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1、1市場研究報告環境物聯網：一種新型藍牙物聯網設備2目錄Tancred Taylor 高級分析師高級分析師Tancred Taylor是ABI Research使能平臺研究團隊的一員，主要從事資產追蹤和可見性方面的研究，包括對推動新興技術市場發展的設備、平臺、網絡和服務以及通過物聯網(IoT)追蹤實現的業務轉型進行數據、趨勢和預測分析。Tancred的研究范圍覆蓋從建筑、重型設備到供應鏈、包裝和包裹等多個行業。介紹.3 什么是環境物聯網?4 定義環境物聯網 4 我們為什么需要環境物聯網？5 環境物聯網的目標用例 6藍牙在環境物聯網中起到的作用.9 對開發商的好處 9 對藍牙生態系統的好處 10環

2、境物聯網的后續發展趨勢.12總結.143介紹在過去的二十年中，互聯設備技術取得了長足的發展。通信技術最先用于連接昂貴的網絡設備，后來逐漸普及到越來越簡單的設備，催生出機器對機器（Machine-to-machine，又稱M2M）通信、物聯網（The Internet of Things，又稱IoT）、傳感器網絡以及大規模物聯網等后續迭代技術。在物聯網的各個發展階段，設備復雜度的下降、外形尺寸的縮小以及低功耗無線電協議的出現都會帶來低成本、只需少量維護且專為實現特定功能而構建的設備。伴隨著設備朝著易部署、易維護、低成本的方向不斷發展，物聯網用例在不斷增多，互聯設備也變得日益普及。阻礙物聯網發展和

3、普及的最大障礙之一，是如何為這些簡易、小尺寸的設備供電?；ヂ撛O備通常以市電或電池作為主要能源，但這兩種能源都會給大規模物聯網落地帶來挑戰。這些挑戰主要涉及現場設備的自主性和維護，以及在形態和成本方面設備發展的局限性。環境物聯網（Ambient IoT）是物聯網設備發展的下一個階段。環境物聯網專指一類新的聯網設備，主要通過從任何可行的環境源中采集能量來供電。環境能源包括無線電波、光、運動和熱等。環境物聯網推動了創新外形設計和低維護/免維護設備的發展。在過去兩年中，環境物聯網正成為一個越來越熱門的話題。標準制定機構已開始探索如何以最佳的方式支持這種新型設備，并且積極推進圍繞這一領域的討論。但了解該

4、市場機遇的難點之一是缺乏對環境物聯網的標準定義，從而無法吸引整個生態系統中的企業參與進來。本研究報告為理解環境物聯網提供了指導，旨在助力物聯網生態系統戰略對標環境物聯網設備的開發。本報告還評估了藍牙技術，尤其是低功耗藍牙（Bluetooth LE）在環境物聯網用例中的作用。低功耗藍牙是一種低功耗協議，它已成為實現此類設備的核心。許多物聯網解決方案提供商在以環境能源采集設備為基礎構建應用時，都會選擇低功耗藍牙。本研究報告探討了如何進一步為想要把握環境物聯網機遇的物聯網生態系統提供長期支持。4什么是環境物聯網?定義環境物聯網環境物聯網（Ambient IoT）指主要使用從無線電波、光、運動、熱或任

5、何其他可用環境能源中采集環境能量，并以此為驅動的新型物聯網設備。環境物聯網是現有物聯網的延伸。環境物聯網設備具有許多與物聯網設備相同的功能，且對標類似的使用場景，但它需要額外的設計選擇以滿足解決方案的需求。由于此類設備能夠從環境中獲取能量，因此可以開發出成本更低、體積更小且無需維護的環境物聯網設備，提高物聯網在現有和待開發用例中的可擴展性。例如，原設備制造商（Original equipment manufacturers,又稱OEMs）可根據用例和使用場景，來選擇制造使用環境能源為自身供電的自給自足型設備，并由電池或電容器輔助；或者他們可以進一步制造出外形尺寸更加靈活、材料成本（Bill-o

6、f-materials，又稱BOM）更低的無電池設備。從環境能源中采集的能量只能產生極少量的電能，這就要求環境物聯網設備更簡易且能效更高。解決該問題的辦法之一是優化無線電協議以及增加嵌入式智能等功能，以減少設備喚醒和采集或傳輸數據的頻率。定義屬性從任何可用的環境能源中采集能量硬件演進應用實現新的設備特征功能拓撲結構缺點設備尺寸更小及外形更新免維護的現場使用壽命 更長（含無電池設備）降低硬件成本追蹤監測身份識別控制現有和新的物聯網用例。早期用例包括資產追蹤、商業建筑自動化、狀態監測、冷鏈監控和家居控制。環境物聯網概覽點對點Mesh網絡廣播設備功能性和可配置性較低需要環境能源，而且產生的 電能很少

7、圖1：環境物聯網的定義屬性、硬件演進和應用（資料來源：ABI Research）5這種新型物聯網設備蘊含著巨大的商機。目前，環境能量采集設備主要集中在短距離無線連接，尤其是藍牙技術。展望未來，各廠商都普遍希望了解并協助開發這種新型設備。監督蜂窩標準的第三代合作伙伴項目（3rd Generation Partnership Project，又稱3GPP）、負責Wi-Fi和網絡標準的電子電氣工程師協會（the Institute of Electrical and Electronics Engineers，縮寫為IEEE）以及負責藍牙技術標準的藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）正在與物聯

8、網開發商進行磋商，探索促進環境物聯網發展的方法。這一合作凸顯了跨行業支持與投入對于定義和支持環境物聯網的重要性。我們為什么需要環境物聯網？環境物聯網通過將物聯網朝傳統設備所無法實現的方向擴展，來滿足技術采用者的需求。環境物聯網促進物聯網發展的主要途徑包括：免維護設備：物聯網設備的現場維護既費時又費錢，而且會增加運行的復雜性，而物聯網本身的目的就是提高運行效率。環境物聯網設備可部署在自主化的環境中，而且無需持續供電或更換電池。低維護或免維護設備具有較長的使用壽命，這將有效改變投資回報率（Return-on-investment，又稱ROI）的計算方式。低復雜性和低成本：環境物聯網將繼續朝著低成本

9、和設備簡單化的趨勢發展。由于主要依靠環境能源，環境物聯網將鼓勵設計通信頻率較低、專為實現特定功能而設計的設備，使設備朝著與持續傳輸實時數據的高度可配置設備相反的方向演進?？沙掷m設備：物聯網可持續發展所面臨的一大挑戰是電池的更換和電池供電設備的丟棄。根據歐盟資助的項目EnABLES的預測，假設物聯網設備的電池壽命平均為兩年，那么預計到2025年，每天將有7800萬塊電池被丟棄。無論是無限期延長電池或電容器供電設備的壽命，還是使設備完全無需使用電池，廠商都能憑借從環境能源中采集能量這一特點創造出更加持久、可自我維持的環境物聯網設備。6環境物聯網目標用例環境物聯網用例可應用于任何現有或新興物聯網用例

10、以及其垂直市場。不過，預計最高頻應用環境物聯網的用例將具有以下特點：功能性低的用例：此類用例需要為實現特定功能而設計設備，而且設備的可配置性低。成本低的用例：可擴展性對于此類用例至關重要，而且使用傳統物聯網設備的成本過高。一些環境物聯網用例依賴一次性標簽，因此成本極低。完全自主化的用例：此類用例需要在整個設備生命周期內（無論是兩個月還是二十年）實現完全免維護的設備自主性。需要輔助設備支持的用例：雖然任何網絡拓撲結構都可以用于環境物聯網，但在實踐中，早期的環境物聯網應用需要網關、控制單元或智能手機等輔助設備來支持范圍有限的能量采集設備。能源環境可控的用例：此類用例位于環境能源可預測的地點，包括可

11、能會使用通電設備。雖然用例范圍非常廣，但ABI Research預計，近期的大部分用例將是覆蓋從生產點到銷售點及以更遠地點的供應鏈追蹤和監控。嚴格意義上，這些用例中有許多屬于供應鏈外的用例，但它們都與追蹤、監控和識別在供應鏈中移動直至銷售給終端用戶的產品和貨物有關。促進該領域增長的動力有：市場需要在供應鏈產品生命周期的不同階段實現產品和資產可見性 可以在該市場構建使不同利益相關方受益的各種不同用例 圍繞環境物聯網智能標簽的技術創新7庫存管理資產管理狀態監測追溯與認證客戶互動業務模式使能技術供應鏈自動化產品制造商零售商/銷售點終端消費者物流提供商供應鏈追蹤與監控用例利益相關方類型提供產品和資產可

12、見性的用例圖2：促進供應鏈追蹤與監控用例發展的動力（資料來源：ABI Research）隨著支撐環境物聯網設備的技術日趨成熟并且開始支持環境能量采集，貨物追蹤和監控以外的用例將成倍增加。用例將會覆蓋多個垂直市場。工業市場的潛在用例有基于傳感器的機器狀態、設備狀態、環境條件或電子標簽監測等；商業市場的用例有建筑自動化和控制、空氣質量監測以及零售市場的電子貨架標簽（Electronic Shelf Labels，縮寫為ESL）等；消費市場的用例有個人追蹤或各種家庭自動化系統等。正如這些用例所示，環境物聯網最初將通過一種新型設備為現有的物聯網應用提供服務。隨著市場的擴大，它將幫助創造全新的應用領域。

13、圖3顯示了環境物聯網目標市場的一些關鍵統計數據。8315億美金2023年智能家居硬件支出商業建筑101億美元2023年商業建筑在自動化硬件上的支出3,644,000家美國服務業企業1,787,000家美國零售和酒店業企業5.6萬億2023年生產的食品件數199億 2023年生產的藥品件數154億2023年流通中的單位載荷資產件數工業和能源8.18億2023年安裝的工業機器和電氣設備數287,500座美國制造設施供應鏈環境物聯網市場的關鍵統計數據消費品圖3：環境物聯網機遇和主要市場的統計數據（資料來源：ABI Research）解決方案提供商已經開發了應對多種用例的環境物聯網設備。易能森（EnO

14、cean）的智能開關是一種早期出現的用例，這種開關依靠動能向控制器單元發送信號。Kontakt.io和Paragon ID為實時定位系統（Real Time Location System，縮寫為RTLS）應用提供無電池標簽。Wiliot為應對各種用例而圍繞智能標簽的外形和成本進行創新。雖然最初針對的是供應鏈中的產品監控和庫存管理，但這些創新也可以擴展到諸多其他領域的應用。Everactive為旋轉設備和蒸汽疏水閥提供多個環境能源中采集能量的狀態監測解決方案。一些廠商還在規劃智能家居領域的用例，例如環境物聯網語音控制、遠程控制等。9藍牙在環境物聯網中起到的作用藍牙技術，尤其是低功耗藍牙在環境物

15、聯網的發展中扮演著核心角色。這是因為憑借技術功能組合，低功耗藍牙已經成為環境物聯網的首選技術；藍牙技術聯盟依靠其在整個生態系統中的地位，持續支持藍牙技術的發展，并且建立了低功耗物聯網解決方案的開發者基礎。對開發商的好處 領先的超低功耗技術：低功耗藍牙是當今功耗最低的物聯網協議之一。它通常是解決方案提供商基于環境能量采集技術構建用例時的首選技術，首批環境物聯網用例中有許多都依賴于低功耗藍牙技術。因此，低功耗藍牙憑借自身在低功耗技術領域的領先優勢，在支持新型環境物聯網設備方面起到了核心作用，這些設備都要依靠從環境能源中采集的微量能量驅動。低成本的集成電路（Integrated Circuit,縮寫

16、為IC）：藍牙芯片是無線市場商品化程度最高的無線電器件，開發商可以用它制造出低成本的設備。與許多其他無線協議不同，藍牙技術常被用于系統級芯片（System-on-Chip,縮寫為SoC）和系統級封裝（System-in-Package,縮寫為SiP）的開發，它可以實現高度集成化、低功耗和低成本的解決方案。相比其他連接技術，藍牙芯片的成本較低，因此藍牙技術在幫助解決方案提供商設計和構建環境物聯網設備方面發揮著至關重要的作用。支持靈活的拓撲結構：如圖1所示，低功耗藍牙可通過多種拓撲結構實現，包括點對點、mesh網絡和廣播等。另外，使用藍牙技術的用例可以是互聯網、網關乃至點對點用例。環境物聯網用例可

17、以根據目標用戶和部署解決方案的環境，通過多種方式實現。低功耗藍牙憑借其靈活的拓撲結構，使解決方案提供商能夠以任何最適合用例和環境的方式，在開發出環境物聯網解決方案方面發揮重要作用。圖4所示的是環境物聯網的各種實現架構。低功耗藍牙不僅可以用于所有網絡拓撲結構，還可以用于數據傳輸和能量采集。10環境物聯網的實現架構環境物聯網能量環境射頻激發器環境能量來源Mesh Network通電通電云數據拓撲結構輔助/支持節點2.4 GHz接入點用戶設備（User Equipment，縮寫為UE)回傳物聯網設備專用網關終端節點低功耗藍牙 非互聯網連接設備互聯網連接設備能量數據可從環境物聯網設備發送并在UE上使用

18、，無需發送到云端。環境物聯網節點環境物聯網節點圖4：環境物聯網實現架構（來源：ABI Research）對藍牙生態系統的好處除了技術上的優勢外，藍牙還是一項得到藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）支持的標準，并且擁有龐大的開發人員基礎。在該生態系統內進行開發的優勢包括：長期技術支持：環境物聯網設備需要長期的現場支持，但無需維護或更換設備。隨著2G和3G技術的日漸衰落，在選擇一種無需更換設備即可延長使用壽命的技術時，物聯網采用者變得越來越具有前瞻性。低功耗藍牙作為一種開放標準技術，使構建環境物聯網設備的開發商、采用環境物聯網用例和設備的客戶對于獲得長期支持更有信心。11 功能開發：環境物聯

19、網設備與現有物聯網設備具有許多相同的功能，例如傳感、定位、ID、控制等。低功耗藍牙已經擁有滿足其中幾項要求的功能，例如多種設備定位方法等。藍牙技術聯盟正在與整個藍牙價值鏈的利益相關方持續接觸，并以此為基礎進一步幫助開發可支持環境物聯網用例的功能，包括從藍牙無線電波中獲取能量、基于射頻（Radio Frequency,縮寫為 RF）的傳感、適用于不同ID應用的數據格式等。龐大的基礎設施基數：要想充分發揮自身的潛力，環境物聯網就必須能夠與多種類型的基礎設施和設備進行通信，例如專用或多用途接入點（Access Points,縮寫為AP）和網關、智能手機等用戶設備（User Equipment,縮寫為

20、UE）或其他類型的物聯網設備。藍牙技術已被多個行業廣泛接受并擁有龐大的藍牙設備基數，這些設備可以成為具備藍牙功能的基礎設施。該生態系統的優勢在于使工業、企業和消費市場能夠在盡量不增加基礎設施的情況下構建用例，降低了大規模環境物聯網的準入門檻，而這同時也是藍牙技術能夠在環境物聯網中發揮核心作用的重要原因?；ネㄐ院涂蓴U展性：無論是消費者還是企業，用戶都需要能夠輕松部署和維護環境物聯網設備?；ネㄐ员憩F為多種不同的形式，例如跨廠商的實現方式、需要多家環境物聯網設備供應商的實現方式、與不同UE或AP的互通性、可通過不同的UE或AP輕松配置等。憑借使用藍牙技術的龐大解決方案提供商生態系統以及藍牙在各個行業

21、的普及度，客戶可以根據自己的特殊需求選擇解決方案，而且不必糾結于設備能否協同工作。為支持環境物聯網的發展，藍牙技術聯盟積極促進環境物聯網設備的互通性，所采用的標準使解決方案廠商無需專注于專有解決方案，而且使采用者也無需依賴一家解決方案提供商。藍牙技術的功能和生態系統已十分完善。因此，解決方案提供商和采用者可以專注于創新，比如外形設計、數據管理和針對特定痛點的用例等，不需要從頭開始開發整個技術堆棧。通過進一步支持環境物聯網的發展，藍牙技術可將這些現有功能和生態系統優勢帶給新型物聯網設備，從而為解決方案提供商和技術采用者提供長期支持和保證可靠性。12環境物聯網行業的后續發展趨勢目前，環境物聯網仍處

22、于早期發展階段。標準制定組織正在研究如何支持并推動這一新型物聯網設備的發展，而解決方案提供商則在開發用于各種用途和市場的解決方案。雖然這意味著該領域的進步將主要由整個物聯網社區推動，但物聯網市場目前對環境物聯網的獨特功能和可能性還缺乏清晰的認識。因此，各方往往在不同的方向上發力。為了抓住環境物聯網的機遇，需要在以下幾個方面齊頭并進：向市場宣傳環境物聯網的機遇：目前，環境物聯網市場主要由少數幾家廠商主導。在基于環境能量采集技術開發解決方案的廠商中，只有少數廠商認為自己是環境物聯網領域的一員。這在很大程度上是因為缺乏明確的參數來劃分環境物聯網領域。當務之急是推動環境物聯網走出當前以屬性和術語討論為

23、主的階段，培育一個不僅積極參與，而且還充分認識到這一新型物聯網設備類別所帶來的巨大機遇的生態系統。能量采集標準：提供能量采集IC的企業越來越多，這一市場所獲得的投資也在增長，但要實現環境物聯網用例的規?；?，仍有許多工作要做。目前，許多使用環境能量采集技術的物聯網解決方案都是基于解決方案提供商的專有能量采集技術，而不是第三方的標準現成組件。原因之一是從環境能源中采集的能量較少，因此需要針對特定應用進行開發。但要使環境物聯網充分發揮潛力，還需要付出更大的努力使這些技術能夠為更多的廠商所用。除了更加成熟的能量采集技術外，低功耗無線IC也將通過幫助采集環境能源中的少量能量，滿足環境物聯網的需求。能量采

24、集廠商和IC設計人員將雙管齊下，共同促進環境物聯網用例的發展。13 簡化傳感器部署和管理：環境物聯網不僅需要技術設計方面的創新，還需要部署管理方面的創新?？紤]到安裝和配置，擴大物聯網的部署規?？赡軙致闊?。即便部署了大量設備，也會帶來一系列設備管理方面的挑戰。為了實現預期的大規模環境物聯網部署，就必須有合適的物理和云基礎設施，包括能夠在供應鏈或零售環境中自動貼上和激活智能標簽的物理貼標機、用于設備配置和取消配置的云基礎設施、數據管理等。評估對標準的需求：環境物聯網是由市場驅動的，可能在幾年內都不會出現標準。標準制定機構必須傾聽物聯網生態系統的聲音，了解需要標準化的方面，從而為環境物聯網生態系

25、統的發展提供最佳的支持?？筛鶕袌鲂枨?，采取多種形式的標準化，比如可以側重于對整個環境物聯網設備類別的支持，或者可以像藍牙技術聯盟的ESL標準一樣側重于環境物聯網的特定用例。在此前提下，可以把重點放在支持使用射頻信號的能量采集、用于實現互通性的數據格式、安全性、支持具有多種無線電傳輸要求的用例、特定頻段的無干擾可擴展性等方面上。14總結環境物聯網（Ambient IoT）指主要使用從無線電波、光能、動能、熱能或任何其他可用環境能源中采集的環境能量驅動的新型物聯網設備。本研究報告闡述了這一定義的來龍去脈，并說明了“環境物聯網”在擴展物聯網規模方面將會發揮的作用。環境物聯網設備的出現是物聯網設備發

26、展過程中的一次重大飛躍，它為物聯網生態系統開辟了一個光明的未來。廠商能夠依靠從環境能源中采集能量這一特點，開發出成本更低、外形更小且無需維護的環境物聯網設備，從而為各個行業的物聯網應用開辟新的可能性。環境物聯網的市場潛力巨大，早期應用主要集中在短距離無線連接，尤其是低功耗藍牙。低功耗藍牙將在環境物聯網的發展中起到核心作用。從技術角度看，它是一種支持多種網絡拓撲結構并且可用于大量低成本IC的領先超低功耗協議；而從生態系統的角度看，低功耗藍牙是一種開放標準技術，將獲得長期支持和功能發展。因此，該技術建立了一個龐大的開發者基礎和無處不在的專用或多用途基礎設施基礎，使更多解決方案可以使用該技術構建。展

27、望未來，環境物聯網仍處于早期階段。市場宣傳、能量采集技術的進步、低功耗IC的發展、未來的標準化以及方便現場傳感器部署和維護的方法都是促進其發展的關鍵因素。標準制定機構、行業領導者和解決方案提供商之間的合作凸顯了跨行業支持對環境物聯網發展的重要性。想要充分挖掘這類新型物聯網設備的潛力，制定明確的定義并促進各利益相關方之間的合作至關重要。環境物聯網滿足了市場對于免維護、低復雜性和易于部署的設備以及物聯網可持續發展的迫切需求。環境物聯網的用例十分豐富，而且預計會持續增加。雖然在一開始被重點應用于供應鏈追蹤和監控，但在產品和資產可見性需求的推動下，環境物聯網有望增強現有的應用并為全新的用例鋪平道路，重塑企業和消費者與環境的交互方式。15藍牙市場研究社區加入藍牙市場研究社區，提前獲得解析最新藍牙技術趨勢和預測的市場數據。您還將可以對所采集和共享的數據進行權衡，從而獲得對您和您的業務最有價值的研究。訂閱地址：藍牙文字商標和標志是Bluetooth SIG,Inc的注冊商標。Auracast文字商標和標志歸Bluetooth SIG,Inc所有。其他第三方品牌和名稱歸各自所有者所有。