赵小飞：物联网智库CEO。从事物联网行业媒体、市场研究工作。长期关注物联网市场化进展，尤其是近两年来对低功耗广域网络的持续关注，已撰写并公开发布该领域市场观察文章近百篇。

　　随着物联网行业的迅猛发展，人们对物与物连接的需求不断提高，需要低功耗、长距离、低成本、大容量连接方式的终端种类越来越多，传统物联网通信方式已无法满足这一类型终端的需求。物联网通信层的短板已成为阻碍物联网发展的重要因素，因此，低功耗广域网络（LPWAN）应运而生。 从2015年至今，低功耗广域网络从默默无闻到成为了物联网热门的领域之一。目前产业界的大部分企业都和低功耗广域网络有着直接或间接的关系。本书从市场的角度整理了低功耗广域网络近年来发展的历程，并从产业经济的视角分析了低功耗广域网络不同主流技术在商用中的各种状况，包括各种技术的演进状况、商用发展历程、生态竞争格局、主要供给方和需求方所发挥的作用。 

　　《物联网沙场“狙击枪”——低功耗广域网络产业市场解读》并未涉及技术性的内容，更多的是产业、市场方面的内容，可供从业者、投资人或对物联网感兴趣的人员参考。

庞大家族：低功耗广域网络的发展历史和阵营  

市场上从来都不缺嗅觉灵敏和远见卓识的企业家和科学家，虽然Sigfox以一个具有传奇光环的创业企业开始让人们的目光更多地关注低功耗广域网络，但这既不代表这是一个崭新的技术创新领域，也不代表该领域只有Sigfox一个参与者。实际上，无论从纵向还是横向来看，低功耗广域网络都有大量参与者前赴后继，到今天能够出人头地的，也是有其历史和现实背景的。

2.1  三十年沉浮—低功耗广域网络早期的雏形和概况 

实际上，早在20世纪80年代末90年代初就出现了低功耗广域网络的雏形和现在的低功耗广域网络技术有着相似的拓扑结构（通常为星形网络）和网络架构，而且网络速率很低，只是没有统一命名。其中最为典型的是美国的AlarmNet和ARDIS两个网络。

2.1.1  安防应用网络AlarmNet

AlarmNet，顾名思义，一定是和报警设备联系在一起的，它是由美国大型报警设备制造商美国安定宝集团研发和部署的一种网络。安定宝（ADEMCO）是当时美国一家大型的报警设备制造商，在2000年与另一家知名安防企业C&K合并成立Ademco Group（美国安定宝集团），并隶属于霍尼韦尔，2004年美国安定宝集团正式更名为霍尼韦尔安防集团。

AlarmNet已经与今天的低功耗广域网络比较相似，它使用928 MHz免授权频段，这一网络用来监控安定宝公司的报警设备，而AlarmNet用来发送报警信号等少量数据，所以传输速率也很低。

AlarmNet当时已经具备了一定的规模，覆盖了美国18个主要区域和约65%的城市人口，这样的规模已经形成广域覆盖的大网。不过，在20世纪90年代末，2G蜂窝网络开始普及，人们发现蜂窝网络可用来传输数据和音频，而且覆盖较广，整个产业链成熟后硬件成本非常低，因此大量需要使用无线的设备开始使用2G网络，其中包括报警系统，因此AlarmNet开始和2G网络融合。

时至今日，AlarmNet仍然是霍尼韦尔报警联网系统的重要服务内容，因为大量安防设备需要高速率、高可靠的通信，所以这个联网系统更多地租用电信运营商的蜂窝网络。以美国为例，AlarmNet采用GSM/ CDMA/3G/4G网络提供联网报警服务。

2.1.2  数据服务网络ARDIS

另一个低功耗广域网络的雏形为ARDIS，它是20世纪80年代末由摩托罗拉和IBM共同研发的，是专门用于小数据传输的广域网络，其境况也与AlarmNet相似。当时ARDIS网络主要用于自动化销售、车辆追踪、电子邮件传送和其他在线事务处理，用户主要在美国和少数的其他几个国家。

具体来说，ARDIS是一个集群式无线数据通信网络，不能用于语音通信。该网络上行时运行速率在806～821MHz之间，下行时运行速率在851～866MHz之间，有25kHz的信道间隔。在那个时候，ARDIS已具备一定规模，在美国都市统计区域（MSA）的城市中有400座最大城市已被覆盖，涵盖了美国90%城市核心商业区及80%的总人口。ARDIS也称得上是全球化的网络，它在英国、加拿大、德国、澳大利亚、马来西亚、新加坡和泰国有分支。

1995—1996年期间，ARDIS在全球已拥有超过44 000个用户（大部分是企业用户），在个别区域其容量已超出极限值，不过ARDIS更多会随着需求的增加来扩大容量和覆盖，ARDIS在大部分覆盖区域的速率为4800bps。

在现在看来，ARDIS的费率是非常高的：对于消息传送服务来说，从每月39美元的最低套餐（包含100条消息）到每月139美元的白金套餐（包含650条消息）；对于非消息类应用的服务，每个数据包收取6美分，或者每100字节数据收取3美分，此类套餐不可用于E-mail。ARDIS也做了不少室内深度覆盖，而且由于全国性的覆盖，ARDIS的用户在各大城市之间可以无缝漫游。

不过，在当时的背景下，ARDIS仅提供数据服务，而当时人们对基于语音的通信需求非常旺盛，加上该网络缺乏像思科、Ascend、北电等主流硬件设备厂商的支持，使其可以发挥的作用有限。后来，摩托罗拉和IBM均将其股份出售给电信运营商美国移动（American Mobile），美国移动将ARDIS的用户并入了其部署的2G网络中，这个早期的低功耗广域网络宣告结束。

2.2  历史的青睐—世界移动通信大会上的潜在力量

命运的天平并不一定会倾向于最初的创新者，低功耗广域网络的先驱折戟沉沙了。20多年后的2015年，低功耗广域网络的创新者迎来了历史的青睐，2015年年初在西班牙巴塞罗那召开的世界移动通信大会（MWC）上，三个不起眼的事件成了未来物联网圈子中最热门的三股力量。这三个“不起眼”的事件包括：Sigfox首次亮相MWC、LoRa联盟在本次展会上宣告成立、华为和沃达丰完成全球首个低功耗蜂窝物联网（C-IoT）水表演示。

虽然2015的MWC展会上依然是各种手机和穿戴设备争奇斗艳的秀场，这三个事件并没有成为展会的亮点，但代表了目前三大低功耗广域网络技术Sigfox、LoRa、NB-IoT最早的公开展示，目前三者已成为全球应用最广泛的物联网技术标准。

Sigfox亮相展会，虽然是该公司公开宣布获得超纪录融资后的一次亮相，不过在大佬云集的MWC展会上并未吸引太多目光。可能是移动通信行业本身还在4G投资带来的产业余热中，对低功耗广域网络给整个产业带来的效应还缺乏认识。

也是在本次展会期间，LoRa联盟低调成立，主要由Semtech、Actility、思科、IBM等厂商发起，当时已有31家成员。这次成立大会并没有媒体进行报道，从网络搜索到的相关资料也非常有限，可能只有参加会议的人知道具体详情。

另一股力量则获得了一定的关注，因为它是由巨头来推动的。在本次展会上，全球知名运营商沃达丰宣布将联合华为、Neul和u-blox推出蜂窝物联网（Cellular IoT，C-IoT），这一技术打造的低带宽、低功耗蜂窝网络可以让接入的设备仅需很少的通信成本，且一块小电池即可实现长达数年甚至数10年的供电。沃达丰和华为还在展会上展示了基于C-IoT的水表演示，让人们对该技术有一个直观认识，如图2.1所示。另外，沃达丰和华为还指出，将推动蜂窝物联网技术作为3GPP组织的公开标准，供全球运营商采用其搭建低带宽蜂窝网络。这一技术就是未来NB-IoT标准的一个分支。

2015年MWC展会上的这三个事件虽然没有吸引太多的目光和媒体的关注，但它们的同时亮相，让沉睡了20多年的低功耗广域网络这一技术力量有了新的活力，新的应用曙光正在开启。

图2.1  2015年MWC展会上蜂窝物联网水表演示

2.3  今日的家族—十多个技术方向形成两大阵营

从2015年低功耗广域网络再次抬头到今天，该领域正经历着一个百花齐放、百家争鸣的过程。回顾2015年，那些具有技术和市场创新精神的人们推出了十多种低功耗广域网络技术，形成了一个庞大的家族，每一种技术都力争自身能够在群雄逐鹿中胜出。

2.3.1  明显的两大阵营

总体来看，整个低功耗广域网络家族可以分为两大阵营，而这个阵营划分的依据是各类技术所使用的无线电频段是否属于授权频段，因此形成了基于授权频段的技术和基于非授权频段的技术两大阵营。通过对公开资料的收集，目前两大阵营的主要技术如表2.1所示。

表2.1  低功耗广域网络两大阵营的主要技术

阵    营 技    术 标准制定企业/组织

授权频段 NB-IoT 3GPP

 eMTC 

 EC-GSM 

非授权频段 LoRa

LoRaWAN Semtech

LoRa联盟

 Sigfox Sigfox

续表

阵    营 技    术 标准制定企业/组织

非授权频段 RPMA Ingenu

 ZETA 纵行科技

 Symphony Link Link Labs

 Weightless-N

Weightless-W

Weightless-P Weightless SIG

 NWave NWave

 Telensa Telensa

 Platanus M2COMM

 Cynet Cyan

 WAVIoT NB-Fi Waviot

 Amber Wireless Amber Wireless

 Accellus Accellus

表2.1中除了列出了主要技术外，还将研发每一类技术的企业或组织列出，供读者参考。可以看出，虽然全球参与低功耗广域网络技术研发的企业和组织非常多，但基于授权频段的技术主要还是由通信标准化组织3GPP集中推动的，虽然3GPP组织是由各国标准化组织和企业组成的，但最终能形成统一协议；而非授权频段技术由大量分散的企业和组织来完成，各自拥有知识产权并各自推动商用。这样的情形与无线电频段的使用权限有一定关系。

2.3.2  无线电频段也是阵地

无线电频段是移动通信信号传播的载体，作为无线通信的技术，能够使用的无线电频段资源就是其阵地。低功耗广域网络是无线通信的分支，它们的阵营按照授权频段和非授权频段分为两大类，可以看出频段资源在这一技术领域中的重要作用，也从一定程度上决定了各类技术的进入门槛。

授权与非授权频段：稀缺性需要管理

无线电频段是一个有限、不可再生的自然资源，也是宝贵的战略资源，因此各国有专门的无线电频段管理机构，出台专门的政策法规，实现无线电频段的统一规划管理。目前各国的频段管理大多采用固定频段分配策略，即频段资源由政府主管部门管理并分配给固定的授权用户，这样能够确保各用户之间避免过多相互干扰，更好地利用频段资源。目前频段资源可分为两类：授权频段（Licensed Spectrum）和非授权频段（Unlicensed Spectrum）。

授权频段受到严格的限制和保护，只允许授权用户及其符合规范的设备接入，而且用户要进行付费。目前，公安、铁路、民航、广电、电信等重要的部门均拥有一定的授权频段，这些部门内设备的通信是运行在其授权频段上的，尤其是电信行业，我们每天使用的手机就是通过运营商拥有的授权频段来通信的，三大运营商都拥有国家无线电管理局授权的专用频段，保障公众移动通信不受干扰。

非授权频段是满足一定规范和标准的设备都可以接入和使用的频段，但必须保证不对其他用户造成干扰。比较典型的是我们经常使用的WiFi、蓝牙。国际电信联盟无线电通信局曾定义过ISM（Industrial Scientific Medical）频段，主要开放给工业、科学、医学三个机构使用，无须授权许可，当然也需要遵守在一定的发射功率范围内，并且不对其他频段造成干扰即可。

基于无线电频段的阵地

由3GPP推动的低功耗广域网络标准运行在授权频段上，它瞄准了电信运营商对未来物联网市场的布局。而其他技术标准则运行在非授权频段上，即使脱离了电信运营商，其他企业和组织也可以采用其来建成专用于物联网的广覆盖的网络。

相应地，采用不同频段的低功耗广域网络标准，其商用准入门槛差别很大，授权频段技术的商用需要得到拥有授权频段资源的运营商的支持，而运营商获取频段资源时也花费了高昂的成本，不少国家通过竞价拍卖的方式授权无线电频段的使用权。因为频段越来越稀缺，其使用成本也居高不下。2015年，德国4G频段拍卖，3家运营商付出超过50亿欧元的成本；2017年4月，美国多家运营商为拍得600MHz频段花费了总额为198亿美元的成本。我国对于移动通信使用的频段主要采用行政审批制度，虽然无须运营商支付天价的费用，但这种行政审批的高门槛让授权频段的获取也形成了另一种昂贵的成本。修订后的《中华人民共和国无线电管理条例》将拍卖引入到频段资源分配制度中，未来将对运营商频段的获取成本产生巨大影响。虽然低功耗广域网络只占据非常少的频段资源，但计算下来这少量的频段资源成本也不低。

而那些基于非授权频段的标准，只要符合各国无线电管理机构的相关规定，均可以使用公共频段而无须支付高额的频段成本，因此进入门槛大大降低。非授权频段具有一定的“非排他”性质，无怪乎近年来全球会产生大量的基于非授权频段的低功耗广域网络技术，而每一项技术在频段的使用面前机会都是均等的，而且可以按需形成非常灵活的部署方式。

无线电频段成了低功耗广域网络技术明显的“阵地”，不同的“阵地”会形成不同的产业生态、商用成本，产生不同的商业模式。例如，显而易见的是授权频段技术由于采用专用频段、运营商统一部署，会具有电信级的安全性、干扰小的特点，可以形成全网覆盖和运营；而非授权频段则要专门处理同频干扰的问题，在很多地区定位于企业级专网。

无线电频段作为“阵地”还有另一方面的特点，低功耗广域网络要达到广覆盖、低成本等特点，大部分需要部署在Sub 1GHz频段上，而且频段越低效果越好。这是由于电磁波的特性，频率越高，虽然能量越大（即承载的信息量大，网络传输速度更快），定向性越强，但衍射散射能力越弱，就是俗称的穿墙能力越弱。例如，我们了解光纤比WiFi快，但是光纤方向固定，只能在玻璃纤维内传输，而WiFi是可以散射到四面八方的。低功耗广域网络无须承载更多信息的大能量、高传输速率，但要达到相对于传统蜂窝网络更好的覆盖效果，部署在低频段，提升衍射散射能力就非常重要了。中国电信2017年5月份完成了全国31万个NB-IoT基站的升级，就基于其拥有的800MHz优质频段，能够快速领先于其他两家运营商开展商用，可见频段对于低功耗广域网络“阵地”的作用非常明显。

第一章  横空出世：从图卢兹小镇上一家创业公司说起 / 1

1.1  明星创业公司—法国Sigfox超记录融资光环和业务模式

吸引全球目光 / 2

1.1.1  超规模融资和重量级投资机构 / 2

1.1.2  全球物联网网络运营商的野心 / 4

1.2  Sigfox的启示—物联网需要专用的网络为人们所认可 / 5

1.2.1  虚拟运营商专家的建议 / 7

1.2.2  众说纷纭 / 8

1.3  补齐网络短板—物联网终端对功耗和距离的需求 / 9

1.3.1  物联网网络层仍有重大短板 / 10

1.3.2  在矩阵中发现短板 / 11

1.3.3  低功耗广域网络补齐短板 / 13

1.3.4  低功耗广域网络的特点 / 14

1.4  开启新的应用—大量行业、海量终端接入带来的效应 / 16

1.4.1  战场上武器的类比 / 16

1.4.2  广阔的应用场景 / 18

第二章  庞大家族：低功耗广域网络的发展历史和阵营 / 21

2.1  三十年沉浮—低功耗广域网络早期的雏形和概况 / 22

2.1.1  安防应用网络AlarmNet / 22

2.1.2  数据服务网络ARDIS / 23

2.2  历史的青睐—世界移动通信大会上的潜在力量 / 25

2.3  今日的家族—十多个技术方向形成两大阵营 / 27

2.3.1  明显的两大阵营 / 27

2.3.2  无线电频谱也是阵地 / 28

2.4  初探各类技术的来龙去脉 / 32

2.4.1  授权频谱阵营技术 / 32

2.4.2  非授权频谱阵营技术 / 35

2.5  为何“三十年河东、三十年河西” / 47

2.5.1  需求扩展：更多的应用场景 / 47

2.5.2  供给扩展：低廉的网络部署成本 / 48

第三章  商用演进：高度标准化和产业生态推动的力量 / 50

3.1  规模效应和公共资源的充分利用：少量技术标准的市场 / 51

3.1.1  无线通信商用中的规模效应 / 51

3.1.2  公共频谱资源的“公地悲剧” / 52

3.2  高度标准化和产业参与者是决定因素 / 55

3.2.1  他山之石—WiFi商用中高度标准化作用 / 55

3.2.2  产业生态的力量 / 57

3.3  不得不说的标准化组织 / 59

3.3.1  3GPP / 59

3.3.2  LoRa联盟 / 61

第四章  跑马圈地：各类主流技术抢占先机 / 66

4.1  多样化的运营商参与跑马圈地 / 67

4.1.1  多样化物联网运营商矩阵 / 67

4.1.2  三类典型的物联网运营商 / 69

4.2  商用现状—各类技术已圈到的“地盘” / 72

4.2.1  授权频谱技术NB-IoT/eMTC的“地盘” / 72

4.2.2  草根LoRa“逆袭”，“地盘”遍及全球 / 91

4.2.3  行业明星Sigfox在全球开疆扩土 / 106

4.2.4  Ingenu公司的全球RPMA网络之梦 / 109

4.3  跑马圈地的逻辑—物联网应用的生命周期保障黏性 / 111

4.3.1  时间窗口的先机 / 112

4.3.2  用户黏性保障物联网市场的一席之地 / 113

第五章  产业生态：产业经济视角下低功耗广域网络市场格局 / 115

5.1  产业经济学研究的经典框架 / 116

5.1.1  产业链研究框架 / 116

5.1.2  产业组织理论框架 / 117

5.2  不同于传统通信业的产业链 / 118

5.2.1  传统通信行业的产业生态 / 119

5.2.2  多样化和碎片化催生的新的产业生态 / 120

5.3  产业组织理论框架下的低功耗广域网络 / 123

5.3.1  低功耗广域网络所处的市场结构 / 124

5.3.2  市场结构下低功耗广域网络企业的行为 / 130

5.3.3  低功耗广域网络绩效：互补和替代 / 134

5.4  产业生态的力量：“猛虎”还是“蚁群” / 139

5.4.1  新产业环境，一体化、整合化需求提高 / 139

5.4.2  新环境下的生态优势 / 140

5.4.3  企业优势全景图下的低功耗广域网络产业 / 142

第六章  赋能力量：产业生态中的“供给侧”群体 / 145

6.1  切莫拔苗助长，目前仅是供给方拉动阶段 / 146

6.1.1  利好不断就代表全面繁荣吗 / 146

6.1.2  供给和需求力量博弈的三个阶段 / 149

6.2  供给侧的主要力量 / 152

6.2.1  低功耗广域网络芯片供应商 / 152

6.2.2  低功耗广域网络模组供应商 / 157

6.2.3  共享化的商业模式—TTN和CLAA / 158

6.3  几个典型的供给方代表 / 160

6.3.1  逆袭的事实标准推动者：Semtech / 161

6.3.2  另一个法国物联网新星Actility / 170

第七章  需求广泛：低功耗广域网络的应用逐渐开启 / 174

7.1  不仅仅是抄表停车，大量示范应用已经开启 / 175

7.1.1  机遇：数十种应用已孵化和落地 / 175

7.1.2  挑战：长尾需求的市场 / 178

7.2  探索用户的需求 / 182

7.2.1  关注用户需求模型 / 183

7.2.2  需求方视角下的成本因素转变 / 186

7.3  人人成为“运营商”：需求方是产业发展的最大受益者 / 188

7.3.1  产品“运营商”的价值 / 189

7.3.2  补齐产品“运营商”所需技术短板，提供最合适的支撑技术 / 191

7.3.3  个人也能成为“运营商” / 192

7.4  生活中低功耗广域网络的典型应用 / 193

7.4.1  共享单车智能锁中的秘密 / 193

7.4.2 “跑步鸡”准确计步的保障 / 198

7.4.3  用物联网抓老鼠：基于LoRa的捕鼠夹 / 200

第八章  未来展望 / 203

8.1  先行试水，探索红利 / 204

8.1.1  物联网发展的试金石 / 204

8.1.2  低功耗广域网络未来的“红利” / 208

8.2  政策支持力度空前，表明态度最重要 / 213

8.2.1  莫将数字当成“圣旨”和任务，而是对产业发展的态度 / 214

8.2.2  更多关注企业的市场化行为 / 216

8.2.3  理性看待“看不见的手”和“看得见的手” / 217

8.3  搜索引擎指数：强劲增长的低功耗广域网络 / 218

8.3.1  搜索引擎中的NB-IoT和物联网 / 219

8.3.2  搜索指数峰值与NB-IoT重大事件 / 221

8.3.3  物联网中的主角，未来趋势仍是上升 / 222

8.3.4  一些推测：包括LoRa在内的整体产业发展看涨 / 225