物联网:为什么NB-IoT、LoRa都玩不转

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说起物联网(Internet of Things, IoT),估计很多人都耳熟能详,因为我们早就在各种各样的媒体中看到过好多次这个名词了。

按照中国传统观点,万物实际上是有着天然的联系的,那么人类为何又要画蛇添足般地再把他们连接起来呢?原因很简单, 万物的天然联系是依靠的自然规律,而人类并不能控制他们,而物联网让万物以人类的意愿进行连接,从而让人类可以控制他们 。物联网,无非是又一个人类征服和控制自然的尝试而已。只要万物能够互联并且通过有效的手段在需要的时候知道他们的状态,从而采用有效的手段进行干预,那么人类就有了对万物的相当程度的控制权。

这给了人们很大的想象空间,因此,也吸引了大量的淘金者,试图分享这样一块看起来巨大无比的蛋糕。 但这么多年来,现实并不乐观。

根据我的了解——可能并不准确——我感觉物联网现在处于一个比较尴尬的阶段。 一方面,物联网的呼声很大,人们寄予很大的期望;但另一方面,市场的反响并不热烈,本来应该跟人们的生活息息相关的物联网,似乎在现实中并没有被人们所感知。我观察到的现实就不很乐观。 算得上物联网的智能家居曲高和寡,国内力推的NB-IoT雷声大雨点小,LoRa使用的主流频段在国内被事实上禁用, Zigbee等覆盖范围过小……

在这里,我想梳理一下物联网在国内发展的现状,以便于更好地定位和找出问题所在。

物联网可以看做是互联网的升级版本,传统的互联网连接的是人;物联网不光连接人,还要连接物,除了人类的互动外,还需要让人能够更好地把控物。 人是自带智能的,所以传统的互联网的重点在于连接,只要有连接,人们就会互动,产生内容等,对网络的智能要求就不高;但物联网连接的是物,物本身不具备智能, 需要通过人来控制或者智能系统来自动控制。

物联网也是近十年来出现频率很高的智慧某某(例如智慧城市,智慧楼宇,智慧园区,智慧安防等)的基础设施。 什么是智慧?我认为就是能够根据某个特定的需求和目标,自主动态调节现有状态的能力 。这需要至少有两个部分构成,一是要有数据分析和处理的“大脑”部分,二是要有数据收集和指令执行的“躯体”部分。 我们往往把狭义的躯体部分作为狭义的物联网, 也可以称为物联网10, 实现了物体的初步连接和数据收集和反馈能力,但这套系统要想实用,实际上离不开人,因为数据的分析和控制指令的下达还是需要人来做;而大脑+躯体才是真正智慧的物联网,在我看来这才是能够给人类带来很大便利的物联网,才具备大范围应用的技术基础, 可以把这称为物联网20。

现阶段的物联网还是停留在由人控制的阶段,也就是10时代,这个阶段对数据的处理存在瓶颈,因此,并不适合复杂的应用,也不适合大范围使用。因此我们可以看到,应用比较广泛的应用也就是那少数的简单应用,如抄表、环境监测、家电控制等。云计算、大数据、机器学习、人工智能等技术是近几年的IT领域的热点,进展也非常迅速,他们的发展为物联网向20阶段进化提供了坚实的基础。

我们日常生活,现有的已经足够很好地满足人们的需求了;物联网,只是人们对更高生活水平的追求的产物,并且不是必需的;对于非必需品来说,要想普及需要足够的性价比或者就索性走高端路线。但从目前的物联网市场看,由于缺少比较成熟的家用物联网方案,因此并不能大规模使用,这导致物联网应用起来成本比较高,在家居中只有高端住宅才可能会使用,占比很少,家居物联网在这种初级阶段必须得要走高端路线,当然这也符合很多新事物的初始状况特征。

物联网在工商业中也有一些应用,例如RFID领域,我们已经可以在一些商店中看到。其他还有很多物联网项目,多数隐藏在智慧某某的名头之下,现阶段,只要是冠以智慧的项目,其造价一般会令人咂舌。 因此,在性价比不高的情况下,人们使用他的积极性自然不高了。

中国运营商去年决定要大力推广NB-IoT,他们试图提升性价比,因此希望设备和解决方案提供商们能够以较低的价格提供相关产品,由于其体量,确实有部分供应商愿意以接近成本价的价格向其提供产品;但即使是这样,愿意使用的用户也不多,这让供应商的积极性大大降低,因为根本就无利可图。也因为此,NB-IoT的这一波推广活动实际上到目前看来是比较失败的。

从连接介质来看,物联网分为有线和无线两种,考虑到实际部署的难度,无线方式显然更有机会会成为主流的连接方式。

从终端和因特网连接关系来看,物联网也可以划分为两种方式:一种是直接和因特网连接,例如NB-IoT、2/3/4G蜂窝网络、eMTC等; 另一种是通过网关间接和因特网连接,例如LoRa、SigFox、ZigBee、BLE、WiFi等。不同的协议都是针对不同的应用场景设计的,因此在实际使用中都有其优缺点。例如我们常用的WiFi,要保证速率和可靠性,因此覆盖距离不够长,连接不可靠; NB-IoT主要用于低速率物联网应用,能够直接联网,但速率低, 用户连接数少; LoRa的覆盖比较广,但速率低,用户连接数也有限制……

因此,实际部署时需要根据不同的应用场景选择不同的技术、标准以及相应的设备,而在现场实施的时候又会有很多意想不到的困难。无线部署也需要做网优等工作,对实施人员的要求比较高。 这些都增大了物联网的部署难度。

由于物联网一般使用无线技术,那么频谱资源就是物联网的一个非常核心的资源。频谱资源时稀缺的,因为有太多的地方需要这类资源。例如我们的移动电话、微波通信、卫星通信、应急通信、无线WiFi等等。这些资源由于其稀缺性,需要统一的规划。而这在不同的国家也面临着不同的状况。

例如现在比较火热的LoRa,阿里巴巴、腾讯等互联网企业刚刚加入该标准联盟,结果国家的新的频谱规划就给予他们致命一击,LoRa所使用的sub-1G的频谱资源实际上是不开放的。

目前在全球,唯一明确的民用频段就是24GHz,也就是WiFi、蓝牙等使用的频段。但这个频段的问题是与低频段的无线电波相比,越障能力比较差,因此覆盖能力不强。而又由于太多的民用无线设备都是用这个频段,导致这个频段的信号比较“脏”,收到的干扰比较大。 现有的使用这个频段的蓝牙、WiFi协议本身也是为了IP宽带连接而设计的,专注于速率,所以也导致覆盖范围一般不超过100米,并且连接数量有着很大的限制。 因此,要想避免频谱资源的政策风险,就只能使用24GHz这个频段 ,那么如何在这样的情况下增加无线覆盖的范围,提升覆盖距离,就是物联网公司需要解决的一个大问题。

比较有实际应用意义的物联网的规模需要达到一定的程度,也就是终端要足够多,很多地方并不具备电源接入的条件,那么就需要终端的功耗要足够低或者索性无源。

无源当然是最佳的方式,目前的解决方案是要加储能电路,但这种电量非常微小,在现有的技术条件下,覆盖范围和传输能力都受到严重的制约,只能适应很少的一部分场景。因此,大多数情况还是需要有源的终端,这就需要功耗尽可能地低了。 功耗问题可能是目前物联网面临的主要问题之一。

例如在智慧停车之类的项目中,有部分方案是用NB-IoT实现的。这个标准由于使用了蜂窝技术,只有运营商具备掌控的能力,所以电信运营商和设备商都非常有热情去推广,也号称一块电池可以用十年,看起来功耗似乎很低,但那是有前提条件的,就是它平时处于睡眠状态,每天主动醒来一次上传一次数据,在这样的情况下才可能坚持十年。 但用于停车就得频频被唤醒,因此在这个场景中使用就非常耗电。根据实际使用的经验,差不多5个月左右就得去更换电池了。这带来极大的维护工作量,而且电池的成本本身也非常高。因此,至少在停车这种方案中,NB-IoT并不是一个好的选择。如果用LoRa呢?在停车中也有应用,表现好一点,能够达到一年多的使用时间而不用换电池。而一般里面模块和芯片的寿命在5年以上,也就是说,在终端设备的生命周期里,需要更换多次电池,每一次更换电池实际上跟新开工一个项目工作量差不多多少。因此,我们不能说这种状况是令人满意的。

所以,如果能够解决有源终端的功耗难题,不光可以大大减轻日后的维护工作量,还可以大大降低终端的成本,这是因为在实际应用中,电池是物联网终端的主要成本之一。

技术本身是没有国界的,但遗憾的是我们并不生存在一个理想的世界里,我们的现实世界依然存在着各种各样的利益群体,有的时候出于自身利益的考虑,作为体现现代竞争力的物联网技术就要受到一些因素的制约。国家就是一个典型的利益群体,而国家安全往往是这个群体的最高利益之一。信息安全是国家安全的一个重要方面,物联网搜集各种各样的信息,这些信息有的时候就是非常机密的情报,不方便被其他利益团体所获知,因此,在物联网标准方面,在一开始就要注意这个方面。

LoRa是美国公司Semtech所提出的一个物联网标准,也是目前比较主流的标准。这个标准对标的是SigFox——一个欧洲的私人公司封闭的物联网标准,但SigFox用自己的标准建了一个覆盖很广的网络,对外运营物联网业务,可以叫做物联网供应商;而LoRa是半开放的标准,允许用户使用这种技术进行模块和终端产品的开发,并用这些产品组建自己的LoRa物联网,虽然相比于市场上主流的其他方案,看起来价格并不贵,但标准、芯片等核心部分过分集中于美国的供应商Semtech上,在特定的时候这就是一个很大的风险。

因此,无论是物联网方案提供商、物联网产品开发商,还是用户,在选择物联网标准的时候要考虑到这个问题。当然,对于小规模的民用应用,采用什么标准问题不大,但对于军用、大规模应用来说,不考虑这个因素将可能让投资全部打水漂。 最近的无线电频谱的一个征求意见的文件就让某国外标准被判了死刑,即使我们最大的两个互联网公司刚刚加入了这个阵营也是无可奈何。

NB-IoT是中国特别是运营商和设备提供商力推的标准,但它的问题在于功耗较高、用户容量有限,所以,在很多场景里并不适合。因此,中国还需要更多的物联网标准,来补充NB-IoT的不足。

物联网技术在国内属于刚刚起步阶段 有个别地区在发展物联网产业 但是目前来看应用的不是特别广泛 就前景来看 物联网是未来的一种发展趋势 将来应用的面扩大之后 必然需要专门的人才 因此就业前景应该还是不错的。

如今,物联网被业界视作下一个超万亿元级产业,政府已经把物联网作为我国新的经济增长点和转型升级的助推器。而最近物联网概念股价直线上升,销售传感器的企业也大发了一笔财,没有人怀疑这里面蕴藏着的巨大商机,然而物联网本身真的有那么大的含金量么?这真的是一个无法想象的“富矿”?

东软集团董事长刘积仁就指出:“现在很多人把物联网、云计算给神化了。其实没有那么神奇,这都是过去一些技术的延伸,说到底就是在互联网的基础上加上了传感设备的应用,通过摄像头、芯片等等把物和物相互联系。技术要服务于经济发展,才能创造价值,我们现在还需要研究的是究竟什么样的应用更需要它们,这两项技术究竟如何在社会上创造价值。”

院校专业

基本学制:四年 | 招生对象: | 学历:中专 | 专业代码:080905

培养目标

培养目标

培养目标:本专业培养德、智、体等方面全面发展,掌握数学和其他相关的自然科学基础知识 以及和物联网相关的计算机、通信和传感的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法,具有较强 的专业能力和良好外语运用能力,能胜任物联网相关技术的研发及物联网应用系统规划、分析、 设计、开发、部署、运行维护等工作的高级工程技术人才。

培养要求:

1.掌握马列主义、毛泽东思想与中国特色社会主义基本理论,具有良好的人文社会科学素 养、职业道德和心理素质,社会责任感强;

2.掌握从事本专业工作所需的数学等相关的自然科学知识以及一定的经济学、管理学和工 程科学知识;

3.系统掌握物联网专业基础理论知识和专业知识,理解基本概念、知识结构、典型方法,理 解物理世界与数字世界的关联,具有感知、传输、处理一体化的核心专业意识;

4.掌握物联网技术的基本思维方法和研究方法,具有良好的科学素养和一定的工程意识, 并具备综合运用掌握的知识、方法和技术解决实际问题的能力;

5.具有终身学习意识以及运用现代信息技术获取相关信息和新技术、新知识的能力;

6.了解物联网的发展现状和趋势,具有技术创新和产品创新的初步能力;

7.了解与本专业相关的职业和行业的重要法律法规及方针政策,理解工程技术伦理的基本 要求;

8.具有一定的组织管理能力、表达能力、独立工作能力、人际交往能力和团队合作能力;

9.具有初步的外语应用能力,能阅读本专业的外文材料,具有一定的国际视野和跨文化交 流、竞争与合作能力;

10掌握体育运动的一般知识和基本方法,形成良好的体育锻炼习惯。

主干学科:计算机科学与技术、电子科学与技术、通信工程。

核心知识领域:物联网技术体系、标识与感知、物联网通信、物联网数据处理、物联网控制、物 联网信息安全、物联网工程设计与实施等。

核心课程示例(括号内理论学时+实验或习题课学时):

示例一:物联网工程导论(18学时)、物联网通信技术(45 +18学时)、RFID原理及应用(45+ 18学时)、传感器原理及应用(45 +18学时)、传感网原理及应用(45 +18学时)、物联网软件设计 (27 +18学时)、物联网数据处理(54学时)、物联网中间件设计(27 +18学时)、物联网应用系统 设计(54学时)、嵌入式系统与设计(45 +18学时)、传感器微操作系统原理与设计(36+36学 时)、物联网控制原理与技术(45 +18学时)、物联网定位技术(45 +18学时)、物联网信息安全 (45 +18学时)、物联网工程规划与设计(36学时)、计算机网络(54学时)。

示例二:物联网工程概论(30学时)、物联网算法基础(60 +15学时)、物联网硬件基础(60+ 15学时)、传感网与微操作系统(45 +15学时)、物联网安全与隐私(30学时)、无线单片机与协议 开发(60+15学时)、JAVA语言程序设计(30 +15学时)、物联网移动应用开发(20 +10学时)、物 流管理信息系统(30+15学时)、RFID系统(30学时)、物联网嵌入式系统开发(20 +10学时)、多 传感器数据融合技术(60学时)、云计算(30学时)、物联网与智慧思维(30学时)、移动人机交互 技术(30学时)、社会计算(30学时)。

示例三:物联网工程导论(18学时)、物联网体系结构(40学时)、传感器原理及应用( 36+10 学时)、物联网数据处理(40+10学时)、嵌入式系统原理(40 +12学时)、物联网工程规划与设计 (40+10学时)、物联网应用系统设计(50学时)、物联网通信技术(40 +14学时)、RFID与智能卡 技术(40+10学时)、物联网控制技术与应用(40+14学时)、物联网信息安全(40 +14学时)、传感 器网络及应用(40 +14学时)、网络规划与设计(40 +14学时)、数据仓库与数据挖掘(40+10学 时)、信息系统分析与集成(40+14学时)、软件集成与服务计算(40+10学时)。

主要实践性教学环节:课程实验、课程设计、专业实习、毕业设计(论文)。

主要专业实验:传感器实验、传感网实验、物联网通信实验、物联网数据处理实验、物联网工 程规划与设计实验。

修业年限:四年。

授予学位:工学学士。

职业能力要求

职业能力要求

专业教学主要内容

专业教学主要内容

《嵌入式原理及应用》、《无线传感器网络》、《汇编语言与微机原理》、《传感器微操作系统原理与设计》、《应用密码学》、《光电子物理基础》、《模拟电子技术》、《数字建模》、《微处理器系统设计》、《物联网信息处理技术》 部分高校按以下专业方向培养:电商物联网、移动嵌入式、智能机器人、物联网大数据采集与分析。

专业(技能)方向

专业(技能)方向

IT类企业:物联网工程、物联网系统设计架构、物联网应用系统开发、物理网系统管理、网络应用系统管理、物联网设备技术支持、云计算。

职业资格证书举例

职业资格证书举例

继续学习专业举例

就业方向

就业方向

物联网专业就业前景

目前,教育部审批设置的高等学校战略性新兴产业本科专业中有“物联网工程”、“传感网技术”和“智能电网信息工程”三个与物联网技术相关的专业。此三个专业从2011年才开始首次招生,目前为止还没有毕业生,所以,无法从往年的就业率来判断未来的就业情况,但可从行业的整体发展趋势和人才市场的需求等方面了解该专业未来的就业形势。

作为国家倡导的新兴战略性产业,物联网备受各界重视,并成为就业前景广阔的热门领域,使得物联网成为各家高校争相申请的一个新专业,主要就业于与物联网相关的企业、行业,从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、信息安全等的设计、开发、管理与维护,也可在高校或科研机构从事科研和教学工作。未来的物联网技术要得到发展,需要在信息收集、改进、芯片推广、程序算法设计等方面有所突破,而做到这些的关键是如何培养人才。柏斯维也指出,从整体来看,物联网行业是非常需要人才。

对应职业(岗位)

对应职业(岗位)

其他信息:

物联网是我国新设立的专业,所以物联网专业的毕业生会在一定程度上拥有国家政策的支持。而物联网行业想要发展,也一定会需要很多物联网专业方面的人才。所以从大方向来看,物联网专业的毕业生就业前景还是不错的。 另外在国家相关政策的引导下,各地政府部门也纷纷开展了和物联网相关的项目,这些项目都需要大量的物联网专业人才,可以预见的是,物联网专业的毕业生在就业方面和其他专业的学生相比,竞争压力会相对少一些。 但是目前大部分物联网专业毕业的学生在找工作的时候,签到物联网行业公司的很少,大部分还是走自动化、通信等公司,做的工作也大多是和物联网没有关系的。 很多公司在招聘物联网专业的人才时,主要要求还是比较偏向程序员方面的,而刚毕业的大学生,无论是从经验还是从阅历上来讲,大部分都是不符合要求的。这也是大部分物联网专业毕业生不选择从事这个行业的原因。

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