论文万物互联时代的M2M无线通信模块，本文是无线通信硕士学位论文范文和无线通信和万物互联时代和模块有关论文写作技巧范文.
在物联网行业,人们常常会看到蜂窝通信模块、WiFi模块、LTE模块、NB -IoT模块、LoRa模块……作为物联网的基础单元,面向即将到来的万物互联时代,无线通信模块的重要性、未来意义将如何体现？
无线通信模块：物联网的基础
无线通信模块使各类终端设备具备联网信息传输能力,作为底层硬件,其具有不可替代性,是连接物联网感知层、网络层的关键环节.
基于电磁信号在空间自由传播的特性,人们无需电缆便能把声音、文字、数据、图像等信息远距离传输出去,通过手机等移动终端来接收、发送电磁信号并转化数据信息.同理,物联网时代,物与物之间的连接也需要一个类似装置来实现信号的发送接收,这就是无线通信模块——芯片与集成电路的集合.
无线通信模块是各类智能终端接入物联网的信息入口,使物联网终端设备具备联网信息传输能力.所有物联网感知层产生的设备数据,通过无线通信模块汇聚至网络层,进而通过云端管理平台对设备进行远程管控,同时经过数据分析,带来管理效率的提升.
因此,无线通信模块与物联网终端存在一一对应关系,两者紧密相联,是农业、工业、、远程医疗、智能家居、智能交通等物联网的基础环节.
模块本身是个十分宽泛的概念,如软件模块指能单独命名并独立完成一定功能的程序语句集合（即程序代码和数据结构的集合体）；硬件模块指由多个具有基础功能的组件组成的具有完整功能的系统,按照功能,可划分为通信模块、定位模块、感光模块等.在物联网领域,提及模块,大多数时候指无线通信模块.
无线通信模块的上游产品为基带芯片等原材料,标准化程度较高.基带芯片（通信芯片）是核心,占材料成本的50%左右,技术壁垒高,主要供应商有高通、英特尔、联发科、锐迪科、华为等,产品集中度高,企业话语权强.下游应用分布于各垂直细分市场,通常由通信中间经销代销环节流向各行业领域.模块提供商采购上游材料,自身负责设计销售,生产环节则外包给第三方加工厂商.
无线通信模块根据应用市场规模大小分为大颗粒市场和小颗粒市场.大颗粒市场的物联网模块量大、标准化程度高、竞争激烈,适合做大收入和树立品牌,研发人员相对较少,但市场开拓能力较强；小颗粒市场的物联网模块量小,化程度高,毛利率水平高,但对供应商研发投入的要求比较高.
对无线通信行业来说,上游芯片和下游应用不能各自独立,必须由产业链上下游厂商将芯片与其他元器件组装在一起,完成整机装配,才能实现通讯.同理,如果一台设备想给另一台设备“打电话”,直接给它一块元器件（例如给设备嵌入一块基带芯片）,它显然无能为力,必须通过模块厂商将基带芯片、射频、记忆芯片、电容、电阻等各种元器件集成在一起,组装成一台设备可以直接使用的“手机”,该设备便可以在插卡后直接用来“打电话”了.这是模块在物联网产业链上的第一重价值：硬件集成与软件设计,融合多种通信制式,满足不同应用场景下的环境要求,大大简化了应用厂商的工作.
物物互联的通信需求存在很大差异.譬如一只水表,通常只需传输极少量数据,且不需要高频率的传输通信；但如果是一辆汽车,它需要的传输数据量就大得多,且对数据的实时性有很高的要求；其他设备如工厂电机、街边路灯、家庭音箱……都有各自个性化的通信需求.这是模块在物联网产业链上的第二重价值：物联网模块本身,处于上游标准化芯片与下游分散垂直领域的中间环节,以满足不同客户、不同应用场景的个性化需求.
在物联网应用场景中,当前已经形成较大需求量的主要有智能表计、移动支付、智能车载、智能电网等,相关应用引领无线通信模块市场迅速增长.通常来说,2G模块主要应用于对数据需求量要求不高的场景,如早期的共享单车；3G模块主要应用于数据量要求较高的移动支付领域；4G模块主要运用于速率要求更高的车载领域和视频监控领域；未来5G模块将用于无人驾驭、远程医疗等领域；LPWAN( Low-Power Wide-Area Network,低功耗广域物联网)模块则在低功耗的抄表领域得到规模商用.
物联网的迅速发展及移动通信网络的逐步完善,让远距离通信成为重要技术领域.从手机、移动宽带延伸而来的M2M（Machine to Machine,机器对机器）模块迅速获得企业关注,并广泛应用到短距离通信（WiFi、蓝牙、ZigBee）难以覆盖的移动支付、电力、车载、安防监控等新兴领域.未来,随着应用场景复杂化,远距离通信模块与短距离通信有望不断融合,并催生新的整体解决方案.
无线通信模块向M2M领域外溢
广义而言,M2M可代表机器对机器(Machine toMachine)、人对机器(Man to Machine)、机器对人( Machine to Man)、移动网络对机器(Mobile toMachine)间的连接与通信,它涵盖了所有人、机器、系统间相互通信的技术手段.
M2M应用系统包括智能化机器、M2M硬件、通信网络、中间件,应用领域覆盖了家庭、工业、零售支付、物流运输、医疗等多个行业.由于成本原因,M2M通信目前以2G模块应用为主,未来会迅速向4G模块迁移,并加快向NB-IoT（Narrow Band Internet of Things,窄带物联网）方向升级.
4G技术在手机行业的渗透率已非常高,但在物联网行业应用仍处于起步阶段.爱立信公司统计数据显示：2013年,全球采用2G的M2M方案占比达64%,采用4G LTE的仅占5%.而随着技术升级和外延,4G LTE占比不断增长,2019年4G LTE M2M方案将成为市场主流.
以NB-IoT/eMTC为代表的LPWAN模块有望随着技术成熟、成本下降,逐步实现规模商用.GA与CAICT联合预测,中国是全球最大的M2M市场,其中蜂窝M2M连接数约为l亿个,到2020年这一数字有望增至3 5亿个；而LPWAN技术将额外提供7.3亿个连接,使总连接数超过10亿个.到2025年,预计全球280亿台互联设备中有50%将适用于LPWAN网络连接.
IDC预测,随着物联网下游应用全面爆发,到2020年,全球联网设备数有望达到百亿台级别,万物互联时代将正式到来.据GA预计,到2020年,全球蜂窝物联网连接数有望达10亿个级别,占到全球连接数的10%,复合增长率达到26%.中国的M2M连接数达到10亿个左右,占到全球的10%左右.在此形势下,未来通信模块技术将毫无疑问地向4G、5G制式转型.
产业格局：分化加剧强者恒强
目前,无线通信模块市场处于发展初期,品牌较多,市场集中度不高.长期来看,客户对品牌模块厂商的忠诚度会越来越高,推动产业集中度不断提升,最终只有第一集团的供应商能够存活,少数几家龙头企业盈利能力越来越强,形成“强者恒强,赢家通吃”格局.
综观无线通信模块市场：第一集团企业占据了全球约30%的市场份额.随着下游应用崛起及市场总规模扩大,一批专注于个别垂直应用领域的优质模块供应商开始出现,最终形成国际、国内第一梯队引领,国内第二梯队逐步壮大的竞争态势.
目前,产业界形成了国外厂商主导,国内厂商追赶的竞争态势.国外龙头主要有Sierra、TelIT、U-blox等,无论规模还是毛利率水平都远远领先于国内厂商.国内第一梯队公司则有芯讯通、展讯、移远通信、中兴物联、广和通、华为海思等等.
国内无线通信模块供应商更多专注于模块业务本身,先“求生存”,再“谋发展”.全球模块领导者Sierra、Telit致力于对模块业务发展方向进行探索,国内厂商具备生产制造成本优势,满足快速深度需求.针对标准产品,国内具有成熟代工体系,产能充足,具备明显成本优势,未来或将通过让渡方式抢夺跨国厂商的市场份额.
众所周知,2G、3G、4G蜂窝基带和芯片一度掌握在高通、英特尔等少数几家海外巨头手中,而在NB-IoT技术领域,华为海思等厂商已成为重要领导者,未来有望打破国外厂商在上游的垄断,带动国内产业链发展.据悉,国内三大运营商中已有近20个省级分公司启动了NB-IoT服务,2018年将投入数十亿元模块、终端补贴,助推终端降价和应用拓展.未来,国内无线通信模块产业有望在政策强力支持、市场大规模启动推动下加快发展.
无线通信模块价值高速增长
根据数据,2020年我国物联网产业规模计划达到1.5万亿元,而相关的芯片、模块、终端价值量占比将达30%,对应为4500亿元；其中通信芯片和模块估计贡献8%一10%,2020年空间预计约360亿元—450亿元.
根据不同网络类型,预测到2022年我国物联网连接数为：蜂窝物联网2 9亿部（占比6.6%）、LPWAN11.3亿部（占比25.2%）、局域物联网30.5亿部（占比68.1%）.模块平均市场价值量为：蜂窝物联网231 8亿元(占比49 8%)、LPWAN157.9亿元（占比36.2%）、局域WiFi物联网758亿元（占比16.3%）.综上,预计到2022年,我国无线模块市场空间合计465.5亿元,2017年一2022年的年均复合增长率( CAGR)达30%.
蜂窝模块
对相关连接数进行分析,可以发现“2G放缓、3G稳定、4G激增”趋势.从2015年开始,2G网络承担了大部分的M2M连接数,但在实际使用过程中出现了并发连接数受限、终端功耗过高等问题；NB-IoT网络在低功耗场景下对2G网络有明显替代优势,随着2018年三大基础运营商NB-IoT网络加快开通,预计从2019年开始2G网络连接数增长将逐步放缓.
中高速或者频繁交互的物联网场景下,4G连接数预计快速增长,特别是汽车和工业应用.另外,长期来看,2G退网将成为全球主流趋势,在更换成本较高的场景、新部署连接中,4G也会逐步替代2G模块.
基于此,预计到2022年,2G、3G、4G网络连接数分别为1.94亿部、050亿部、1.97亿部,在蜂窝物联网中的占比分别为44%、11.3%、44.7%,4G模块逐渐成为主流.综合测算：我国蜂窝模块市场空间将由2017年的69.5亿元增长至2022年的231 8亿元,年均复合增长率27.2%.
LPWAN模块
对相关连接数进行分析：LPWAN主要包括NB-IoT、eMTC、LoRa（Long Range,超长距低功耗数据传输）三种制式,我国低功耗物联网连接以NB-IoT为主,eMTC在语音场景有刚性需求,LoRa则作为两者的补充,有望在区域市场局部推广.
要求到2020年,国内LPWAN连接数达到6亿部.预测到2022年,NB-IoT、eMTC及其他LPWAN连接数达到11.3亿部.
eMTC模块由于基带复杂度提升,单价略高于同期的NB-IoT单模模块,从趋势而言两者逐渐接近.预测到2022年,LPWAN模块市场空间为157.9亿元.
WiFi局域模块
WiFi模块产业目前已进入成熟阶段,制造成本叠加合理毛利率决定了其销售单价,市场空间随着连接数增大而同比例提升.
综合测算：我国局域网模块市场空间将由2017年的42亿元增长至2022年的75 8亿元,年均复合增长率12.5%.低功耗、小型化、集成化成发展趋势
物联网新兴行业的不断涌现对通信模块提出了更多、更高的需求.
首先,产品功耗要求越来越低,如电动车充电桩会要求大无线加小无线的混合组网概念,并保证低功耗,以适应远距离无线充电要求.
其次,随着物联网产品形态不断增多,技术不断提高,模块将继续走低.
另外,物联网通信模块在未来卜2年中,会朝着更加集成化、小型化方向发展,越来越多的芯片、功能会集成进物联网模块中.
此外,物联网模块会朝多样化发展,以满足越来越多不同类型设备的功能需求.不久的将来,人们甚至会看到一些面向相对利基市场的物联网模块出现.
最后,无线通讯模块的另一发展趋势是智能化.如：车载娱乐产品应用均要求产品带智能操作系统；POS机要支持指纹、手写签字等多种支付方式,也需要智能操作系统.所以,目前越来越多的方案商开始直接采用手机、平板方案来设计产品,这对通信模块厂商提出了新的智能要求.
发展机遇与挑战
相比欧美成熟市场,国内无线通信模块市场还存在诸多问题,如性价比为王、核心标准缺失等.欧美有许多行业联盟、协会来主导行业标准,而我国行业协会尚无法形成行业主导,运营商也只能主导通信相关的行业标准,无法深入参与汽车、表机等行业标准.而已有行业标准的要求常常低于企业标准,这不利于无线通信模块行业健康发展.
当前,物联网模块面临的一大挑战在于体积.物联网通信模块实际上是通讯芯片在具体应用案例中的外置方案形式,从芯片外置方案角度出发,其体积应顺应设备小型化趋势.轻巧便携不仅对消费类穿戴式产品非常重要,在工业、农业嵌入式应用中也非常有必要性.因此,如何减小模块体积、使最终产品体积无限趋近于集成芯片,是当前模块厂商面临的重要课题.
如果说优化体积是补短板,那么加强功能则是放大优势.物联网芯片体积小、运行稳定但普遍功能单一,如通讯芯片、传感芯片就难以集成在一起.对模块企业而言,如何将不同功能的芯片集成在一起,并加入前端预处理能力,在整体控制系统中扮演更重要的角色,是未来一大考验.
此文点评:本文是一篇关于经典无线通信专业范文可作为无线通信和万物互联时代和模块方面的大学硕士与本科毕业论文无线通信论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献.
参考文献：
1、 专用无线通信系统异地容灾 摘要介绍轨道交通领域专用无线通信系统的异地容灾技术,描述异地容灾系统的总体技术方案,并在此基础上着重介绍异地容灾的冗余设计、单点故障的处理方法和系统倒切方法,主要包括中心控制器冗余、基站双归属、核心设.
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