整体处在低谷期的谷底阶段，正向复苏期迈进。
图6：物联网技术成熟度曲线
从产业发展角度而言，物联网还处在从连接规模到数据规模的成长阶段。根据数据，物联网技术和方案在各行业渗透率不断加速，2018年已超过34%，根据预测，2020年超过65%的企业和组织将应用物联网产品和方案。虽然物联网行业渗透率不断提升，但物联网的深度应用以及利用物联网实现大范围变革的行业企业比例并不高，物联网的发展处在连接和平台建设向垂直领域商业突破过渡的阶段，物联网产业规模化的重心将从连接规模向数据规模转移，物联网产业的主要业务将从通用化的管道服务为主向专业化数据应用为主转变，通信服务和硬件终端收入占比将逐步下降，平台和应用服务的收入占比将逐步提高。
图7：物联网产业链市场规模占比
图8：物联网行业应用渗透率 2. 网络层变化：
Cat.1+NB-Iot 成为主流，5G 发展支撑新兴高速率应用网络层是物联网的管道，负责将感知到的信息可靠安全地进行传输。物联网网络层将建立在现有移动通信网络、互联网和专用通信网基础上，按照网络传输介质可以分为有线传输和无线传输，有线传输包括以太网、串口通信（RS232、RS485）等，虽然稳定性和可靠性强，但受限于媒介，当前市场主要关注的是无线网络连接，若按传输距离可以分为三类。一是近场通信，如 NFC 、RFID 等，主要针对数厘米范围内短时间数据交互的应用场景，比如刷卡；二是局域网连接，如WiFi 、蓝牙、Zigbee 等，主要针对室内范围长
时间数据交互的应用场景，比如智能家居；三是广域网连接，如各类蜂窝网络（2/3/4/5G ，NB-IoT/eMTC ）
，以及
LoRa 、Sigfox 等使用非授权频段的网络，主要针对较大范围内长时间数据交互的应用场景，比如智能表具、智能井盖等。早期物联网是基于无线局域网（WLAN ）技术的物联网，由于功耗高传送距离短，一直没有得到较大发展，直到以NB -IoT 、LoRa 为代表的LPWAN(低功耗广域网)技术崛起，才真正支撑起物联网在垂直行业的渗透应用。
物联网的行业需求具有离散型的特征，政府、企业和公众等不同用户的不同业务场景，对网络的通信距离和传输速度有不同的技术要求。在智慧城市（智慧停车、市政设施、智慧灯杆等）和公共事业（智能抄表）等应用领域，一般终端固定，对网络延迟要求较低，属于低速率应用，占到蜂窝物联网连接的 60%，在车联网、远程医疗、远程监控等应用领域，终端移动速度较高，对网络延迟要求较高，数据传输量大，属于高速率应用，占到蜂窝物联网连接的 10%，其余介于低速率和高速率应用之间的中低速应用占到蜂窝物联网连接的 30%。
图9：物联网无线技术定位图10：不同速率应用适用的蜂窝网络及连接占比
2.1 中低速应用：2G/3G减频退网，NB-Iot和Cat.1或为最佳替代方案2.1.1 NB-Iot即将起飞
对于低功耗、大连接的低速物联网应用场景，此前更多采用的是2G连接，但是随着2G/3G减频退网，以及NB-Iot在技术和成本上的优势，NB-Iot将成为物联网低速应用中2G连接的理想替代方案，随着国际电信联盟（ITU）将NB-Iot纳入5G标准，NB-Iot产业链发展将驶入快车道。
从技术方面看，NB-Iot牺牲速率换来更低的功耗，部分终端最长待机时间可以达到10年，信号覆盖方面，因为有20dB增益，可以覆盖地下及更广范围，连接方面每小区可以支持5万个终端。
图11：NB-Iot技术性能优势图12：NB-Iot连接数预测
2.1.2 Cat.1迎来利好
对于中低速率物联网应用，之前没有专门对应的适用性技术，客户根据成本敏感性，会分别选择2G/3G/4G网络，但随着Cat.1商用成熟，会逐渐统一中低速率领域的连接。
早在2008年，LTE（4G）的第一个版本Release8中，就已经分化出了满足物联网应用的Cat.1终端等级，此后蜂窝网络一部分继续向高带宽、低时延发展，主要应用在手持终端如手机设备上，另一部分则向低带宽、低功耗、低成本演进，最终出现了Cat-M（eMTC）、Cat-NB(NB-Iot)等。在Cat.1产业链成熟之前，中低速率物联网应用主要以3G和4G Cat.4承载连接，Cat.1的上行速率和下行速率与3G差距不大，是原有3G物联网场景的理想替代，4G Cat.4下行速率可达150M，对于多数中低速率场景而言是用不到的，Cat.1可以以更低的功耗和成本满足多数4G Cat.4场景需求。
图13：移动通信网络标准发展脉络图14：3G、Cat.1、Cat.4网速对比
与Cat-M（eMTC）相比，Cat.1的最大优势在于其较低的网络成本,Cat.1可以无缝访问现有4G网络，而无需升级基站的硬件和软件
2.2 高速应用：5G拓宽物联网应用场景
对于高速率低时延物联网应用，当前主要由4G Cat.4和Cat.6支持，未来5G将承担起大带宽、对时延要求极为苛刻的高速率场景，比如车联网、工业自动化控制、远程医疗等，为物联网带来新的驱动力和发展契机。在物联网的实际应用中，由于终端和应用场景的多样性，导致对网络需求的显著差异，5G
中广泛应用的网络切片技术可以很好的支持物联网应用的网络差异化需求。
表1：3GPP R16定义的对时延要求最为严格的5G关键应用场景
根据预测，随着5G的全面应用，到2022年远程控制的蜂窝通信连接数将来到第一，占据物联网蜂窝通信连接数的40.3%，其次为交通运输的32.5%，车联网和工业控制会成为物联网应用中 5G的主要应用场景。
3.平台层机遇：提升产业链价值，未来的高成长赛道
平台层主要起到数据汇聚、数据处理的作用，是物联网架构中打通设备连接到场景应用的桥梁。平台层实现了应用与物理的硬件设备与网络的解耦，不仅服务南向设备，实现感知层设备的“管、控、营”一体化，还服务于北向应用，提供基础数据与服务的调用接口，降低了物联网解决方案的复杂度和成本，推动物联网数据更广泛更深层次的专业化应用，为应用端百花齐放的局面奠定关键基础。
物联网平台是Iot的重要基础设施，属于云计算服务模型（IaaS、PaaS、S aaS）中的PaaS层，负责管理硬件和应用之间所有交互，从底层到上层包括连接管理、设备管理、应用使能、业务分析4大功能，分别对应了连接管理平台（CMP）、设备管理平台（DMP）、应用使能平台（AEP）和业务分析平台（BAP）四大类型平台。从当前市场情况看，物联网平台产业的服务商来自于云服务提供商、电信运营商、通信设备厂商、面向企业应用的软件系统服务商、垂直领域的传统企业以及初创企业，这些企业根据自身业务特点提供物联网平台完整服务的一部分。
图15：物联网平台体系架构
3.1承上启下的高成长赛道
全球物联网收入在未来几年将增加三倍以上，由2019年3430亿美元，增长到2025年1.1万亿美元，具体从细分领域来看，到2025年物联网连接收入占5%，应用和平台收入主导整个物联网收入，份额高达67%。从2018年到2023年，物联网平台领域的软件和服务支出预计将以每年39%的年复合增长率高速增长，到2023年，物联网平台领域的年度支出将超过220亿美元。
图16：IoT平台市场图17：2015-2019全球公认的物联网平台数量
在物联网产业中，平台服务是能够形成巨头垄断的环节。相比较芯片和网络环节，成为平台服务商的门槛较低，而平台层处于联系硬件和应用的关键环节，聚合了产业中的各种资源，更易于实现行业主导权，是巨头构建产业生态的核心与重要抓手。全球范围内提供规模型物联网平台的企业数从2015年的260家，增长到2019年的620家，而提供规模相对较小的物联网平台企业则更数不胜数。
3.2物联网平台层竞争格局
物联网平台有五大类型服务商，包括电信运营商及通信设备厂商、云服务提供商、面向企业应用的软件系统服务商、垂直领域的传统企业以及初创企业，几乎遍布物联网产业链各环节。每类服务商根据自身优势选择物联网平台切入点，发展出通用型物联网平台和垂直领域物联网平台两种模式。
图18：物联网平台的开发模式
电信运营商及通信设备厂商的主要业务是提供围绕连接的服务，自然而然会从连接和设备管理切入，并在此基础上向应用使能和业务分析拓展；云服务提供商原本已构建了较为完整的云计算三层架构体系，通过叠加融合一些物联网的功能平台，发挥自身从互联网中积累的技术、商业、生态优势，从与数据服务相关的应用使能、业务分析切入，最终构建完整数据服务生态；面向企业应用的软件系统服务商长期扎根于行业，具备了丰富的行业软件开发及服务经验，积累了很多行业共性的技术、工具和产品，适合从应用使能平台切入物联网平台；垂直领域的传统企业拥有对自身行业的深入理解，积累了足够的行业数据和生产管理经验，通过首先构建自有平台，再对外输出服务的模式，打造服务特定垂直领域的垂直型平台；初创企业多具备细分行业相关软件、硬件经验，多以SaaS解决方案公司的形式存在，并非单独售卖平台。
表2：不同类型平台服务商对比
目前，设备管理平台由通信模组、通信设备厂商主导，形成四大主流DMP平台。连接管理平台由电信运营商、电信设备商主导，全球形成三大阵营。由于面向垂直行业的诸多专业领域，应用使能平台相比设备管理平台和连接管理平台，通用性和专业性并存，市场规模大而分散，根据预测，到2024年应用使能平台（AEP）将在连接管理平台（CMP）、设备管理平台（DMP）和应用使能平台（AEP）三类平台市场总
和中达到53%，应用使能平台目前竞争激烈。业务分析平台尚未形成垄断仍在进行探索性尝试。
4.应用层发展：三大主线向纵深发展
全球物联网应用有三大主线，包括面向需求侧的消费性物联网、面向供给侧的生产性物联网和智慧城市物联网应用。根据预测，从2017年到2025年，产业物联网（包括生产性物联网和智慧城市物联网）
连接数将实现4.7倍增长，消费物联网连接数实现2.5倍增长。
图19：产业物联网和消费物联网连接增长对比
近些年在政府相关政策驱动下，智慧城市中公共事务和安全方面的各类物联网应用快速落地，政策驱
动的物联网应用快于企业自发需求的物联网应用，而消费物联网应用又总体慢于企业的生产性物联网应用。
4.1消费物联网：智能音箱成为入口
面向需求侧的消费物联网主要包括两类，一类是面向家庭的，比如智能家居，一类是面向个人的，主要是可穿戴设备，这些应用已经在衣食住行等方方面面影响到人们的生活。
智能音箱成为智能家居入口。智能音箱通过语音进行操作，相比以往依靠手机和平板交互，进一步解放双手，逐渐成为智能家居的控制中枢，成为各大巨头的核心竞争点。根据数据显示，2019年全年智能音箱出货量高达 1.47亿台，同比增长70.4%，全球智能音箱市场保持高速增长态势。在中国普及率仅10%，未来中国智能音箱市场潜力巨大。
图20：2017-2019全球智能音箱出货量及增速
4.2智慧城市：“数字孪生”将城市物联网应用引向更高层次
打造智慧城市，通过全面的数据采集，配合专业化的深度数据挖掘、分析与预测，可以实现政府精确化治理，提升城市可持续发展能力。当前全球已启动或在建的智慧城市已达1000多个，我国提出智慧城市规划的城市有300多个，各类型试点城市高达500多个。
智慧城市发展已近十年，作为物联网集成创新的综合平台，已由分批试点步入全面建设阶段，从小范围局部性应用转向较大范围规模化应用，从垂直应用和闭环应用转向跨界融合、水平化和开环应用。大部分城市已建成高速宽带网络、政务云、核心平台、基础数据库等基础设施，并基于“一张图”实现人、事、物联网，并不断探索跨部门、跨层级、跨区域的协同运行及决策支持，为数字孪生城市建设奠定了坚实基础。
图22：中国智慧城市市场规模（万亿）
数字孪生城市，通过智慧城市早期发展布设的空天、地面、地下、河道等各层传感器，由实入虚，实现了基础设施的全面数字化建模，以及城市运行状态感知和动态监测，再造了一个网络空间的虚拟城市。通过在虚拟城市上规划设计、模拟仿真，由虚入实，可以实现科学决策和智能控制，最终达到对物理城市的最优管理。数字孪生城市是智慧城市建设发展的必经之路，在“数字孪生城市”建设理念引领下，城市物联网应用正向更大规模、更多领域、更高集成的方向加快升级。
数字孪生城市总体架构包括新型基础设施、智能运行中枢、智慧应用体系、城市安全防线和标准规范五部分。其中智能运行中枢是数字孪生城市的大脑，是连接底层终端和驱动上层行业应用的核心环节，包括五个核心平台，一是泛在感知与智能设施管理平台，负责数字孪生城市和真实世界的连接，实现对城市感知体系和智能化设施的接入、管理和控制，二是城市大数据平台，汇聚全域全量政务数据、社会数据、GIS数据、三维模型数据和实时感知数据，实现城市数据协同共享，三是城市信息模型平台，负责构建数字孪生城市运行骨架，与城市大数据平台融合，共同构成了城市的数字底座，四是共性技术赋能与应用支撑平台，提供人工智能、大数据、区块链等共性技术基础服务能力，支撑上层应用，五是泛在网络与计算资源调度平台，主要基于软件定义网络、云边协同计算等技术，实现云网资源的高效调度使用。
城市信息模型平台是实现数字孪生城市虚实映射交互的核心，城市信息模型市场目前已形成四大阵营，一是传统地理信息和测绘相关企业，二是传统BIM企业，三是传统3D建模和模拟仿真类企业，四是传统智慧城市厂商，目前各大阵营处于搭建完成城市信息模型骨架的初级阶段，正在探索构建城市运行机理和规则的实时模拟仿真以及全域数据深度学习等能力。
4.3工业互联网：工业数字化转型升级的基础设施
工业互联网是新一代信息通信技术向工业制造领域渗透融合而形成的全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式。工业互联网通过人、机、物的全面互联，对全要素、全产业链、全价值链中的各类数据进行采集、传输、分析并形成智能反馈，提升资源要素配置效率，充分发挥装备、工艺和材料的潜能，提高企业生产效率，推动形成全新的生产制造和服务体系。根据数据，2019年中国工业互联网市场规模已达6080亿元，预计2020年可达6990亿元，相比2015年增长近一倍。
图24：中国工业互联网市场规模（2015-2019）
工业互联网围绕网络、平台和安全三大功能体系进行建设。网络是实现工业生产全要素泛在连接的基础，负责工业各个环节数据的交换传输，需要满足低时延、高可靠、广覆盖的网络性能需求；平台是连接数据到应用的枢纽，南连设备，北连应用，通过汇聚分析海量行业数据，支持服务上层应用实施；安全是工业互联网健康可持续发展的保障，贯穿工业互联网整个体系架构，从设备、网络、平台到应用，通过识别和抵御各类安全威胁，为工业互联网保驾护航。
网络建设方面，主要包括内外网建设，当前工厂内网主要通过现场总线、工业以太网等有线方式接入工厂内的各种要素（人员、机器、材料、环境监测设备等），涉及的通信协议众多，彼此兼容性差，互联互通性差，也难以满足对高实时和高可靠现场级数据的直接采集，工厂外网主要通过互联网接入工厂外的各种要素（用户、协作企业、公共基础支撑的工业互联网平台等），难以提供低时延、高可靠、高灵活的转发服务。伴随今年5G R16标准的最终冻结，5G网络拓展增强了对uRLLC（超可靠、低时延通信）和网络切片的支持，一方面保证了海量工业数据的实时回传，有效促进内网无线化，实现生产全流程、无死角的网络覆盖，另一方面有效满足了不同复杂工业场景下的连接需求，降低了网络建设、部署、运维的复杂度，降低平台应用落地的技术门槛，推动网络支撑能力的大幅度提升，加快工业互联网的发展速度。
平台建设方面，尚处于初期阶段。由于平台涉及的关键技术和行业领域广泛复杂，很多企业根据自身业务和核心优势选择部分业务方向进行聚焦，再通过合作互补来共同打造完整平台解决方案，形成了多层次的平台生态体系，主要包括从底层到顶层的连接与边缘计算平台、云服务平台、通用PaaS平台、业务PaaS 平台和工业SaaS五类平台主体。整个平台产业呈现出围绕基础资源平台（云服务平台+通用PaaS平台）高度集聚，向两端逐步分散化的市场格局特点。基础资源平台主要由IT巨头占据，连接与边缘计算平台主要由通信技术企业和具备自有设备整合集成优势的装备及自动化企业占据，业务PaaS平台主要由具备行业优势的工业企业及工业软件厂商占据，工业SaaS聚集了大量初创企业，会因为场景和需求的不同出现深度细分。构建完全服务能力平台需要长周期技术积累，能力互补合作，快速交付成熟解决方案是当前各类平台主体的共同选择。