世界上最大的生物既不是大象也不是鯨魚，是一種位于俄勒岡州藍山的真菌。這種真菌有巨大的地下卷須，分布在3.4平方英里(8.8平方公里)的范圍內，據估計已有8500年的歷史。每年有幾個星期，它會長出從土壤中探出的蘑菇。

俄勒岡州的“巨大真菌”是一個連接的網絡，將信息傳輸到一個巨大的、幾乎看不見的地形上的許多節點。這讓你想起什么了?是的，它就像大自然自己的物聯網。更準確地說，它就像大自然的大規模物聯網。

那么，大規模物聯網究竟是什么?它與其他類型的物聯網有何不同?

區別在于數據量、延遲、能耗和處理能力。大規模物聯網描述了一個擁有大量連接設備的網絡。這些機器通常收集數據并將信息傳輸回中央服務器/云。由于它們的能力有限(通常位于偏遠地區)，這些“事物”通常成本低、功耗低且相對“笨拙”。想想在田野、河流和林地收集信息的農業傳感器。

現在將其與關鍵物聯網進行比較。

事實恰恰相反。它描述了由執行高度戰略功能的超級先進機器組成的物聯網。關鍵物聯網應用消耗大量數據和電力，要求低延遲，并且在許多情況下必須始終可用。想想自動駕駛汽車和遠程手術。

得益于蜂窩連接技術的進步，大規模物聯網正處于急劇增長階段。Juniper估計，到2024年，物聯網連接總數將從2020年的350億上升到830億。專家認為，其中約有一半可能是大規模物聯網。

與此同時，在價值方面，IndustryARC預測，到2026年，大規模物聯網市場的復合年增長率將達到7.1%，到2026年將達到1214億美元。

大規模物聯網:蜂窩網絡的關鍵作用

大規模物聯網市場的一個關鍵驅動力是蜂窩通信的進步。為什么?因為任何大規模物聯網都依賴于可靠的低功耗廣域網(LP-WAN)技術。這與要求集中位置的高功率和高速度的關鍵物聯網不同。

那么，一個“好的”LP-WAN的屬性是什么呢?有三種:

• 可以經濟高效地遠距離連接大量設備。
• 可以在較長的生命周期內連接和管理設備。
• 可以建立安全和信任，讓用戶確信設備和數據不會被不良行為者截獲。

顯然，Wi-Fi、藍牙和其他“短距離”協議無法滿足其中許多要求。因此，蜂窩網絡非常重要，且其覆蓋范圍非常廣泛。

但這里有個轉折。從歷史上看，蜂窩網絡的構建是考慮到人和手機，而不是“事物”。

為了說明這個問題，以土壤傳感器為例。假設一家農業企業想要在數百平方英里的土地上安裝5000個這樣的小型設備。傳感器的復雜性很低，只會傳遞濕度和酸度的讀數，且大多數時間將處于睡眠模式。它們也會存在于環境惡劣的地方，但對人類工程師而言太偏遠，無法定期訪問。

顯然，對于這家農業企業而言，為了這個目的在其土地上安裝5000個高性能和昂貴的手機類型的設備是沒有意義的。

大規模物聯網的網絡技術:LTE-M和NB-IoT

到2010年代，移動行業的技術標準機構3GPP已經認識到需要支持低維護低功耗設備的互聯網。2016年，該企業確認了兩項新的網絡技術:LTE-M和NB-IoT。

這兩個標準有很大的不同。LTE-M(也被稱為LTE Cat M1)使用與4G/LTE相同的頻譜和基站，但被精簡了。其支持高達1Mbps的下行和上行速度，延遲為50到100毫秒。這使得它對實時通信非常有用。

LTE-M已在現有LTE網絡上廣泛推廣。據GSMA稱，截至2022年5月，有60家運營商提供LTE-M服務。

然而，許多機器甚至不需要這樣的帶寬。對其而言，有NB-IoT(也稱為LTE Cat M2)。NB-IoT使用更簡單的芯片，功耗更低。它最大支持62.5 kbps，時延1.5~10秒。顯然，這不適用于實時通信，但對于間歇性數據傳輸來說很合適。因此，NB-IOT傳感器可以支持長達10年的電池壽命。

據GSMA稱，截至2022年5月，已有110家運營商推出了NB-IoT網絡。

大規模物聯網:5G的作用

現在，我們正在進入5G時代。很明顯，5G的超高速和低延遲特性將加速關鍵物聯網的部署。遠程手術和自主運輸的應用案例已經開始推出。

但5G將對大規模物聯網產生什么影響?

首先需要說明的是，3GPP已同意其NB-IoT和LTE-M技術將作為5G規范的一部分繼續發展。換句話說，NB-IoT和LTE-M將與其他5G組件，如增強型移動寬帶和關鍵通信，在同一網絡中共存。所有這些都意味著移動運營商的投資得到了保護，同時NB-IoT和LTE-M模塊也將面向未來。

在5G時代，NB-IoT和LTE-M網絡將比以往任何時候都更廣泛，支持更多的設備。這得益于5G前所未有的容量，其擁有以下能力。

• 每單位面積的連接設備數量高達100倍（(與4G LTE相比)
• 支持在0.386平方英里或1平方公里內安裝100萬臺設備。
• 99.999%的可用性
• 100%的覆蓋率
• 網絡能源使用減少90%，這意味著連接對象可以在不需要人工協助的情況下運行數月或數年。
• 低功耗物聯網設備的電池壽命長達10年

一種用于新型連接設備的新型SIM卡

不用說，如果不改變SIM技術，大規模物聯網就不可能存在。智能手機用戶所熟悉的塑料SIM卡并不適合物聯網的世界——太笨重，無法插入數百萬臺小型機器，也不夠堅固，無法承受極端的溫度、濕度和振動。

為了滿足這些條件，業界開發了專用的eSIM。它可以焊接到位，并在整個設備生命周期內遠程激活。科技企業一直在改進eSIM技術。例如，現在有更小的外形尺寸，如Thales的超緊湊型MFFXS，適合空間有限的設計。

還有將于今年上市的iSIM(一種集成的eSIM)。這種新形式得到了整個行業的支持——已獲得GSMA、可信連接聯盟和歐洲電信標準協會的認證。iSIM嵌入在設備片上系統(SoC)的防篡改元件上。它消除了對離散SIM硬件的依賴，可以使用行業范圍內的安全協議進行無線激活。最重要的是，它的尺寸小于一平方毫米。

GSMA相信，新的SIM卡外形尺寸將加速大規模物聯網的推出。該企業自己的研究發現，83%的企業認為eSIM對其物聯網部署的成功至關重要。

Kaleido Intelligence支持這種信心。據估計，到2027年，將有超過6.3億臺設備與eSIM兼容，占所有eSIM出貨量的19%。

大規模物聯網:應用和用例

隨著5G繼續在全球普及，將為成千上萬的企業提供數字化轉型的機會。企業將能夠通過將啞巴機器變成智能網絡上的智能節點來節省成本、提高效率并產生新的收入。

這些好處將在廣泛的垂直領域得到體現，例如:

• 運輸及物流

車隊管理
產品跟蹤

• 農業

家畜跟蹤
土壤傳感器
氣候監測

• 環境

洪水警報
災害規劃
大氣監測

• 工業/制造業

預測性維護
流程監控

• 公用事業

智能計量/電網

• 智慧城市

停車
交通管制
照明
廢物管理
自行車/滑板車車隊管理
攝像頭

• 智能建筑

報警系統
溫度控制
照明
門禁

• 可穿戴設備

健康監測
兒童/老年人
醫學跟蹤

這就是大規模物聯網的承諾。但這不僅僅是對未來的希望。大規模物聯網的例子已經在一系列領域爆發。如：

• 貨運列車跟蹤:Lineas

Lineas是歐洲最大的私營鐵路貨運運營商。每天都有成千上萬的火車和馬車穿越歐洲大陸。它為鋼鐵、化工、汽車等各個行業的客戶提供服務。

2017年，Lineas與Bosch合作，為2600輛貨車配備了跟蹤和跟蹤傳感器。這個想法是收集和傳遞數據，可以描述車輛的位置和功能。Lineas工程師現在使用這些信息來評估車隊的“健康狀況”，并減少維護工作。該企業表示，這使車輛的可用容量提高了40%以上。

• 智能集裝箱:CIMC

全球大約有6500萬個集裝箱在使用。這些船只極其重要:它們為全球經濟提供動力。但一旦離開港口，幾乎不可能知道它們在哪里。

新的蜂窩技術正在改變這一點。隨著低軌道衛星的出現，可以安裝物聯網傳感器來跟蹤從容器的位置和溫度到流經容器的空氣量和冷凝速率的一切信息。

航運企業是最先充分利用這些進步的企業。例如，2018年，CIMC與Telenor合作推出了首款航運智能集裝箱。在航行過程中，船只向集裝箱和貨物的所有者提供準確的信息。以前，所有這些信息都必須從許多不同的系統和位置檢索。

• 精準農業:CropX

大規模物聯網的前景非常適合農業部門，農民需要了解在廣闊而偏遠的足跡中正在發生的事情。在互聯時代，農民可以使用一組低功耗、低維護的傳感器來收集有關土壤質量、害蟲、水、大氣濕度等信息。

且有大量的技術專家可以提供幫助。一個是以色列的CropX。它提供了一種由連接的傳感器和軟件平臺組成的解決方案，該軟件平臺可以合成數據以提供洞察力，以便更好地管理和規劃。CropX的解決方案目前已在50多個國家得到應用。

• 智能建筑:The Edge

在現代建筑中，維護工作的要求非常高。需要考慮的因素很多，從能源消耗到空調再到訪問控制。現在，物聯網傳感器正在幫助物業管理人員控制這一過程，并節省大量資金。

阿姆斯特丹的The Edge就是一個很好的例子。它號稱是世界上最智能的建筑。擁有超過28000個傳感器和執行器，用于跟蹤能源、數據、供暖甚至人員的流動。該平臺還鏈接到一個應用程序，員工可以使用該應用程序查找停車位、辦公桌和會議空間。由于其智能屬性，The Edge產生的能量大于消耗的能量，因為它有太陽能電池板。并節省大量資金。

阿姆斯特丹的The Edge就是一個很好的例子。它號稱是世界上最智能的建筑。擁有超過28000個傳感器和執行器，用于跟蹤能源、數據、供暖甚至人員的流動。該平臺還鏈接到一個應用程序，員工可以使用該應用程序查找停車位、辦公桌和會議空間。由于其智能屬性，The Edge產生的能量大于消耗的能量，因為它有太陽能電池板。