一、物联网无线连接技术总体介绍
物联网泛指万物相连的网络，其基础是通过标准通讯协议使得各种物体可以互相通讯和连接，实现数据和控制命令的传输，并根据应用场景将数据传输到云端进行处理和控制。由于使用便利性和安装成本等原因，无线连接是物联网主要的实现方式。
针对不同场景的物联网连接需求，无线连接技术主要包括局域无线通信和广域无线通信两大类。局域无线通信技术主要包括WiFi、蓝牙、ZigBee等；广域无线通信技术主要分为工作于非授权频谱的LoRa、Sigfox等技术和工作于授权频谱下的NB-IoT等蜂窝通信技术。局域无线连接技术由于模块体积小、集成度高、能耗低等特点，更适合应用于智能家居、可穿戴设备、新零售、健康医疗等物联网智能产业应用场景。这些领域在近年来的蓬勃发展，推动了市场对IoT连接芯片的需求，尤其是对高集成度、多模、低功耗IoT连接芯片的需求。
各种物联网无线连接技术具体在标准属性、传输速度、覆盖范围等方面的对比情况如下表所示：
二、低功耗蓝牙无线连接芯片行业分析
①低功耗蓝牙无线连接芯片技术水平特点
蓝牙技术最早由爱立信公司在1995年正式提出，国际蓝牙技术联盟（SIG）随后于1998年设立，负责制定和维护蓝牙技术标准。蓝牙技术标准在24年间从1.0版本演变成为当前最新的5.3版本，前后共经历了12次升级，最大传输速度也由723.1Kbit/s增加至3Mbit/s，蓝牙技术呈现出快速升级迭代的趋势。
值得关注的是，2010年蓝牙4.0技术版本发布，首次引入低功耗标准，使得蓝牙功耗大幅减少，标志着蓝牙技术从经典蓝牙（BT）阶段进入低功耗蓝牙阶段。低功耗蓝牙技术凭借其多功能、低功耗、低成本的综合优势，逐步取代了传统的经典蓝牙技术，成为了数据传输、位置服务、设备网络等应用场景的主流解决方案。
2020年，国际蓝牙技术联盟（SIG）发布了蓝牙5.2版本核心技术规范，支持连接类同步传输信道和广播类同步传输信道，使得低功耗蓝牙技术也更适合传输音频等对时间敏感的数据。蓝牙技术联盟也预期低功耗蓝牙音频技术将逐步取代经典蓝牙技术成为音频传输的主要解决方案。2021年7月，国际蓝牙技术联盟（SIG）发布了蓝牙5.3版本核心技术规范，增加了包含对定期广播、加密密钥大小控制和频道分类在内多方面的增强功能，这些性能也进一步巩固了低功耗蓝牙在物联网领域的重要地位。1998年至2021年蓝牙技术标准的发展进程如下图所示：
资料来源：蓝牙技术公开数据整理
区别于经典蓝牙无线连接技术，除了在连接方式上具有差异外，低功耗蓝牙无线连接技术具有传输距离远、功耗低和延迟低等突出优势。具体来说，在连接方式上，经典蓝牙仅限于通过点对点的方式传输，而低功耗蓝牙设备能够通过点对点、广播、Mesh组网等方式与其他设备的互连；在传输距离方面，低功耗蓝牙引入了专有的长距离传输模式，可达到数百米甚至公里级别的传输距离；在功耗上，低功耗蓝牙的优势最为突出，其运行和待机功耗是经典蓝牙的几分之一。
随着低功耗蓝牙技术的快速发展，低功耗蓝牙组网（BluetoothLEMesh）技术应运而生，后者是前者实现“设备网络应用”的关键技术，在2017年由国际蓝牙技术联盟正式发布。
在低功耗蓝牙组网技术诞生前，大多数的蓝牙终端通过“点对点”的连接方式与其他装置进行一对一通讯，例如一支蓝牙遥控器可以控制一盏智能照明灯泡，但无法同时控制一组或者大量的智能灯泡。蓝牙组网技术诞生后，处在Mesh网络中的每个装置都能与其他任一装置连接，因此网络中任一节点的信息可通过借助其它节点作为传输信息的中转桥梁，实现网状网络内“多对多”的通讯，大幅超越单个节点无线射频功率所能达到的范围，延长了信息无线传输的距离，使蓝牙设备的信息采集和传输能力得到进一步提高。
低功耗蓝牙组网技术在很大程度上迎合了物联网的连接需求，尤其在控制系统、监控系统、自动化系统等领域具有应用优势，因此成为目前最被看好的物联网连接技术之一。其常见应用场景和架构示意图如下图所示：
②低功耗蓝牙无线连接芯片行业发展概况
国际蓝牙技术联盟《2022年蓝牙市场最新资讯》显示，全球蓝牙设备年度总出货量已从2017年的36亿颗平稳增长至2021年的47亿颗，年均复合增长率为9%。国际蓝牙技术联盟认为未来五年市场对互联和定位解决方案的强劲需求将加速全球蓝牙设备出货量的上升，预计2026年会达到70亿颗。此外，基于外围设备（耳机、智能穿戴、物联网设备）和平台设备（手机、电脑、电视等主设备）的区分，外围设备在蓝牙设备总出货量中的占比将在2026年达到72%。蓝牙设备年度总出货量数据如下图所示：
资料来源：《2022年蓝牙市场最新资讯》
经典蓝牙、低功耗蓝牙及两者相结合的双模蓝牙无线连接技术目前可以满足广泛的连接需求，国际蓝牙技术联盟预计上述三种模式的出货量总金额在未来五年将大幅上涨。其中，低功耗蓝牙单模设备的增长尤其迅速，其出货量将在上述期间内增长三倍以上，预计到2026年低功耗蓝牙单模设备年出货量将与双模蓝牙设备年出货量持平。物联网设备数量的迅猛增长，持续驱动根植于物联网应用的低功耗蓝牙技术不断演进发展，不断提升市场规模和占比。各模式技术下的蓝牙设备出货量如下图所示：
资料来源：《2022年蓝牙市场最新资讯》
随着互联网文娱产业的快速发展，智能电视、流媒体、智能机顶盒等硬件已成为家庭娱乐场景中的重要组成部分，同时也带动了智能遥控的应用，低功耗蓝牙无线连接芯片凭借其安全、稳定的特征在智能遥控领域获得了广泛应用。
根据Omdia和Kagan机构的统计，2021年全球智能电视出货量约为1.70亿台，预计2025年出货量将增长至1.99亿台；2021年流媒体播放器出货量约为0.34亿台，预计2025年出货量将增长至0.46亿台。智能遥控器作为此类硬件的重要配套设备，市场需求将同步增强。在“万物互联”趋势下，不仅限于智能电视、流媒体等大型家庭硬件，越来越多的硬件例如智能恒温、智能照明等应用将纳入家庭物联网生态中，应用场景将延伸到家庭的更多角落。
三、2.4GHz私有协议无线连接芯片行业分析
①2.4GHz私有协议无线连接芯片技术水平特点
2.4GHz泛指频段处于2.405-2.485GHz的无线通信技术，此频段为国际通用的免费频段，蓝牙、ZigBee、Thread等协议都是基于此频段进行传输，由于这些协议均由标准组织制定，为了便于区分而将其与2.4GHz频段私有协议进一步细分。芯片设计企业可根据用户特定需求开发设计工作在2.4GHz频段的私有协议芯片。此类芯片不需要满足通用标准协议的互联互通性，主要用于单品控制要求高、对性能有特殊优化、对成本较敏感的领域，例如无线鼠标、智能遥控器、遥控玩具、智能照明等领域。
2.4GHz私有协议与其他短距离无线通信协议参数对比如下：
2.4GHz私有协议SoC芯片凭借其可高度定制化的特点，在某些特定领域具有不可替代的优势：例如在高性能无线鼠标，遥控玩具等应用，2.4GHz私有协议相较于标准协议能够提供更灵活的传输速率、更低的延时，以及更精简的系统成本，从而带来更好的用户体验。随着用户对终端设备性能提出越来越严苛的要求，2.4GHz私有协议类SoC芯片将持续发挥其独特优势。
②2.4GHz私有协议无线连接芯片行业发展概况
2.4GHz私有协议无线连接芯片在电子货架标签、智能遥控、无线鼠标和键盘、遥控玩具、智能照明等领域广泛应用。以电子货架标签为例，电子货架标签（ElectronicShelfLabel）是2.4GHz私有无线连接芯片应用最典型的领域之一，又被称为电子价签，是一种带有信息收发功能的电子显示装置，可以显示文本、数字、图片及条形码等，主要应用于超市、便利店和药房等场景。
被放置在货架上的电子货架标签通过网络与应用企业的商品信息数据库相连，形成完整的电子价签系统。电子价签能够实时响应管理后台发出的变价需求，可以快速、统一进行价格调整，使线上线下信息保持同步更新，克服了传统纸质标签的硬性缺点。基于上述运行模式，电子价签通常对传输技术有数据安全性高、功耗低、通讯模块成本低及传输距离稳定等方面的要求，而2.4GHz私有无线连接技术能够满足上述要求，因此成为电子价签的重要技术载体。
《2020年中国新零售市场电子价签产业研究报告》数据显示，电子价签在零售领域的应用比例高达85%，占据了绝对领先地位，预计在2022年将达到百亿级别的市场容量；其次，智能办公的应用比例为5%；智慧仓储、智能制造和智慧医疗的应用比例均为3%。电子货架标签的具体应用领域及其占比如下图所示：
此外，2.4GHz私有协议无线连接技术凭借其频宽和续航能力的优势在无线鼠标和键盘领域得到了相当广泛的应用，根据全球市场调研机构VantageMarketResearch（VMR）统计，得益于无线连接技术、电池技术的进步及个人购买力的提高，2020年全球无线鼠标和键盘的市场价值为51.42亿美元，预计到2028年将增长到87.70亿美元，年复合增长率达将近7%。具体地，VMR对2016年至2028年无线键鼠市场价值的统计及预测情况如下所示：
资料来源：VantageMarketResearch
四、多模无线连接芯片行业分析
①多模无线连接芯片技术特点
随着物联网技术的不断成熟与发展，物联网设备终端的数量也在与日俱增，大量的物联网设备和系统已经逐步渗透至我们的家庭、办公室、工厂、城市基础设施（例如无线安全通行、道路实时监控、通行卡、车位占用传感器、远程温度传感器等联网设备）中，越来越多的消费电子、工业电子等设备将短距离无线传输技术作为一项标准配置。但由于市场已存在多种无线传输协议（例如蓝牙、ZigBee、HomeKit、Thread和2.4GHz私有化协议等），且各协议在技术标准、技术规格上存在不同程度的差异，导致大量不同协议的设备无法实现互联互通，无形中增加了软硬件成本，降低了物联网的传输效率。
多模SoC芯片的设计逻辑是让一枚芯片同时支持多种连接方式和标准，其优势是能够精简硬件结构设计，避免了不同标准芯片同时植入一个设备的必要性，节省了空间与成本。例如智能家居领域，低功耗蓝牙兼容手机设备，ZigBee在某些应用组网方面更加成熟，设备开发人员和制造商为了充分结合两者优势倾向于寻求一款同时支持上述两种无线连接模式的最佳解决方案：即ZigBee/低功耗蓝牙多模无线连接芯片。
以智能门锁为例，若采用同时支持ZigBee和低功耗蓝牙的多模无线连接芯片方案，当用户到家时可通过手机蓝牙功能发送指令到智能门锁开门，智能门锁随即会单独发送一条ZigBee指令到整个智能家居系统来开灯，并可根据用户偏好开启智能暖通空调系统，设置智能恒温器的温度等，确保设备无缝地操作运行。
在多模芯片出现之前，智能家居生态系统中只能采用单一连接方式，无法实现这种多模同时连接的灵活性。如果采用多芯片解决方案，不仅大大增加了设备成本，还迫使开发人员需要考虑两个不同无线协议之间的通信问题以及干扰问题，从而加大了系统设计难度。而多模连接芯片简化了设计流程，降低了总体开发成本，为开发高性能、低成本的智能家居设备奠定了基础。
与此类似，低功耗蓝牙与Thread技术的组合，低功耗蓝牙与2.4GHz私有协议的组合也在各种应用场景中越来越多得到应用。
②多模无线连接芯片行业发展概况
鉴于自身技术特点，多模无线连接芯片在智能家居领域中的应用较为广泛。随着用户对家居设备智能化的需求不断提高，各厂商逐步开始在产品中嵌入支持多协议的物联网芯片，从智能照明、音箱到智能家电，越来越多的家居设备具备了远程操控、语音识别等功能。目前智能家居从最初的单品智能开始转向全场景智能，多模物联网芯片市场会迎来新一轮增长。根据Statista的统计，2020年全球智能家居产品及服务支出为860亿美元，同比下降9.47%，随着全球疫情得到控制，2021年预计将大幅增长至1,230亿美元，同比增长43.02%，到2025年全球智能家居产品市场及服务支出规模将达到1,730亿美元。
智能照明领域也是多模无线连接芯片的一个增长前景最为广阔的细分市场。在照明领域，智能照明拥有提升能源效率、降低维护成本和满足定制化需求等众多优势，因此已成为下游消费群体照明采购的新趋势。
根据IDC中国发布的全球智能家居设备市场追踪数据显示，2021年全球智能家居设备出货量超过8.95亿台，其中照明设备出货量约为8,900万台，占比约为10%。IDC中国预计2026年照明设备出货量占比将跃升至17%，出货量将达到2.4亿台。因此，作为下游主要应用领域之一的智能照明行业的发展与多模无线连接芯片行业的发展紧密相关。
五、ZigBee无线连接芯片行业分析
①ZigBee无线连接芯片技术水平特点
ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准，在以2.4GHz为主要频段进行传输的无线通信技术。1998年英特尔和IBM等公司率先发起了“HomeRFLite”技术，该技术在后来的信息发展中逐步演变成ZigBee技术。随即ZigBee联盟于2001年成立，次年全球多个通信巨头一同宣布加入ZigBee联盟，成为ZigBee技术发展历史上的里程碑。ZigBee技术是物联网无线连接技术的典型代表，凭借超低功耗、安全性较高的独特优势，广泛应用于家庭自动化、无线传感器网络、工业控制系统、环境监控、医疗数据收集、楼宇自动化等特定领域的场景应用。ZigBee无线连接技术具有下列技术特点：
A．功耗较低
工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。
B．数据传输较为可靠
ZigBee技术采用数据接收应答机制进行数据传输，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。
C．安全性较好
ZigBee提供了数据完整性检查和身份验证功能，在数据传输中提供了三级安全性，保护数据安全性、防止攻击者冒充合法器件，各个应用可以灵活确定安全属性。
此外，ZigBee联盟也在稳步推进新型ZigBee标准协议，如2016年ZigBee联盟推出了ZigBee3.0标准，使得ZigBee设备的组网更加便捷统一。蓝牙和WiFi等无线通信技术在特定领域暂时难以完全替代ZigBee技术。
②ZigBee无线连接芯片行业发展概况
根据Omdia出具的研究报告显示，照明应用领域将会在很大程度上助力ZigBee芯片出货量的持续增长。同时，该研究机构预计ZigBee芯片出货量将于2025年会突破8亿颗，具体如下图所示：
资料来源：Omdia
连接标准联盟（ConnectivityStandardsAlliance，CSA）对于Zigbee无线连接芯片的市场增长前景预测则更为乐观，根据其发布的资料显示，ZigBee无线连接芯片在2020年迎来了迅猛发展，推出了560多款经过认证的设备，ZigBee占到智能家居物联网传感器网络芯片市场的三分之一以上，市场前景广阔。