物联网应用层开发技术(物联网应用层包括什么)

点击:发布日期:2021-10-13 09:03

(报告出品方/作者:中信建投)

一、物联网的发展潮流势不可挡

物联网概念最早于 1999 年由美国麻省理工学院提出,早期的物联网是指依托射频识别技术和设备,按约定的通信协议与互联网相连接,使物品信息实现智能化识别和管理,实现物品信息互联而形成的网络。物联网内涵不断扩展。物联网是通信网和互联网的拓展应用与网络延伸,它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。物联网的核心在于由分布在各节点处的传感器采集所需的数据,然后借由网络传递、汇聚,再对数 据进行处理、分析,进而获取有价值的信息后加以利用,最终应用于生产、生活、工作、学习的方方面面。

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物联网行业专题研究:物联网提速,投资正当时

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物联网串联各类智能终端,实现智慧化生活。智能设备飞速发展,从智能电视、智能家居、智能汽车、医疗健康、智能玩具、机器人等延伸到可穿戴设备领域。智能硬件终端需要基于物联网来实现端到端的衔接联动, 物联网将赋能智能硬件向多元的消费场景渗透,从而创造更加便捷、舒适、安全、节能的生活环境。

物联网助力企业降本增效,重塑商业模式。物联网一方面能够大幅降低设备个别运算和数据储存的成本, 另一方面可以把物体转化为有关该物体的信息源。物联网与人工智能的融合将创造一种区别于产品和服务的新方式以及能够自主管理的全新价值源——信息及洞察力,从而使制造企业的竞争领域不仅限于产品功能及服务, 而是扩展到通过使用这些产品或服务所创造的信息和数据,颠覆以往对于商业价值的定义与框架。

物联网已经成为综合国力竞争的重要因素。新一代信息通信技术正在全球范围内掀起新一轮科技革命和产 业变革。作为信息通信技术的突破方向之一,物联网蕴含巨大的增长潜能,是重要的战略性新兴产业。各个国家政府纷纷进行物联网战略布局,瞄准重大融合创新技术的研发与应用,寻求把握未来国际经济科技竞争主动权。2020 年以来,高层对“新基建”给予高度关注,其中物联网是重点方向之一。

二、物联网的垂直应用场景众多

2.1 智能家居:“疫情+鸿蒙”催化,有望保持较快增长

智能家居是以住宅为平台,基于物联网技术、软件系统、云计算平台等构成的家居生态圈。物联网应用于智能家居领域,能够对家居类产品的位置、状态、变化等进行监测,分析其变化特征,同时根据需要进行反馈, 还可以实现对家居类产品的远程控制。通过数据收集和分析,智能家居可以自主为用户提供个性化服务。智能家居的发展趋势可能将遵循“单品?先?智能化”,再“彼此联网协同”,最终实现整个智能家居应用场景的全系统智能化。

消费年轻化,消费升级化,共同推动了智能家居的发展。随着其收入水平的提高,以 80 后和 90 后为代表 的青年人群已经接管了家电购买的话语权,逐渐成为我国智能家电消费的主力军。不同于传统消费者关注产品的价格和品牌,青年消费者对居家生活品质有着更高的要求,在选购家电时考虑的要素更加多样化,尤其是对家电的“智能化”和“与其他家电联网”的要求更高,而这两个要素也反映出我 国青年消费者对于智慧型联网家电的需求,已经成为其家电消费的主流。

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从某种角度而言,新冠疫情也激发了智能家居的需求。2020 年新冠疫情期间,“宅经济”得到迅猛发展, 为符合“宅家生活”概念的小家电带来了增长契机。2020 年全球小家电零售额达 680 亿美元, 同比增长 15.1%,全球零售量达 13 亿台,同比增长 8.2%。

鸿蒙 2.0 发布,利好智能家居发展。华为发布鸿蒙 HarmonyOS 2.0瞄准以智慧物联生活等为代表的 IoT 市场,将品牌之间的壁垒推倒,打破产业孤岛现状。预计2021 年底搭载鸿蒙操作系统的设备数量将达 3 亿台。

智能家居市场有望快速增长。全球范围内将近 2.5 亿个家庭已拥有至少一部智能家居设备,随着设备价格的下降,未来户均设备数量将进一步提升。预测2021 年全球消费者在智能家居相关设备上的支出将达到 620 亿美元,预计 2025 年将达到 880 亿美元,五年复合增速 15%。

2.2 智能网联汽车:连接“车-路-人-云”,前装加速渗透

智能网联汽车将推动汽车走向网联化与智能化。5G 最大的应用是移动状态的物联网,而移动物联网最大的市场可能是车联网。

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车联网包括车载信息服务、智能网联、智能交通三个阶段,目前正在从第一阶段向第二阶段过渡。车联网应用的第一阶段以 2G/3G/4G 为核心,提供车载通话、车载导航、语音识别等车载信息服务。下一代车联网将 以 C-V2X 与 5G 为核心,实现以智能化和网联化为基础的智能辅助驾驶、自动驾驶以及智能交通服务。远期看,第三阶段即 NR-V2X 及 5G 将实现网联式自动驾驶,弥补自主式自动驾驶的不足,实现车辆与周围人、车、路等之间的信息充分交换,从而提升行车安全,降低车载设备成本,提高交通系统运行效率。

2020 年车联网前装渗透率大幅提升,中国市场高于全球。2020 年全球车联网新车渗透率约为 45%,预计到 2025 年将接近 60%,2020 年中国市场车联网新车渗透率近 49%,2025 年将超过 75%, 高于全球平均水平。2020 年国内新车前装标配车联网上险量为 904.53 万辆,同比增长 47.57%,前装搭载率为 47.42%,同比提升约 18pp。2020 年国内新车前装搭载 T-Box 上险量为 831.81 万台,同比增长 37.26%。从通信制式来看,预计 4G 将长期占据前装车联网的主要份额,5G、V2X 占比将逐步提升。

2.3 工业互联网:赋能智能制造,是第四次工业革命的基石

工业互联网是物联网在工业领域的应用,目标是智能制造。工业互联网是物联网在工业领域的垂直应用,其实质是一种技术手段或解决方案,目标是要实现智能制造。由于工业产业涉及领域较多,工业互联网的应用范围十分广泛。

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工业互联网正在成为第四次工业革命的重要基石。第四次工业革命的核心是深度融合网络化、信息化与智能化,通过工厂内部、工厂之间、工厂与消费者之间的智能连接,推动生产方式从“大规模制造”向“大规模定制”转变、工业增值领域从制造环节向服务环节拓展、程序化劳动被智能化设备所替代。

工业互联网典型案例——阿里犀牛智造赋能服装行业数字化转型。阿里巴巴凭借对服装行业产业链的把控能力,推出了“犀牛智造”平台,对服装制造企业进行自动化、信息化和智能化改造。犀牛智造打通淘宝、天猫平台的数据,为工厂提供精准销售预测、为商家提供报价基础、为供应链提供采购依据,数字化设计系统可以实现 3D 快速仿真测试,智能中央仓进行智能采购、柔性供给,智能导航“棋盘式吊挂”系统实现了厂内物料运转流程的优化。

美国、欧洲和亚太地区是全球工业互联网蓬勃发展的三大区域。随着工业互联网概念的兴起与发展,世界各国普遍希望通过发展工业互联网来提升本国的工业实力,实现数字化转型。发达国家将新一代信息技术与其较为深厚的工业基础深度融合,而发展中国家则通过应用新技术手段来实现传统工业向现代工业的转型升级。

我国工业互联网产业规模持续扩大。2019 年我国工业互联网产业增加值规模达到 3.41 万亿元,名义增速达到 22.14%,增速同比提升 2.97 个百分点。预计 2020 年,我国工业互联网产业增加值规模将达到 3.78 万亿元,占 GDP 的比重为 3.63%,对国 民经济增长的贡献达到 11.81%,成为国民经济增长的重要支撑。

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三、物联网的四层次十环节分析

3.1 物联网的体系架构可以分为四个层次

物联网的体系架构可以分为四个层次:感知控制层、网络传输层、系统平台层和终端应用层:

感知控制层:感知控制层的主要功能是感知和识别物体,采集和捕获信息,然后经过本地控制系统初步处理后, 将信息通过网络传递出去,供云端平台进行进一步处理、分析等。发展趋势是小型化、智能化和低功耗。

网络传输层:网络传输层的主要功能是通过各类网络,在感知控制层与系统平台层之间及时、有序、安全地传递信息。

系统平台层:系统平台层作为物联网中连接感知控制层和终端应用层的重要环节,向下要实现对终端/用户的“管、控、营”,向上要为终端应用层提供开发及运行环境、PaaS 服务,并为各垂直行业提供通用基础服务。

终端应用层:通过将物联网技术与垂直行业应用场景相结合,以实现万物互联的丰富应用。终端应用层中 的终端是物联网应用的物理载体,应用包括应用软件、集成服务等。聚集多领域的资源和能力,整合各种信息和应用,为客户提供智能化、泛在化、一体化的服务将是物联网应用的发展趋势。

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3.2 物联网的产业链涉及十大环节

结合产业中的实际分工,物联网产业链划分为:芯片、传感器、控制器、通信模组、通信网络、操作系统、物联网平台、智能终端、应用软件与集成服务。十个环节一般属于产业链的上下游,存在先后的传导性。

芯片:物联网发展的“根基”。芯片是传感器、控制器、通信模组、智能终端的核心,涉及类型主要包括传感器芯片、控制芯片、基带芯片、射频芯片、存储芯片、电源管理芯片等,一般具备低成本、低功耗特点。

传感器:物联网的“五官”。传感器本质是一种检测装置,是用于采集各类信息并转换为特定信号的器件, 可以采集身份标识、运动状态、地理位置、姿态、压力、温度、湿度、光线、声音、气味等信息。广义的传感 器包括传统意义上的敏感元器件、RFID、条形码、二维码、雷达、摄像头、读卡器、红外感应元件等。

控制器:物联网设备的“大脑”。控制器是指独立完成某些特定感知、计算与控制任务的嵌入式计算机单元, 含有电子线路硬件、嵌入式计算机软件等若干组成部分,是可以让被控对象具有期望的性能或状态的控制设备。

通信模组:物联网实现联网的“关键”。通信模组是物联网终端接入网络的关键器件。通信模组可分为局域 网和广域网两类,常见的局域网技术有 WiFi、蓝牙、ZigBee 等,常见的广域网技术有工作于授权频段的 2/3/4/5G、 NB-IoT 和非授权频段的 LoRa、SigFox 等,不同通信技术对应不同的通信模组。NB-IoT、LoRa、SigFox 属于低功耗广域网技术,具有覆盖广、成本低、功耗小等特点,是专门针对物联网的应用场景而开发的。

通信网络:物联网的“网络通道”。通信网络是目前物联网产业链中最成熟的环节。广义上来讲,物联网的 网络是指各种通信网与互联网形成的融合网络,包括蜂窝网、自组网、专网、卫星网等,因此涉及到通信设备、 通信网络、SIM 卡制造等。物联网很大程度上可以复用现有的电信运营商网络,同时国内基础电信运营商具有垄断特征,是目前国内物联网发展的最重要推动者。

操作系统:物联网软硬件的“动脉”。操作系统是管理和控制物联网硬件和软件资源的程序,类似 智能手机的 IOS、Android,是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件,其它应用软件都在操作系统的支持 下才能正常运行。目前,发布物联网操作系统的主要是一些 IT 巨头,应用软件开发主要集中在车联网、智能家居、终端安全等通用性较强的领域。鸿蒙是可以应用于物联网的 OS。

物联网平台:物联网的“管家”。物联网平台作为设备汇聚、应用服务、数据分析的重要环节,既要向下实 现对终端的“管、控、营”,还要向上为应用开发、服务提供及系统集成提供 PaaS 服务。根据平台功能的不同, 可分为三种类型:第一,设备管理平台,主要用于对物联网终端设备进行远程监管、系统升级、软件升级、故障排查、生命周期管理等功能,所有设备的数据均可以存储在云端;第二,连接管理平台,用于保障终端联网通道的稳定、网络资源用量的管理、资费管理、账单管理、套餐变更、号码/IP 地址资源管理;第三,应用开发 平台,主要为 IoT 开发者提供应用开发工具、后台技术支持服务,中间件、业务逻辑引擎、API 接口、交互界面等,此外还提供高扩展的数据库、实时数据处理、智能预测离线数据分析、数据可视化展示应用等,让开发者无需考虑底层的细节问题将可以快速进行开发、部署和管理,从而缩短时间、降低成本。

智能终端:物联网的“承载硬件”。智能终端是指集成了传感器件和通信功能,可接入物联网并实现特定功 能或服务的终端硬件及设备。To B 类智能终端包括表计、车载终端、工业设备及公共服务监测设备等,To C 类智能终端主要包括可穿戴设备、 智能家居、AR/VR 等消费电子产品。在智能终端中,智能控制器扮演了“大脑”的角色,以微控制器芯片或数字信号处理器芯片为核心,并含有嵌入式计算机软件。

应用软件:物联网的“APP”。应用软件类似于手机 APP,可能是 SaaS 服务,可以对物联网平台上的数据 进行深度分析与应用,用户通过应用软件将可以享受物联网带来的服务和价值。应用软件开发须基于应用场景 和用户需求,定制化程度较高。应用软件还包括帮助用户管理物联网设备及系统安全的软件。

集成服务:物联网的“落地实施”。物联网集成服务一般提供系统集成、解决方案等,如智慧城市建设、智 慧工厂改造等。系统集成商可以帮助客户解决各类设备、子系统间的接口、协议及安全等问题,确保客户得到 一站式的解决方案。集成商须熟悉相关行业,跨行业较难,因此不同行业的集成商各有生存空间。

四、物联网已经处于爆发的前夜

物联网可能将经历三个发展期,当前处于爆发前夜。物联网发展的第一阶段: 爆发前期。从 2016 年物联网专有网络出现、巨头纷纷入局物联网,到 2020 年 5G 网络加快部署、巨头拓展物 联网生态、行业规模化连接出现显著效果,物联网与新技术融合初显成效,物联网具备了较强的产业能量和市 场预期。但受限于成熟的产业探索需要时间培育,供给侧和需求侧的平衡需要不断磨合、供给侧的互补需要合作共赢等因素,爆发前夜仍将持续数年。第二阶段:爆发期。经过长期产业和市场培育,供给侧与需求侧基本实现平衡,更多的行业边界开始模糊化,横向数据流通范围增大,数据价值在产业收益中的占比明显增大,物联网部署实施要素逐步完善,高价值应用不断开花,物联网基础设施实现局部整合。第三阶段:全面爆发期。 需求侧成为拉动物联网的主力,物联网应用需求与基础设施实现解捆绑,泛在、可定义、统一化基础设施建立, 积木式物联网应用搭建模式普及,基础设施与应用实现循环迭代,具备持续升级能力。

全球物联网较快发展,连接数已经超越非物联网连接数。2020 年全球 IoT 连接数 达到 117 亿个,在全部联网设备中占比 54%,首次超过非 IoT 连接数。其中,蓝牙、Zigbee、WiFi/WLAN 等短距离网络连接 的 IoT 占比约 70%,2/3/4/5G、NB-IoT、eMTC 等蜂窝通信技术连接的 IoT 占比近 20%。2025 年全球 IoT 连接数将达到 309 亿个,较 2019 年增长 164.10%,2019-2025 年 CAGR 高达 21%。

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中国蜂窝物联网连接数引领全球,2021 年发展有望再次提速。截至 2020H1,中国三大运营商蜂窝物联网连接数已占据全球 75%份额,较 2015 年实现大幅提升。截至 2021 年 5 月末,中国移动、中国电信、中国联通合计发展蜂窝物联网终端用户 12.58 亿户,比 2020 年末净增 1.22 亿 户,已超 2020 年全年净增用户数。预计2021 年国内蜂窝物联网用户数有望净增超 2 亿户。

GSMA 认为全球物联网将保持高速增长势头,产业物联网占比将提高。从物联网连接数的结构来看,当前 面向消费者或以消费者为最终用户的物联网应用占据了绝大部分。随着物联网加速向各行业渗透,行业的信息化和联网水平不断提升,企业物联网连接数占比将 明显提升。2019 年消费物联网连接数占比 58%,企业物联网连接数占比 42%,预计到 2025 年,消费物联网连接数占比将降至 46%,企业物联网连接数占比将提升至 54%。从收入来看,2019年全球物联网收入为 3430 亿美元,预计到 2025 年将大幅增长到 1.1 万亿美元,年复合增长率高达 21.4%,平台层、应用层将带来绝大部分增量。

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五、物联网重点企业分析

虽然物联网目前已经进入发展的快车道,但由于仍处规模化发展初期,因此首要的任务应该还是以“联网” 为主,至于“应用”,短期内仍将以基础的采集、传递、汇聚、分析为主,更高级的增值服务或应用的爆发还有 待时日。我们认为,物联网的发展将经历由“快速联网”到“规模联网+应用服务”的过程。

5.1 通信模组:万物互联的关键,中国厂商崛起

蜂窝通信模组的成长性无虞。2020 年全球蜂窝通信模组出货量为 2.65 亿片,同比 下降 6%。2020 年全球蜂窝通信模组收入 31 亿美金,同比下降 8%。随着新冠疫情影响逐步减弱,全球 蜂窝通信模组行业有望恢复高增。预计 2024 年全球蜂窝通信模组出货量将达到 7.8 亿片,2019-2024 年 GAGR 为 23%,收入将达到 115 亿美元,2019-2024 年 GAGR 为 26%。

通信模组竞争格局“东升西落”,中国企业未来可期。国内蜂窝通信模组厂商主要包括移远通信、广和通、 日海智能、有方科技、美格智能、高新兴等,海外厂商包括 Sierra Wireless、Thales、Telit 等。移远通信蜂窝通 信模组出货量份额从 2017 年的 19%提升至 2020 年的 37%,收入份额从 2017 年的 7% 提升至 20Q3 的 25%。广和通蜂窝通信模组出货量份额从 2017 年的 6%提升至 2020 年的 9%,收入份额从 2017 年的 2%提升至 20Q3 的 8%。

在车载通信模组市场,移远通信、广和通已占据优势。移远通信已与全球超过 60 家主流 Tier1 供应商和 30 多家知名整车厂合作,完成了近 50 个项目 的交付量产。2020H1 移远通信在国内自主及合资品牌乘用车前装 4G 模组市场的份额达到 35.99%,排名第一。广和通 2020 年通过收购 Sierra Wireless 车载模组业务完成车联网布局,一跃成为全球车载通信模组龙头,主要客户包括大众、PSA、FCA 等,2018 年全球市占率约 20%。

5.2 智能控制器:智能终端的大脑,格局“东升西落”

控制器是万物智能化的基础,市场空间大。控制器是自动控制系统的“大脑”,是可以让被控对象具有期望 的性能或状态的控制设备。智能控制器一般以微控制器芯片或数字信号处理器芯片为核心, 含有嵌入式计算机软件,是技术密集型产品,应用领域广泛。随着电子终端产品日益智能化、集成化,智能控 制器的技术含量和附加值也不断提升,我们估计 2019 年全球智能控制器市场规模约为 1.4 万亿元人民币。

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智能控制器行业的市场格局呈现以下四大趋势。

第一,专业化分工大势所趋。早期智能控制器行业发展比较分散,往往依附于某个细分产业作为整体产品中一个附属部件而存在。随着终端用户对产品自动化和智能化的要求不断提高,智能控制器的技术难度和生产 成本也不断上升,智能控制技术逐步成为一个专业化、独立化和个性化的技术领域,一些专业的智能控制器供应商开始出现。出于对产品要求的提升及成本控制的考虑,越来越多终端厂商开始将智能控制器外包给专业厂 商进行设计生产,促使智能控制器行业不断发展。目前,海外家电龙头厂商伊莱克斯、惠而浦、博世西门子, 以及电动工具龙头厂商 TTI、百得、牧田等,已基本全面外包控制器,国内家电厂商也开始跟进这一趋势。

第二,ODM 成为主流。智能电控产品作为整机设备中技术含量较高的核心零件,需要根据对应终端设备 的具体类别、应用领域、功能型号进行定向研发及生产。这种行业经营特点决定了智能电控产品生产企业与下 游终端设备客户的联系较为紧密,进而演化出 OEM、ODM两种经营模式。在智能控 制器行业的发展初期,以 OEM 模式为主,随着专业化分工发展,智能终端形态越来越丰富,以及智能控制器 企业技术实力不断增强,行业经营模式逐步由 OEM 向 ODM 业务模式转型。

第三,市场份额“东升西落”。中国作为各类机电产品的重要生产基地,产业体系完备,拥有大量技能娴熟 的产业工人,发达国家相关产业大量向以中国为代表的发展中国家转移,中国高速发展的电子信息产业为智能 控制器行业建立了牢固的技术根基。与海外对手相比,中国智能控制器厂商具备得天独厚优势,包括工程师红 利、供应链优势、良好的成本费用控制、7*24 小时服务响应、敏捷交付等,这些优势在全球化分工及智能控制 器制造商自身发展过程中有望得到强化,市场份额持续提升。

第四,汽车控制器也逐步开始外包。汽车电子控制器技术门槛较高,目前通常由电控系统 Tier1 供应商自主研发生产,博世、大陆、电装等国际巨头市场份额领先。近年来,全球汽车行业正在经历深度变革,包括“需求下滑”、“转型加速”、“竞争加剧”、“供应链重塑”等,传统 Tier1 巨头压力巨大。在此背景下,为降本增效、 加速转型,Tier1 巨头可能选择将部分控制器产品外包,国产厂商迎来良机。

新冠疫情叠加芯片短缺,中国智能控制器厂商进一步抢占海外竞争对手份额。新冠疫情导致消费者居家时 间大幅延长,海外家电、电动工具需求明显向好。得益于中国迅速、有效的疫情管控举措,国 内企业快速复工复产,中国智能控制器企业在海外竞争对手仍受疫情困扰时抢占部分订单。同时,面对 2020H2 以来全球性的元器件短缺、涨价,中国智能控制器公司在备货、锁价、价格传导等方面做了充足准备,展现出 良好的供应链管理能力,这又进一步其带来增量订单。对比国内外家电及电动工具智能控制器公司 2017 年以来 收入增速情况,可以发现中国大陆厂商普遍维持高速增长,而海外厂商收入基本停滞。我们认为,智能控制器 行业“东升西落”的趋势在疫情结束后仍将持续。目前来看,国内智能控制器上市公司主要包括拓邦股份、和 而泰、朗科智能、振邦智能、贝仕达克、朗特智能等,都有望受益于行业的发展红利。

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六、风险提示

1、物联网发展不及预期;

2、芯片及元器件紧缺影响超预期;

3、人民币升值,影响外向型公司的毛利率与业绩;

4、国际环境变化,影响科技企业供应链安全与业绩;

5、流动性收紧影响市场估值体系等。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库官网】。「链接」

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