研报:简析全球物联网挖矿项目Helium

Helium

Helium旨在通过相应激励措施,促使矿工部署热点,提供无线网络覆盖,为物联网设备提供低功耗、广覆盖的无线网络接入,同时通过独创的覆盖证明机制奖励矿工。当前在圈内没有直接的竞争对手,并且近期业务增长速度十分迅速,处于持续的上升通道。因此,值得关注。

投资概要

随着物联网行业的发展,当前传感器等物联网设备安装量呈指数级上升。由于传统基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势,催生了对于低功耗、广覆盖无线网络的需求。

Helium目前采用的是主流的LoRaWAN长距离无线技术,兼容的设备较多,受众面广。作为目前区块链生态中唯一一个提供低功耗、广覆盖无线网络接入的产品,Helium在该赛道内的竞争优势显著。并且结合区块链的激励机制,在项目早期的设备搭建成本以及推广速度方面,天然优于传统的物联网运营商。

Helium团队配置较为合理,项目总计募资约1.648亿美元,并获多家行业内顶尖的投资机构青睐,财库充足。

技术方面,Helium生态涉及了很长的技术链条,先是自主构建和分发了LoRaWAN远程无线路由器,以实现低功耗、广覆盖的无线网络。而后主要通过构建Helium公链,结合覆盖证明(Proof of Coverage,PoC)等技术来实现去中心化无线网络的搭建和有效覆盖。整体技术逻辑较为清晰。

生态方面,从2021年6月开始,Helium每个月以超过3万个热点的速度增长,平均每日增加1,000个热点,网络规模在近几个月增长十分迅速。业务方面,Helium也在积极与各种物联网应用相集成,不断拓展项目的使用量,目前在美国已有数十家企业与Helium达成合作伙伴关系,并且有实际结合的应用场景和落地需求。但项目实际的盈利情况,团队暂未披露。

经济模型设计较为合理,HNT代币在整个生态中属于必需品,代币作用显著。

在未来,Helium下一阶段最重要的事项就是部署5G无线网络,如能成功推出并被采用,那么对于整个项目来说无疑是重大的利好。但我们也要考虑到,对于5G的基站建设,从投入到商用,这期间的成本无疑是一个非常庞大的数字。而且部署5G网络,会涉及到5G运营商、不同国家地区政策因素、运营成本、终端生态等多方面的问题。

1.基本概况

1.1项目简介

Helium旨在为物联网设备提供低功耗广覆盖的无线网络接入。通过代币激励促使热点矿工购买Hotspot设备(Helium网络中的热点矿机),从而转移了项目启动阶段的建设成本。为Hotspot热点有效覆盖范围内的物联网设备提供无线网络接入。

目前团队正在计划推出去中心化5G网络,并支持移动网络运营商使用Helium 5G扩大其信号覆盖范围。

1.2基本信息

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2.项目详解

2.1团队

根据领英显示,Helium团队共78人,总部位于美国旧金山。核心团队成员详情如下:

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整体来看,Helium团队配置较为合理,并且从2013年就开始进行Helium的产品设计,与当前项目的契合度较高。

2.2资金

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从上表2-2可以计算出,Helium总计获得约1.648亿美元融资额,其中不乏业内顶级的投资机构Multicoin Capital、a16z等以及GV(前谷歌风投)的投资。团队目前的资金充足,后续有可持续的财政储备金以供项目未来使用。

2.3代码

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如上图 2-1 所示,Helium从上线至今,项目代码提交量频繁,开发稳定。团队开发者从2020年1月开始,人员逐渐增多,目前项目开发人员长期稳定在30人以上。

2.4产品

2.4.1概述

Helium是一种点对点无线网络,旨在为低功耗的物联网设备提供一种安全且经济高效的方式与互联网交互。消费者可以通过购买Hotspot(即 Helium 网络中的硬件热点),为附近的物联网设备提供信号覆盖,从而参与到网络建设中并赚取代币。

Helium代表了一种部署和管理无线网络的全新商业模式。传统上,像AT&T、Verizon、T-Mobile、中国移动、中国联通和软银 (Softbank) 这样的电信公司会集中规划、管理和部署无线网络。他们搭建基站,付人工费,运货,在产生任何收入之前已经购买了所有的设备。建设无线网络需要大量的资金,而且速度很慢。而Helium网络不像传统企业那样追求3G/4G/5G。相反,Helium网络提供的是低功耗物联网设备,并且通过代币激励的方式,吸引参与者主动购买 Hotspots(热点设备),从而转移了项目启动阶段的建设成本。

2.4.2产品介绍

目前Helium主要有4款产品,详情如下:

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Helium Hotspot是一款LoRaWAN远程无线路由器,可以把它想象成一个Wi-Fi路由器。

2.4.2.1Hotspot

用户只需要将Hotspot接入电源并且与Wi-Fi连接,或者接入以太网端口,并且通过Helium钱包部署并完成同步后,即可提供无线网络覆盖并获得相应的HNT代币。Hotspot是一个低功耗并且支持远距离数据传输的热点装置,耗费的电能很少,在峰值约耗5瓦电,运行成本低。基于这种低功耗和远距离传输的特性,矿工通过简单的设置即可加入到网络提供无线网络覆盖并且获取相应代币,为物联网设备提供低成本、低功耗的网络接入方式。

Helium Hotspot早先由Helium自主构建和分发,在HIP-19提案获得批准后,Helium支持第三方的热点(Hotspot)生产商和供应商提交社区申请,以获批制造。目前Helium支持的LoRaWAN热点矿机有8种,分别是:Bobcat、Cal-Chip、Kerlink、LongAP、Nebra、RAK Wireless、Sensecap和Syncrobit。每种矿机的详情可以点击该链接查阅。

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图2-2 Helium矿机部分展示

2.4.2.2 Console 2.0

HeliumConsole2.0是一个基于Web的设备管理工具,通过一个可视化的视图,方便开发人员、用户在Helium网络上注册、验证和管理自己的设备。除了设备管理之外,Console还提供称为集成的预建连接,集成使设备能够连接到预先配置的、基于云服务的应用程序或直接通过 HTTP 或 MQTT 发送数据。

Helium控制台的设备管理功能包括:

1)带有标签和用户级权限的组织结构。

2)设备 ID 注册、安全登录和身份验证。

3)在 Helium 网络中使用数据积分(Data Credits)。

2.4.2.3LongFi

LongFi将LoRaWAN无线协议与Helium区块链相结合,因此任何LoRaWAN设备都可以在Helium网络中传输数据,这些设备通常是GPS 跟踪器、环境传感器、气象计等。

LongFi具有以下特点:

1)部署简单:LongFi允许企业用户根据需要启动任意数量的设备,而无需额外配置或第三方帮助。

2)设备漫游:接入的设备与存储在区块链上的ID进行映射,并且设备可以通过每个热点进行中继,在网络中发送数据。

3)HNT代币激励:LongFi允许设备所有者帮助网络传输数据时,赚取相应的HNT代币。

4)LoRaWAN支持:任何LoRaWAN设备或传感器都可以与Helium网络集成,传输数据。

2.4.2.4Helium Tabs

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图2-3 HeliumTabs跟踪设备

Helium Tabs是首款运行在Helium网络上的终端定位设备,用户可以使用移动设备端应用程序来跟踪标签追踪器,可以查看之前去过的位置以及当前位置(仅支持欧盟、美国频率)。目前基本已售罄,共享单车公司Lime已经使用Helium追踪它们的自行车。

2.5技术

2.5.1概要

Helium搭建一个去中心的无线网络,在技术上从硬件的终端到服务器网关,再到后端服务器的一整套的设置,最后再到应用端,如何为用户提供一个方便接入的方式,中间涉及了很长的技术链条在里面。

Helium先是自主构建和分发了LoRaWAN远程无线路由器,以实现低功耗、广覆盖的无线网络。并且开发了一条专门的公链,利用其经济模型有效激励了其无线网络的扩展和维护。为了保障网络中热点的有效覆盖,通过覆盖证明(Proof of Coverage,PoC)机制,提供无线网络覆盖的热点(Hotspot),将在经过加密验证的物理位置和时间内向Helium网络提交证明,并创建与WHIP兼容的无线网络覆盖。提交证明的矿工将在一个固定的时期被选到共识小组,随后共识小组的成员接收其他矿工提交的交易,将其打包成块。

在支付端,通过“双代币”的模式,并且结合OUI(组织唯一标识符)和状态通道,实现数据便捷的交易。应用端方面从Console到Console2.0的迭代,也在不断优化的接入门槛。

Helium在实现上涉及了传统物联网和区块链方面多种技术,本章节主要就Helium网络中几个重要的技术展开分析。

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图2-4 Helium系统整体流程

Helium网络的数据传输流程大致如上图2-4所示:

1)用户/矿工通过Hotspots热点矿机,连接到Helium网络。

2)Helium上的物联网设备(用户端)将使用WHIP协议安全地连接到传输范围内的多个本地网关(Gateway)。

3)设备加入网络后,Hotspots会将加密数据发送到所有网关,每个网关再将数据添加到Helium区块中。

4)网关将指定数据发送到指定路由(Router)。路由获得数据传输服务后,会向网关支付费用。

5)路由解密数据,流程结束。

2.5.2Helium共识协议

Helium区块链是一条原创的开源公链,为去中心化的物理无线网络的扩展和维护提供了激励。

Helium共识协议借鉴了HoneyBadgerBFT(HBBFT)共识系统,不仅可以抵御女巫攻击,而且还可以高速确认交易,具有异步性和抗审查的特点。

原先为了保障链上传输数据的有效性以及真实性,Helium从所有热点中随机选取共识节点,组成共识小组来验证每个区块。但随着网络上热点数量与区块数量的飞速增长,原有的模式对区块链的出块速度与运行效率产生影响,同时给网络中的硬件带来的极大压力。因此,Helium重新设计了共识小组的生成机制,引入“验证节点”角色。这意味着,Helium区块链的共识组将从验证节点中随机选出,承担链上交易验证、出块等共识工作,并获得共识奖励。热点无需再进行全节点同步,从而达到提升Helium网络中的用户体验与资源利用效率的目的。

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图2-5 验证节点运行流程

如上图2-5所示,Helium网络中验证节点的运行流程大体可以分为3个步骤:1)终端设备使用Helium网络并将数据传输至热点;2)覆盖证明(Proof of Coverage,PoC)与设备相关信息被转发至共识组;3)共识组在验证交易、达成共识后进行出块。

共识小组的构成:

1)符合技术要求的用户可以通过质押10,000枚HNT申请成为验证节点(超过1万枚HNT的质押数量并不会增加收益),没有验证者上限。当验证者取消质押时需要大约5个月(250,000个区块)的解锁期,在此期间验证者不会获得奖励,并且无法转移或提取质押金额;

2)每个Epoch周期(30个区块,约30min),网络将从所有验证节点中随机选出40个验证节点被选举进入共识小组,负责履行验证交易、出块等共识职责,并在该Epoch结束时,获得相应的共识奖励(共识奖励占HNT释放总量的6%,即15万枚HNT/月)。

因此可以大致计算出每个Epoch周期成功被选举进入共识小组的节点平均可以多获得2.6HNT代币奖励。目前Helium链上节点数量达到2,252个,并且还在不断增加。因此绝大多数节点被选入共识小组的概率越来越小。

3)每个Epoch结束时,将从现有共识小组移出25%的验证节点,并从未进入共识小组的验证节点中选出等量节点替代。

为了保证验证节点可以更好地为网络提供服务,团队设立了“惩罚分数机制”,其中连任共识小组、多数共识节点反对、验证节点无法按规定履行共识职责,都会增加节点的惩罚分数。惩罚分数不会对质押的HNT本金带来影响。验证节点随机选入共识小组时,惩罚分数越高的节点被选入新一轮共识小组的概率越低,相反惩罚分数越低,被选入共识小组的概率越高。每个节点的惩罚分数会随时间衰减。

此外,普通用户也可以选择通过选择第三方节点质押服务,质押自己手上的HNT,并获得部分共识奖励(目前年化收益率低于5%)。

2.5.3覆盖证明(Proof of Coverage,PoC)

Helium网络目前支持LoRaWAN标准的物联网设备,旨在提供开放、大范围的全球无线网络覆盖。

为保障全球化的去中心无线网络的搭建,其中一个关键点就是如何实时验证热点是否通过真实定位提供无线网络覆盖,以确保网络的有效拓展。基于此,Helium建立了覆盖证明(Proof of Coverage,PoC)机制。

PoC机制利用射频(Radio Frequency,RF)的特性,对Helium网络及其参与者提供了有意义的相关证明。具体来说,PoC机制依赖于以下RF特性:

1)RF的物理传播有距离限制;

2)RF信号的强度与传输距离的平方成反比;

3)射频以光速传播,因此网络传输没有延时。

利用这些特性,Helium区块链使用一种被称为“PoC挑战”的机制持续对热点(Hotspot)发出问询,这些无线覆盖的证明会持续生成并被永久存储于链上。每次“挑战”代表着一次独立的 PoC验证。迄今为止,Helium区块链已经发布和处理了数千万个挑战。每一次新的挑战,区块链都会记录更多关于网络覆盖质量的数据。

PoC挑战中涉及三个不同的角色:

1)挑战者(Challenger):Helium网络中的热点大约每300个区块(约5小时)可以发起一次对网络中随机热点的挑战,挑战者可以获得相应的HNT奖励。对于挑战人来说,只要发起挑战就会获得对应的奖励,收益比较稳定。

2)被挑战者(Transmitter,有时也被成为Challengee):被挑战的热点(即PoC问询的热点)接受到挑战信息后,会基于挑战的信息,发起一次无差别的无线电信标(RF Beacon),周围接收到信标的热点作为见证人,可以将信息回传至Helium网络以进行验证。每次挑战都需要具备有效见证,被挑战者才能获得对应的奖励。

对于被挑战者来说,一次挑战的有效见证越多,收获的奖励越多。当有效见证超过4个的时候,奖励的增量会递减。

3)见证人 (Witness):接收到Beacon的热点即成为见证人,会将挑战的信息回传至Helium网络。每个Epoch的共识组会根据见证人和被挑战者的位置、密码学证据及信号强度和衰减的合理性等一系列符合逻辑来判定这次见证是否有效。在进行有效见证后,见证人会获得相应的奖励。

对于见证人来说,当一次挑战的有效见证小于等于4个时,每个见证人收获的单位奖励不变,当超过4个时,每个见证人收获的单位奖励递减。具体数据可以参考下图2-6:

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图2-6 见证人收益变化曲线

社区会不断通过新的 HIP提案对PoC 奖励的分配进行调整,以鼓励各热点进行部署策略优化,从而促进整个网络基础设施的健康部署和发展。

简单的理解就是,POC机制通过让被挑战的热点发送一个标志固定位置装置的信标,周围接收到信标的热点(见证人)在基于被挑战者发送的连续脉冲电路等一系列逻辑,来确定其物理位置,以此防范不诚实的热点虚假定位。

2.5.4数据交易(Packet Purchasing

如何实现无线数据提供商和用户之间的价值交换是Helium网络的核心,数据交易在Helium区块链上通过两个特定基元实现的:

1)组织唯一标识符(Organizationally Unique Identifiers,OUI

组织唯一标识符(OUI)是Helium区块链上的注册身份。为了向终端设备发送和接收数据包,需要为网络用户提供OUI。这可以是他们自己的OUI或由第三方运营的OUI,例如Helium官方运营的Console。

OUI有一些与LoRaWAN和数据包路由相关的特性(详情可查阅此处),但对于区块链,重要的是只有注册为OUI端点的libp2p地址才能代表OUI打开和关闭状态通道。

2)状态通道(State Channels

状态通道是由OUI操作员(注册到OUI的任何libp2p地址)打开的侧链。通过state_channel_open交易,运营商需要质押两倍于可在状态通道中使用的数据积分(Data Credits,详见经济模型)。此外,还配置了通道到期之前的区块数量。

一旦状态通道打开,热点和OUI操作员就能够在状态通道内进行交易。一般来说,大体流程如下:

1)热点(Hotspot)将采集到的数据包提供给OUI运营商;

2)OUI运营商决定是否购买数据包,如果决定购买,则签署交易;

3)签署交易后,数据包由热点传递给OUI运营商;运营商支付给热点相应的数据积分(Data Credits)。

2.5.5WHIP无线协议

为了确保设备、路由器和网关之间的通信,目前有几种低功率广域网(LPWAN)技术可用。这些无线技术专注于为传感器和其他智能设备创建远程、低功耗的互联网通信。但是这些技术以吞吐量换取距离,数据传输速率低至每秒18位(bps)。

WHIP是一种远程低功率、支持双向通信的窄带无线网络协议。其支持sub-GHz(即频率为1GHz以下,27MHz~960MHz,应用涵盖消费电子、汽车、工业和医疗等,在低功耗、长距离通信或穿墙能力上,其更具优势)的非授权频段,且通信间的身份验证使用

NIST P-256 ECC密钥对,以及存储在区块链中的所有参与者的公钥,保障通信安全。

同时WHIP协议将在未授权频段内创建多个频道,并使用跳频在频道之间切换。典型的跳频需要一个复杂的时间同步系统,并且容量有限。但是由于热点(Hotspots)能够在任何时候听到可用频谱内的所有频道,设备使用WHIP协议不需要与热点协调频道选择,因此可以提高数据传输速率,并且在有噪声的射频环境中工作而不受干扰。

总结:Helium团队配置较为合理,资金方面总计获得约1.648亿美元融资额,后续有可持续的财政储备金以供项目未来使用。技术方面,Helium生态涉及了很长的技术链条,整体技术逻辑较为清晰,主要通过构建Helium公链,结合覆盖证明(PoC)等技术来实现去中心化无线网络的搭建和有效覆盖。

此外,项目的开发进度活跃,而且已有相应的产品落地和实际的应用场景。

3.发展

3.1历史

表3-1Helium历史大事件

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3.2现状

3.2.1Helium生态数据

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图3-1Helium网络热点覆盖状况

如上图3-1所示,目前Helium网络的热点数量达到了130,897,主要集中在美国、欧洲和中国地区。从2021年6月开始,每个月以超过3万个热点的速度增长,平均每日增加1,000热点,网络规模在近几个月增长十分迅速。

截止2021年8月18日,Helium热点以覆盖了12,773个城市,116个国家,热点拥有者达到41,570,热点在线率达到82.90%。

可以看出,目前HeliumHotspot热点在全球范围内已形成一定的规模。但是Hotspots 数量激增并不能说明 Helium 项目已经取得成功,还需要综合考量生态中的使用情况、实际参与者和真实业务量等因素。为了让大家更好的理解Helium目前的生态情况,头等仓结合了目前团队披露的资料,整理了一份Helium生态概况,详情如下:

3-2 Helium生态概况

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从上表3-2可以看出,Helium的应用场景十分广泛,包括了宠物追踪、空气监测、食品溯源、GPS定位等。举例来说,国外某些地区,快递物流不像国内这么便捷,并且存在经常丢件的情况,对于价格昂贵的快递包裹GPS定位,是存在真实的应用场景的。

Hotspots热点矿机目前在市面上基本售罄,二级市场的热点矿机大幅溢价,也从侧面反映出了当下供不应求的市场。

不过由于政策原因Helium热点在中国基本是没有市场的,目前绝大多数部署在中国的热点矿机都是在空转,单纯的为了获取HNT的代币奖励。

3.2.2Hotspots挖矿收益率

另一方面,需要注意的是,目前Helium生态快速发展的主要原因之一是来自于其代币奖励。

目前Helium每月释放250万枚HNT,其中35%的代币分配给热点基础设施,具体分为参与、见证和创建覆盖证明挑战三个部分。即每月有87.5万枚HNT用于奖励Hotspots,目前的热点矿机约有13万台,所以平均每个Hotspots每月可获6.73枚 HNT(实际并非平均分配,这里只是为方便计算)。

以Hotspots设备成本500美元,$19/HNT的价格计算(忽略耗电成本),购买一台Hotspots的回本周期约4个月

上述情况只是很粗略的估算,实际上目前在官网下单Hotspots大约需要4.5个月(粗略估计,不同地区收货时间不同)的等货时间。因为每月分配给热点基础设施35%的代币,还要进一步细分为:用于奖励参与、见证和创建覆盖证明挑战三个部分。所以,如果用户仅购买一台热点矿机参与挖矿的话,收益率将远低于上述估算的6.73枚/月 的平均值。

备注:由于不同地区的特殊性,因此上述不考虑HNT每月释放量30%用于网络数据传输的奖励部分。

经头等仓随机抽取HeliumExplorer上200多个Hotspots结果显示:

表3-3Hotspots随机抽样结果

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注:上表随机抽样结果截止2021年8月20日,由于样本数据较小,可能与实际情况相比存在一定差异,仅供参考。

结合实际情况以及上表3-3我们可以看出,在一定的范围内部署单一的热点矿机,像厦门岛内、中国台北在过去30天内的平均收益仅为1枚HNT左右;而在热点覆盖度较高的地区,如:温州、上海地区,过去30天内的平均收益在20+HNT;而在基本实现整个区域热点覆盖的城市,如:美国旧金山(团队的总部)以及荷兰阿姆斯特丹地区,过去30天内的平均收益也基本在20+HNT。

在随机抽样的过程中我们发现,即使是热点覆盖度较高的地区,热点矿机的月收益率差异化仍特别大,最低月收益不足1HNT,最高的热点矿机月收益在100+HNT。

从随机抽样的结果我们可以看出,物理热点的覆盖密度与Hotspots的收益呈正相关,在Hotspots热点覆盖度高的地区,矿机的平均收益往往也会更高,主要是因为相邻的热点可以相互见证,从而获取挑战证明的奖励。

聪明的热点部署者往往会选择热点相对密集的地理位置进行组网部署,或者一次性购买多台Hotspots。通过在多台设备之间相互见证,从而提高收益。此外,Hotspots的收益还受地形的开阔程度、部署的高度,天线信号的强弱、当地是否有基于Helium落地应用产生真实的数据传输等诸多方面影响,实际情况还需要各个热点拥有者基于自身的地理环境经过尝试和调整进行优化。感兴趣的用户可以查阅官方在YouTube上发布的相关视频进行学习。

3.3未来

Helium下一阶段最重要的事项就是部署5G无线网络。

首先我们需要先回顾一下Helium部署5G无线网络的进程:

2021年2月23日,Helium社区发起“Data Credit Support for CBRS 5G on Helium Network”的HIP-27提案,该提案提出了一种经济机制,以支持 Helium 网络上更高的新的无线协议,首先支持 CBRS 频段的 LTE 和 5G(CBRS 频段为 3.5-3.7Ghz)。

2021年4月14日,Helium通过HIP-27提案。

2021年4月27日,Helium 官方正式宣布支持 5G 热点网络。

2021年4月27日,Helium宣布与生产开源5G设备的连通性公司FreedomFi达成合作关系,开发其第二个无线网络——5G。据官方描述“如果你有一部支持 5G 的手机,比如 iPhone 或三星 Galaxy,你很快就能通过由人们提供的热点连接到网络,你可能会从你的邻居那里得到 5G 网络。”所以,这完全不同于目前低频低功耗的LoRaWAN无线网络,如成功开发,届时用户将可以使用手机直接接入Helium的5G网络。

Helium表示,新的 FreedomFi 网关将与 Helium Network 进行互操作,并使网关主机可以通过提供 5G 蜂窝覆盖范围来挖矿 HNT。目前,该 FreedomFi 网关已开始接受预定,预计将于2021年三季度发货。

FreedomFi 此前预计,端到端 5G 设备的成本在 1000 美元到 5000 美元之间。在设备成本方面会远高于目前的Hotspot或RAK热点矿机。并且由于目前支持的CBRS 频段为 3.5-3.7Ghz,在覆盖范围会比此前部署的热点短得多。因此如要实现商用,也需要建立更多的基站。

2021年8月11日,Helium宣布完成 1.11 亿美元代币融资,由 a16z 领投,Ribbit Capital、10T、Alameda Research 和 Multicoin Capital 参投,募资价格未披露。此次的融资将加速 Helium 的去中心化 5G 网络的推出,并支持移动网络运营商使用 Helium 5G 来扩大其信号覆盖范围。

对于Helium 5G网络的搭建,团队预计最早将在2022年扩展到其他国家并覆盖各种频段。

虽然Helium目前正不断的推进5G无线网络的搭建,如能成功推出并被采用,那么对于整个项目来说无疑是重大的利好。但我们也要考虑到,对于5G的基站建设,从投入到商用,这期间的成本无疑是一个非常庞大的数字。而且部署5G网络,会涉及到5G运营商、不同国家地区政策因素、运营成本、终端生态等多方面的问题。

目前由于Helium的5G网络还未推出,其具体的商用价值还有待商榷。头等仓也将持续关注该方面的后续进展。

总结:从2021年6月开始,Helium每个月以超过3万个热点的速度增长,平均每日增加1,000个热点,网络规模在近几个月增长十分迅速。业务方面,Helium也在积极与各种物联网应用相集成,不断拓展项目的使用量,目前在美国已有数十家企业与Helium达成合作伙伴关系,并且有实际结合的应用场景和落地需求。

在未来,Helium下一阶段最重要的事项就是部署5G无线网络,如能成功推出并被采用,那么对于整个项目来说无疑是重大的利好。但我们也要考虑到,对于5G的基站建设,从投入到商用,这期间的成本无疑是一个非常庞大的数字。而且部署5G网络,会涉及到5G运营商、不同国家地区政策因素、运营成本、终端生态等多方面的问题。

此外,需注意的是,目前热点矿机的月收益率差异化较大,计划部署热点的矿工,需要综合考量多方面的因素。

4.经济模型

Helium的原生代币为HNT,随着HIP-20提案的通过,HNT代币总供应量为2.23亿枚,所有HNT都是通过Hotspots热点矿机挖矿铸造的,没有预挖矿。从2021年8月1日开始,HNT每月发行量首次减半,从原本的500万枚HNT/月降低到目前250万枚HNT/月的发行量,此后每两年减半,总计发行50。截止2021年8月19日,HNT的流通量为94,160,119,约占总供应量的42.22%

预计到2021年底,HNT的代币流通量为1.04亿枚,约占总量的46.64%。

4.1代币供给

4.1.1HNT代币分配

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图4-1 HNT代币分配情况

目前的分配情况如上图4-1所示,主要分别三部分:

1)每月释放的30%用于网络数据传输,奖励给传输物联网设备数据的热点,按数据传输比例分配;

2)每月释放的35%用于Hotspots基础设施奖励,主要用于热点所有者的挖矿奖励,并随着网络的发展确保覆盖范围;

3)每月释放的35%分配给团队和投资人。

需注意的是,HNT的代币分配会随着时间的推移而变化,以使激励措施与早期网络的需求保持一致。在早期,较高比例的 HNT 分配给热点所有者用于构建和确保覆盖范围。随着网络的发展,热点在网络上传输设备数据的收入会增加,而Helium公司和投资者的收入会减少。20年后,分配不再调整并保持固定。详情如下图4-2所示:

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图4-2 HNT代币分配随时间推移而调整

上图4-2原本奖励给ConsensusGroup共识小组6%的部分,随着Helium7月份验证节点机制上线主网,现已被其取代。验证者将继续执行原本共识小组的工作。

目前Helium链上节点数量达到2,252,总计有2,252万枚HNT质押在网络中,约占目前流通量的23.88%

由于每月发放给验证节点的奖励为HNT每月释放量的6%,即15万枚HNT/月,所以可以大致推算出目前节点的平均年化收益率为8%左右。

4.1.2区块信息

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图4-3 HNT区块信息

HNT大概从2019年10月开始发放,代币推出时,供应量为零,没有预挖。每1分钟打包一个区块,其中每30个区块归为一个周期,每个周期进行一次奖励释放,目前位于972,140区块高度。

4.2代币作用

目前Helium采用双币模型,即Helium代币(HNT)和数据积分(DataCredits)。数据积分主要用于支付使用网络时的服务费用,当前HNT代币作用主要有以下两点:

1)挖矿奖励:激励热点矿工部署和维护无线网络覆盖;

2)网络服务费用支付:用户通过销毁HNT代币产生数据积分(DataCredits)来支付网络的服务费用。

从Helium代币的作用来看,其作为一种实用型代币,未来的价值更多的体现在整体无线网络的覆盖和质量,只有更多的热点矿工通过热点机提供更广泛的无线网络覆盖,才能使得整体网络规模化,促使物联网设备可以在低成本、低功耗的情况下使用Helium无线网络,从而吸引更多的开发者和企业通过使用数据积分来支付物联网设备数据传输费用。

4.2.1数据积分(DataCredits)

像大多数区块链一样,Helium有一个交易费用系统。Helium区块链中的所有交易均以数据积分 (DC)支付。数据积分是通过销毁HNT产生。通过Helium“隐式燃烧(Implicit Burn)”系统,用户正常情况下都无需手动提供DC来支付费用。只要Helium钱包里面有足够的HNT用于燃烧成DC来支付交易费用,燃烧就会在后台自动隐藏发生,无需用户干预。

数据积分(DataCredits)以一种转换率通过销毁HNT代币产生,这种转换率由两个链上变量规定:

1)以美元计算的流量积分的价格——1DataCredits的定价为$0.00001;

2)以美元计算的Helium代币的价格,由Helium价格预言机机制所确立。

为了计算Helium代币会产生多少数据积分,可以简单地将Helium代币数量(以美元计价)除以DataCredits的固定价格$0.00001。例如,如果每个Helium代币的价格是20美元,燃烧1Helium代币将会产生2,000,000个流量积分。

数据积分(DataCredits)的与手机流量类似,一旦产生,就不可转让,且只能由接收他们的地址使用。

上述提到了数据积分(DataCredits)主要用于支付服务费用,具体可以细分为:

1)传输费用:设备之间来回传输传感器数据;

2)交易费用:类似消耗ETH充当Gas费;

3)节点费用:将一个热点加入到区块链上,报告自己的位置,购买一个区块链组织唯一标识符(OUI),购买一个区块链子网络;

4)区块链路径费用:购买OUls和子网络区块。

目前在Helium网络中,每24字节的数据花费1个数据积分(需注意的是,在Helium网络中,目前数据收费的情况是不变的)此外链上各种交易所需的费用如下表4-1所示:

研报:简析全球物联网挖矿项目Helium

据团队此前2021年7月28日,在Telegram社区里披露的信息显示,“目前每月有数以千计的物联网设备使用Helium网络,并且每月约花费1,730亿个数据积分”,以1DataCredits=$0.00001的定价计算,即每个月在Helium中,用于支付网络的服务费用为$1,730,000。

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图4-4 热点每天传输数据的花费

根据上述披露的Helium网络中以每个月以超过3万个热点的速度增长,再结合表4-1我们可以计算出,假设每月新增3万个热点,并且这些热点都在Helium网络上添加了完整的热点,那么这将消耗3万 *$40=$120万的费用。

那么实际上用于传输数据花费的费用,将远低于$173万 -$120万=$53万,因为这尚未剔除在Helium链上发送交易、确认网关位置等费用。那么实际情况下,每个月使用Helium网络的物联网设备是否真如团队所说的“数以千计”,头等仓对此存疑。但我们可以明确的是,目前Helium网络中实际应用的规模仍不大,项目方还需积极拓展Helium无线网络的实际用例。

总结:HNT代币总供应量为2.23亿枚,目前流通量约为42.22%,预计到2021年底,HNT的代币流通量为1.04亿枚,约占总量的46.64%。当前HNT每月释放250万枚,每两年减半,总计发行50年。

代币设计方面,HNT采用双币模型,分别为HNT代币和数据积分(Data Credits)。用户通过销毁HNT代币产生数据积分(Data Credits)来支付网络的服务费用。

经济模型设计较为合理,HNT代币在整个生态中属于必需品,代币作用显著。主要作用在于激励热点矿工部署和维护网络。未来的价值更多的体现在整体无线网络的覆盖和质量,只有网络规模达到一定的程度,才能使得物联网设备在低成本、低功耗的前提下稳定的使用Helium无线网络,从而吸引更多的开发者和企业通过使用数据积分来支付物联网设备数据传输费用。

5.竞争

5.1行业概述

Helium是一个去中心化无线通信网络,属于物联网赛道的一个细分领域,也是目前区块链生态中唯一 一个提供低功耗、广覆盖无线网络接入的产品。

目前Helium主要支持LoRaWAN标准的物联网设备,旨在提供开放、大范围的全球无线网络覆盖。类似Helium支持的LoRaWAN这类物联网领域长距离的无线技术,可以细分为:

1)低功率广域网(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN):提供长距离、低传输速率、低功耗的广域网络。可用的LPWAN技术和协议分为使用授权频段的NB-IoT,以及使用非授权频段的LoRa、Sigfox、Weightless、Random PhaseMultipleAccess(RPMA)、IEEE 802.11ah等。

2)甚小孔径终端(Very Small Aperture Terminal, VSAT):使用小型碟型天线,透过人造卫星传输之通信技术。

当前Helium采用的LongFi传输协议实际上是将LoRaWAN无线协议(LoRaWAN是基于LoRa的一种通讯协议)与Helium区块链结合的一种无线传输协议,这样任何兼容的LoRaWAN无线协议的设备都可以在Helium无线网络上传输数据。

5.2通信协议对比

LoRa、Sigfox、Weightless、IEEE 802.11ah这类广域低频的通讯技术比较适合物联网的通讯场景,并且由于使用的是非授权频段资源,一般情况下,企业不用申请牌照也可使用。

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上述表5-1的通讯协议,大都适合户外场景、大面积传感器应用、低功耗广域网的应用场景,只是在某些细分领域,侧重点可能稍有不同。

结合上述表5-1以及实际情况,我们也可以得出:

在功耗方面:对于长距离无线的物联网需求,由于立足点的不同,往往都不需要高效率的传输数据。上述广域低频的通讯技术,在通讯方面,主要为低带宽和低延迟的IoT设备添加连接选项。因此在功耗方面,相对于传统的移动蜂窝通信都要来的低。

在传输速率方面:LoRa的最高传输速率可以达到0.3-50Kbps,相对于物联网传输协议NB-IOT在传输速率没有直接优势,但是低频低速的数据传输在功耗上相对也更低。

在覆盖范围方面:覆盖范围是指节点(终端)和网关(基站)的有效通信范围,当前LoRa基站可根据部署场景的不同满足1-20km的覆盖范围。在国内的频段在470-510MHz左右,通常情况下通讯频段越低(由于其在空气和物体中传播时的衰减越小)其覆盖范围越大。整体来看,LoRa的覆盖范围相对较广。

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图5-1 不同协议间基站建设与网站租赁盈利能力对比

注:上图5-1(a)表示城市基站建设与网络租赁盈利能力;图5-1(b)表示郊区基站建设与网络租赁盈利能力。蓝色代表基站建设的盈利能力,橙色代表基站网络租赁的盈利能力。

在成本方面:上图5-1反应了不同协议之间基站建设与网络租赁盈利能力的对比。对于设备密度较低的Sigfox来说,基站设备租赁是没有利润的。由于Sigfox基站的设备容量和覆盖范围都比较大,所以初期需要大部分投资,之后就不需要投资那些已部署的小区了。因此,租赁成本比建造自己的基站要贵。另一方面,LoRaWAN需要在多年的运营中进行大规模站点部署。因此,在LoRaWAN逐年推出的情况下,租赁设备比部署基础设施更有利可图。

但Helium的模式又异于传统企业的模式,其通过代币激励的方式,吸引参与者主动购买 Hotspots(热点设备),从而转移了项目启动阶段的建设成本。在成本方面领先于目前市面上的低功率广域网。

目前整体上,LoRa和NB-IoT在业内受到的关注度最高。此外,相比之下,NB-IoT一直以来就是我国主推的物联网技术标准,上层有政府的产业政策支持,中间有三大运营商的全力投入,底层有华为的技术加持,使得NB-IoT成为我国物联网炙手可热的广阔市场。

5.3行业前景

目前全球电信运营商已经构建了覆盖全球的移动蜂窝网络,然而2G、3G、4G等蜂窝网络虽然覆盖距离广,但基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势。当前移动蜂窝网络的承载能力不足以支撑物与物的连接。在智能家居、工业数据采集等通信场景一般采用短距离通信技术,但对于广范围、远距离的连接则需要远距离通信技术。LPWAN技术就是为满足物联网需求应运而生的远距离无线通信技术。

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图5-22017-2025全球物联网方案支出详情

如图5-2所示,随着物联网的发展和物联网设备的普及,相应设备的安装量和数据量呈指数级增长。根据statista预测,到2019年底,物联网终端用户解决方案的全球市场规模预计将增长到2,120亿美元。2017年,这项技术的市场收入首次达到1,000亿美元,预计到2025年,这一数字将增长到1.6万亿美元左右,未来传感器等终端智能设备安装量将快速增长。

值得注意的是,全球低功耗广域网(LPWA)连接在最近5年中大幅激增。2015年,全球低功耗广域网市场只有1000万,到2020年这一数字已经达到了4.23亿,并且预计将以30%-43%的复合年增长率增长,预计到2025年,这一领域的数值将达到25亿。

LPWAN连接的目标很远大,但是否如愿且如期达成,还是得仰赖可靠的市场驱动力做后盾。

此外,Helium在未来计划部署的5G网络也同样值得期待。

总结:物联网领域对于低功率广域网有着强大的需求,Helium目前采用的是LoRaWAN是目前的主流协议,兼容的设备较多,受众面广。作为目前区块链生态中唯一 一个提供低功耗、广覆盖无线网络接入的产品,Helium在该赛道内的竞争优势显著。并且结合区块链的激励机制,在项目早期的设备搭建成本以及推广速度方面,天然优于传统的物联网运营商。

6.风险

矿工成本和收益风险:当前Hotspots热点矿机的月收益率差异化仍特别大,Hotspots的收益受地形的开阔程度、部署的高度,天线信号的强弱、当地是否有基于Helium落地应用产生真实的数据传输等诸多方面影响。如果矿工没有基于自身的地理环境进行调整优化,回本周期可能会大大拉长。

网络稳定性风险:根据Helium白皮书所述,其旨在为物联网设备提供广覆盖范围、低功耗的无线网络接入,但在实际情况下,由于存在一些物理障碍,信号能否被稳定接收当前还是未知数。

物联网设备规模问题:目前全球的物联网市场份额虽然在不断上涨,物联网设备的安装量也在不断增加,但是实际情况是目前由于应用场景和通信上的限制,当前物联网通信上更多会倾向使用蜂窝网络,所以Helium的无线网络可能由于根本没有足够的物联网设备使用,导致矿工收益小,甚至出现矿工离线的现象,最后形成负循环。

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