前言：

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是時(shí)下熱門(mén)話(huà)題，無(wú)論是技術(shù)人員還是投資機構都趨之若鶩。筆者從事芯片行業(yè)，期望從芯片的角度談?wù)勁c工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)及未來(lái)發(fā)展機會(huì )，權當拋磚引玉。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與通信連接技術(shù)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是“新基建”的七大板塊之一，也是國家新時(shí)期的核心戰略部署，同時(shí)也是從傳統的消費互聯(lián)網(wǎng)（To C 端）向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（To B端）轉型的重要方向。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念很簡(jiǎn)單，本質(zhì)上就是利用先進(jìn)的信息技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)（不僅指工業(yè)）進(jìn)行改造升級，以期達到效益與競爭力的提升。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)，實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)全要素（人員、機器、物料、規則、環(huán)境）的連接，然后通過(guò)大數據及云計算技術(shù)，存儲并運算數據，深度挖掘數據價(jià)值，優(yōu)化生產(chǎn)流程，從而實(shí)現效率及生產(chǎn)力提升、成本下降和利潤增長(cháng)。

其中，通信技術(shù)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力量，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與通信連接技術(shù)有著(zhù)非常緊密關(guān)系，由于工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境不同及應用場(chǎng)景的差異，需要多種通信制式來(lái)覆蓋不同的業(yè)務(wù)需求。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)包括有線(xiàn)連接與無(wú)線(xiàn)通信兩大類(lèi)別，其中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)因部署簡(jiǎn)單、功能強大、使用便捷、組網(wǎng)靈活、覆蓋區域大而在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中廣泛使用，特別是5G、LoRa等新技術(shù)的導入所引發(fā)的技術(shù)變革是本文重點(diǎn)關(guān)注內容。

不同的場(chǎng)景對通信方式的要求不同：自動(dòng)駕駛領(lǐng)域要求低延時(shí)，因此5G的uRLLC方式適合；遠程醫療要求大帶寬，因此5G的eMBB有其優(yōu)勢；低速率、大容量、遠距離場(chǎng)景使用各種LPWAN制式比較合適，包括LoRa、NB-IOT、Chirp-IOT等技術(shù)；對MESH組網(wǎng)要求較高的可以采用BLE/Zigbee等技術(shù)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)例——智慧工廠(chǎng)

不妨讓我們先來(lái)看一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智慧工廠(chǎng)實(shí)例。

智慧工廠(chǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域重要應用場(chǎng)景之一，怎么保障自動(dòng)上料、倉儲運輸、物流送料等過(guò)程都得到有效的管理與控制，毫無(wú)疑問(wèn)必須運用現代的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，以下是一個(gè)AGV（Automatic Guided Vehicle）小車(chē)管理的案例：

當AGV小車(chē)在室內時(shí)，AGV小車(chē)和貨架標簽都可以通過(guò)藍牙AOA（Angle of Arrive）定位技術(shù)與基站通信，基站可以計算出具體位置，再將實(shí)時(shí)的位置信息傳至后臺服務(wù)器。一方面可以實(shí)現對AGV小車(chē)的定位。另一方面，采用電子貨架標簽ESL顯示具體商品的信息，結合AOA定位技術(shù)，可以實(shí)現物料的統一管理和定位。

當AGV小車(chē)從室內到室外的過(guò)程，利用125K低頻觸發(fā)技術(shù)，位于A(yíng)GV小車(chē)內的觸發(fā)芯片會(huì )收到觸發(fā)激活基站的信號，從而AGV小車(chē)會(huì )從藍牙AOA定位切換到GPS定位。

當AGV小車(chē)在室外時(shí)，GPS模塊通過(guò)與衛星通信來(lái)獲取具體的經(jīng)緯度信息，因為GPS模塊功耗比較高，所以通過(guò)陀螺儀模塊來(lái)判斷購物車(chē)在室外的運動(dòng)狀態(tài)，當靜止時(shí)則關(guān)閉GPS節省功耗，當運動(dòng)時(shí)則打開(kāi)GPS獲取的位置信息，再通過(guò)低功耗遠距離通信技術(shù)（例如LoRa、Chirp-IOT等）傳輸給基站。

AGV小車(chē)在室內或室外都是將位置信息傳輸給基站，基站再通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)經(jīng)過(guò)路由器傳輸給后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器將收集的位置信息記錄下來(lái)，最終給用戶(hù)呈現各個(gè)AGV小車(chē)的位置信息及運動(dòng)軌跡。

這個(gè)案例中分別運用藍牙AOA定位技術(shù)，電子貨架標簽ESL，GPS定位技術(shù)、低功耗遠距離通信技術(shù)等多種手段，完成對目標物體室內外軌跡的跟蹤及上報，后臺通過(guò)云端管理軟件，對目標進(jìn)行有效的管理與控制，達到工業(yè)環(huán)境的全過(guò)程控制。

應用場(chǎng)景決定了通信方式的選擇。本文將選取工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)經(jīng)典底層技術(shù)場(chǎng)景來(lái)闡述對通信制式的要求。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與室內定位技術(shù)

室內定位是指在室內環(huán)境中實(shí)現物體或人的位置定位。未來(lái)50%以上的信息都與位置數據相關(guān)。據Market&Markets的調查數據顯示，未來(lái)幾年，室內定位的全球市場(chǎng)將以42.0％的年復合成長(cháng)率增長(cháng)，市場(chǎng)規模預計從2017年的71億1000萬(wàn)美元擴大到2022年的409億9000萬(wàn)美元。特別是以蘋(píng)果為代表的手機企業(yè)將高精度定位系統引入手機生態(tài)系統后，原本TO B 的商業(yè)模式將快速過(guò)度到TO C的市場(chǎng)，這必將引起新一輪市場(chǎng)的快速增長(cháng)。

采集位置數據就需要依賴(lài)定位技術(shù)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，定位技術(shù)的各項性能指標也得到了長(cháng)足的進(jìn)步，基于定位技術(shù)的相應市場(chǎng)也正在逐漸開(kāi)啟。隨著(zhù)室內定位技術(shù)精度的提高，室內定位為零售、制造、醫療、機器人等行業(yè)提供十分準確的位置信息數據，成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要基礎。不可否認的是，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，室內定位技術(shù)作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò )的底層基礎技術(shù)之一，自然能夠獲得更大的市場(chǎng)機遇。

室內定位常用到的技術(shù)有Wi-Fi、RFID、ZigBee、紅外線(xiàn)、藍牙和UWB超寬帶技術(shù)，各種技術(shù)均有各自的特點(diǎn)，如下表所示：

有眾多技術(shù)可以實(shí)現室內定位，其中包括RFID、紅外線(xiàn)、藍牙Beacon、Zigbee，Wi-Fi、UWB及AOA-BLE，每種技術(shù)都有其長(cháng)處和不足，其中高精度定位領(lǐng)域主要是UWB 及最新BLE 5.1 所支持的AOA/AOD技術(shù)，這些技術(shù)能夠為工業(yè)場(chǎng)景的人員、物流、資產(chǎn)提供準確的時(shí)空位置信息，這是都是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重要的技術(shù)基礎。

除此之外，其他的室內定位技術(shù)，例如視覺(jué)成像定位、低頻觸發(fā)定位、超聲波定位、慣性導航定位，激光雷達定位、毫米波定位等，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的人、機、料、法、環(huán)的各個(gè)要素環(huán)節，比如自動(dòng)上料、倉儲運輸、物流送料等過(guò)程都可能得到應用。毫無(wú)疑問(wèn)，室內定位將會(huì )是多種傳感器或者是多種技術(shù)的融合，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)基礎產(chǎn)品。

同時(shí)，結合三維地圖系統，室內定位技術(shù)能夠解決很多場(chǎng)景問(wèn)題，類(lèi)似展會(huì )觀(guān)眾行為分析、消防疏散緊急預案，商場(chǎng)顧客行為分析，人流熱力分布等，以下是一個(gè)室內定位系統的圖例。

圖中BLE 標簽或裝有定位APP的手機發(fā)送標準的BLE 5.1 的AOA/AOD定位信號到定位基站，定位基站通過(guò)定位硬件及相關(guān)算法，計算出物體的空間位置，隨后通過(guò)TCP/UDP等連接發(fā)到后臺PaaS平臺，應用端結合已有的室內定位便能準備定位物體位置。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境存在大量的傳感器、閥門(mén)、過(guò)程控制變量等低速信號需要采集與處理，并且工業(yè)環(huán)境需要傳輸距離遠、工作年限長(cháng)、通信密度大、抗干擾強的通信制式，上述場(chǎng)景應用低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（LPWAN）比較合適，常見(jiàn)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的低功耗廣域網(wǎng)系統如下：

上述LPWAN連接方式中，基于公網(wǎng)的是LTE-Cat1、LTE-eMTC、NB-IOT；為了滿(mǎn)足不同場(chǎng)景下的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的需求，3GPP最后確定LTE-Cat.1、LTE-eMTC， NB-IoT三種標準，其中NB-IoT的速率是最慢的，eMTC次之，Cat.1最快（也就5Mbps）。

上述三種制式中，LTE-Cat1 不需要運營(yíng)商更換設備，可以復用傳統4G網(wǎng)絡(luò )的基礎設施，相比于NB-IoT和2G模組，LTE Cat.1相擁有網(wǎng)絡(luò )覆蓋度好、速度快和延時(shí)低等優(yōu)勢，且與國內的4G網(wǎng)絡(luò )非常匹配，能被廣泛應用于對性?xún)r(jià)比、時(shí)延性、覆蓋范圍、通信速度有需求的應用場(chǎng)景。在5G網(wǎng)絡(luò )營(yíng)收沒(méi)有起量之前，LTE-Cat1 非常受運營(yíng)商歡迎。與之相對的是，基于5G的NB-IOT 及eMTC由于需要硬件投入，且網(wǎng)絡(luò )覆蓋性及產(chǎn)品成熟性均不及LTE-Cat1。

基于非蜂窩的連接技術(shù)包括LoRa，SigFox及Chirp-IOT等，其中LoRa是美國Semtech公司所主導的技術(shù)，在國內外擁有廣泛市場(chǎng)。Sigfox是法國公司所主導的一項低功耗廣域組網(wǎng)技術(shù)，在歐洲擁有廣泛市場(chǎng)。Chirp-IOT是一項國產(chǎn)的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)底層技術(shù)，2020年即將試商用。

在上述連接方式中，基于公網(wǎng)的數據需要先發(fā)送運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )中，然后客戶(hù)從其服務(wù)器下載，這種以運營(yíng)商為中心的管理模式對于企業(yè)的數據安全存在極大的挑戰，不少企業(yè)期望建立私有網(wǎng)絡(luò )以確保企業(yè)數據安全，因此基于LoRa、Chirp-IOT等非蜂窩自主組網(wǎng)技術(shù)存在很大優(yōu)勢，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施過(guò)程中將占有相當份額。

 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與新零售信息系統

隨著(zhù)線(xiàn)上銷(xiāo)售興起，新零售行業(yè)也在進(jìn)行信息技術(shù)革命，大量新技術(shù)比如電子貨架標簽，無(wú)感支付，智能配送等正在蓬勃發(fā)展，其中電子貨架標簽技術(shù)是新零售行業(yè)最底層的基礎設施，運用電子價(jià)簽技術(shù)可以替換傳統的人工手動(dòng)修改價(jià)格，速度快、效率高，同時(shí)大幅減少出錯概率，加上其他輔助定位等功能，可以提高新零售行業(yè)的運營(yíng)效率，在國外呈快速發(fā)展趨勢，據 MarketsandMarkets報導，全球電子貨架標簽市場(chǎng)2023年將達140億美元。2017至2023年間，市場(chǎng)還將以24%的復合年增長(cháng)率增長(cháng)，且亞太地區將成為快速發(fā)展地區之一，市場(chǎng)潛力巨大。

電子貨架標簽系統(簡(jiǎn)稱(chēng)ESL)，是一種放置在貨架上、可替代傳統紙質(zhì)價(jià)格標簽的電子顯示裝置，它為零售商帶來(lái)的利益非常明顯：

首先修改價(jià)格工作變的簡(jiǎn)單，節省了日益昂貴的人工費用，ESL提供了便利的變價(jià)環(huán)境，超市可以進(jìn)行更多的促銷(xiāo)來(lái)提升銷(xiāo)量;

其次貨架與收銀價(jià)格一致降低了政府價(jià)格監管的風(fēng)險，同時(shí)也滿(mǎn)足顧客得到精確價(jià)格的愿望。

整個(gè)新零售的管理系統中，云平臺與門(mén)店之間可以采用以太網(wǎng)連接或4G通信連接，門(mén)店內部ESL平臺與電子貨架標簽之間通信系統可以是2.4GHz定制化協(xié)議或者藍牙，手持PAD與標簽之間可以是近場(chǎng)NFC通信，不同的通信方式滿(mǎn)足不同場(chǎng)景需求，構建一個(gè)完整的零售管理系統。 

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還與5G 自動(dòng)駕駛、遠程醫療、AR/VR之類(lèi)技術(shù)有關(guān)聯(lián)，鑒于這類(lèi)介紹已經(jīng)很多，本文不再贅述。

總結

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是現代信息技術(shù)與傳統產(chǎn)業(yè)的結合，其中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)占有一席之地，將應用場(chǎng)景與通信技術(shù)緊密結合，挖掘其中的市場(chǎng)應用價(jià)值是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)拓展過(guò)程中需要考慮的重要因素。