全面瞭解去中心化無線通信網絡Helium

投資概要

隨着物聯網行業的發展，當前傳感器等物聯網設備安裝量呈指數級上升。由於傳統基於移動蜂窩通信技術的物聯網設備有功耗大、成本高等劣勢，催生了對於低功耗、廣覆蓋無線網絡的需求。

Helium目前採用的是主流的LoRaWAN長距離無線技術，兼容的設備較多，受衆面廣。作爲目前區塊鏈生態中唯一 一個提供低功耗、廣覆蓋無線網絡接入的產品，Helium在該賽道內的競爭優勢顯著。並且結合區塊鏈的激勵機制，在項目早期的設備搭建成本以及推廣速度方面，天然優於傳統的物聯網運營商。

Helium團隊配置較爲合理，項目總計募資約1.648億美元，並獲多家行業內頂尖的投資機構青睞，財庫充足。

技術方面，Helium生態涉及了很長的技術鏈條，先是自主構建和分發了LoRaWAN遠程無線路由器，以實現低功耗、廣覆蓋的無線網絡。而後主要通過構建Helium公鏈，結合覆蓋證明（Proof of Coverage，PoC）等技術來實現去中心化無線網絡的搭建和有效覆蓋。整體技術邏輯較爲清晰。

生態方面，從2021年6月開始，Helium每個月以超過3萬個熱點的速度增長，平均每日增加1,000個熱點，網絡規模在近幾個月增長十分迅速。業務方面，Helium也在積極與各種物聯網應用相集成，不斷拓展項目的使用量，目前在美國已有數十家企業與Helium達成合作夥伴關係，並且有實際結合的應用場景和落地需求。但項目實際的盈利情況，團隊暫未披露。

經濟模型設計較爲合理，HNT代幣在整個生態中屬於必需品，代幣作用顯著。

在未來，Helium下一階段最重要的事項就是部署5G無線網絡，如能成功推出並被採用，那麼對於整個項目來說無疑是重大的利好。但我們也要考慮到，對於5G的基站建設，從投入到商用，這期間的成本無疑是一個非常龐大的數字。而且部署5G網絡，會涉及到5G運營商、不同國家地區政策因素、運營成本、終端生態等多方面的問題。

1. 基本概況

1.1 項目簡介

Helium旨在爲物聯網設備提供低功耗廣覆蓋的無線網絡接入。通過代幣激勵促使熱點礦工購買Hotspot設備（Helium網絡中的熱點礦機），從而轉移了項目啓動階段的建設成本。爲Hotspot熱點有效覆蓋範圍內的物聯網設備提供無線網絡接入。

目前團隊正在計劃推出去中心化5G網絡，並支持移動網絡運營商使用Helium 5G擴大其信號覆蓋範圍。

1.2 基本信息

2. 項目詳解

2.1 團隊

根據領英顯示，Helium團隊共78人，總部位於美國舊金山。核心團隊成員詳情如下：

表2-1Helium團隊詳情表

整體來看，Helium團隊配置較爲合理，並且從2013年就開始進行Helium的產品設計，與當前項目的契合度較高。

2.2 資金

從上表2-2可以計算出，Helium總計獲得約1.648億美元融資額，其中不乏業內頂級的投資機構Multicoin Capital、a16z等以及GV（前谷歌風投）的投資。團隊目前的資金充足，後續有可持續的財政儲備金以供項目未來使用。

2.3 代碼

圖2-1 Helium代碼庫情況

如上圖 2-1 所示，Helium從上線至今，項目代碼提交量頻繁，開發穩定。團隊開發者從2020年1月開始，人員逐漸增多，目前項目開發人員長期穩定在30人以上。

2.4 產品

2.4.1 概述

Helium是一種點對點無線網絡，旨在爲低功耗的物聯網設備提供一種安全且經濟高效的方式與互聯網交互。消費者可以通過購買Hotspot（即 Helium 網絡中的硬件熱點），爲附近的物聯網設備提供信號覆蓋，從而參與到網絡建設中並賺取代幣。

Helium代表了一種部署和管理無線網絡的全新商業模式。傳統上，像AT&T、Verizon、T-Mobile、中國移動、中國聯通和軟銀 (Softbank) 這樣的電信公司會集中規劃、管理和部署無線網絡。他們搭建基站，付人工費，運貨，在產生任何收入之前已經購買了所有的設備。建設無線網絡需要大量的資金，而且速度很慢。而Helium網絡不像傳統企業那樣追求3G/4G/5G。相反，Helium網絡提供的是低功耗物聯網設備，並且通過代幣激勵的方式，吸引參與者主動購買 Hotspots（熱點設備），從而轉移了項目啓動階段的建設成本。

2.4.2 產品介紹

目前Helium主要有4款產品，詳情如下：

2.4.2.1 Hotspot

Helium Hotspot是一款LoRaWAN遠程無線路由器，可以把它想象成一個Wi-Fi路由器。

用戶只需要將Hotspot接入電源並且與Wi-Fi連接，或者接入以太網端口，並且通過Helium錢包部署並完成同步後，即可提供無線網絡覆蓋並獲得相應的HNT代幣。Hotspot是一個低功耗並且支持遠距離數據傳輸的熱點裝置，耗費的電能很少，在峯值約耗5瓦電，運行成本低。基於這種低功耗和遠距離傳輸的特性，礦工通過簡單的設置即可加入到網絡提供無線網絡覆蓋並且獲取相應代幣，爲物聯網設備提供低成本、低功耗的網絡接入方式。

Helium Hotspot早先由Helium自主構建和分發，在HIP-19提案獲得批准後，Helium支持第三方的熱點（Hotspot）生產商和供應商提交社區申請，以獲批製造。目前Helium支持的LoRaWAN熱點礦機有8種，分別是：Bobcat、Cal-Chip、Kerlink、LongAP、Nebra、RAK Wireless、Sensecap和Syncrobit。每種礦機的詳情可以點擊該鏈接查閱。

圖2-2 Helium礦機部分展示

2.4.2.2 Console 2.0

Helium Console 2.0是一個基於Web的設備管理工具，通過一個可視化的視圖，方便開發人員、用戶在Helium網絡上註冊、驗證和管理自己的設備。除了設備管理之外，Console還提供稱爲集成的預建連接，集成使設備能夠連接到預先配置的、基於雲服務的應用程序或直接通過 HTTP 或 MQTT 發送數據。

Helium控制檯的設備管理功能包括：

1）帶有標籤和用戶級權限的組織結構。

2）設備 ID 註冊、安全登錄和身份驗證。

3）在 Helium 網絡中使用數據積分（Data Credits）。

2.4.2.3 LongFi

LongFi將LoRaWAN無線協議與Helium區塊鏈相結合，因此任何LoRaWAN設備都可以在Helium網絡中傳輸數據，這些設備通常是GPS 跟蹤器、環境傳感器、氣象計等。

LongFi具有以下特點：

1）部署簡單：LongFi允許企業用戶根據需要啓動任意數量的設備，而無需額外配置或第三方幫助。

2）設備漫遊：接入的設備與存儲在區塊鏈上的ID進行映射，並且設備可以通過每個熱點進行中繼，在網絡中發送數據。

3）HNT代幣激勵：LongFi允許設備所有者幫助網絡傳輸數據時，賺取相應的HNT代幣。

4）LoRaWAN支持：任何LoRaWAN設備或傳感器都可以與Helium網絡集成，傳輸數據。

2.4.2.4 Helium Tabs

圖2-3 HeliumTabs跟蹤設備

Helium Tabs是首款運行在Helium網絡上的終端定位設備，用戶可以使用移動設備端應用程序來跟蹤標籤追蹤器，可以查看之前去過的位置以及當前位置（僅支持歐盟、美國頻率）。目前基本已售罄，共享單車公司Lime已經使用Helium追蹤它們的自行車。

2.5 技術

2.5.1 概要

Helium搭建一個去中心的無線網絡，在技術上從硬件的終端到服務器網關，再到後端服務器的一整套的設置，最後再到應用端，如何爲用戶提供一個方便接入的方式，中間涉及了很長的技術鏈條在裏面。

Helium先是自主構建和分發了LoRaWAN遠程無線路由器，以實現低功耗、廣覆蓋的無線網絡。並且開發了一條專門的公鏈，利用其經濟模型有效激勵了其無線網絡的擴展和維護。爲了保障網絡中熱點的有效覆蓋，通過覆蓋證明（Proof of Coverage，PoC）機制，提供無線網絡覆蓋的熱點（Hotspot），將在經過加密驗證的物理位置和時間內向Helium網絡提交證明，並創建與WHIP兼容的無線網絡覆蓋。提交證明的礦工將在一個固定的時期被選到共識小組，隨後共識小組的成員接收其他礦工提交的交易，將其打包成塊。

在支付端，通過“雙代幣”的模式，並且結合OUI（組織唯一標識符）和狀態通道，實現數據便捷的交易。應用端方面從Console到Console 2.0的迭代，也在不斷優化的接入門檻。

Helium在實現上涉及了傳統物聯網和區塊鏈方面多種技術，本章節主要就Helium網絡中幾個重要的技術展開分析。

圖2-4 Helium系統整體流程

Helium網絡的數據傳輸流程大致如上圖2-4所示：

1）用戶/礦工通過Hotspots熱點礦機，連接到Helium網絡。

2）Helium上的物聯網設備（用戶端）將使用WHIP協議安全地連接到傳輸範圍內的多個本地網關（Gateway）。

3）設備加入網絡後，Hotspots會將加密數據發送到所有網關，每個網關再將數據添加到Helium區塊中。

4）網關將指定數據發送到指定路由（Router）。路由獲得數據傳輸服務後，會向網關支付費用。

5）路由解密數據，流程結束。

2.5.2 Helium共識協議

Helium區塊鏈是一條原創的開源公鏈，爲去中心化的物理無線網絡的擴展和維護提供了激勵。

Helium共識協議借鑑了HoneyBadgerBFT（HBBFT）共識系統，不僅可以抵禦女巫攻擊，而且還可以高速確認交易，具有異步性和抗審查的特點。

原先爲了保障鏈上傳輸數據的有效性以及真實性，Helium從所有熱點中隨機選取共識節點，組成共識小組來驗證每個區塊。但隨着網絡上熱點數量與區塊數量的飛速增長，原有的模式對區塊鏈的出塊速度與運行效率產生影響，同時給網絡中的硬件帶來的極大壓力。因此，Helium重新設計了共識小組的生成機制，引入“驗證節點”角色。這意味着，Helium區塊鏈的共識組將從驗證節點中隨機選出，承擔鏈上交易驗證、出塊等共識工作，並獲得共識獎勵。熱點無需再進行全節點同步，從而達到提升Helium網絡中的用戶體驗與資源利用效率的目的。

圖2-5 驗證節點運行流程

如上圖2-5所示，Helium網絡中驗證節點的運行流程大體可以分爲3個步驟：1）終端設備使用Helium網絡並將數據傳輸至熱點；2）覆蓋證明（Proof of Coverage，PoC）與設備相關信息被轉發至共識組；3）共識組在驗證交易、達成共識後進行出塊。

共識小組的構成：

1）符合技術要求的用戶可以通過質押10,000枚HNT申請成爲驗證節點（超過1萬枚HNT的質押數量並不會增加收益），沒有驗證者上限。當驗證者取消質押時需要大約5個月（250,000個區塊）的解鎖期，在此期間驗證者不會獲得獎勵，並且無法轉移或提取質押金額；

2）每個Epoch週期（30個區塊，約30min），網絡將從所有驗證節點中隨機選出40個驗證節點被選舉進入共識小組，負責履行驗證交易、出塊等共識職責，並在該Epoch結束時，獲得相應的共識獎勵（共識獎勵佔HNT釋放總量的6%，即15萬枚HNT/月）。

因此可以大致計算出每個Epoch週期成功被選舉進入共識小組的節點平均可以多獲得2.6枚HNT代幣獎勵。目前Helium鏈上節點數量達到2,252個，並且還在不斷增加。因此絕大多數節點被選入共識小組的概率越來越小。

3）每個Epoch結束時，將從現有共識小組移出25%的驗證節點，並從未進入共識小組的驗證節點中選出等量節點替代。

爲了保證驗證節點可以更好地爲網絡提供服務，團隊設立了“懲罰分數機制”，其中連任共識小組、多數共識節點反對、驗證節點無法按規定履行共識職責，都會增加節點的懲罰分數。懲罰分數不會對質押的HNT本金帶來影響。驗證節點隨機選入共識小組時，懲罰分數越高的節點被選入新一輪共識小組的概率越低，相反懲罰分數越低，被選入共識小組的概率越高。每個節點的懲罰分數會隨時間衰減。

此外，普通用戶也可以選擇通過選擇第三方節點質押服務，質押自己手上的HNT，並獲得部分共識獎勵（目前年化收益率低於5%）。

2.5.3 覆蓋證明（Proof of Coverage，PoC）

Helium網絡目前支持LoRaWAN標準的物聯網設備，旨在提供開放、大範圍的全球無線網絡覆蓋。

爲保障全球化的去中心無線網絡的搭建，其中一個關鍵點就是如何實時驗證熱點是否通過真實定位提供無線網絡覆蓋，以確保網絡的有效拓展。基於此，Helium建立了覆蓋證明（Proof of Coverage，PoC）機制。

PoC機制利用射頻（Radio Frequency，RF）的特性，對Helium網絡及其參與者提供了有意義的相關證明。具體來說，PoC機制依賴於以下RF特性：1）RF的物理傳播有距離限制；2）RF信號的強度與傳輸距離的平方成反比；3）射頻以光速傳播，因此網絡傳輸沒有延時。

利用這些特性，Helium區塊鏈使用一種被稱爲“PoC挑戰”的機制持續對熱點（Hotspot）發出問詢，這些無線覆蓋的證明會持續生成並被永久存儲於鏈上。每次“挑戰”代表着一次獨立的 PoC驗證。迄今爲止，Helium區塊鏈已經發布和處理了數千萬個挑戰。每一次新的挑戰，區塊鏈都會記錄更多關於網絡覆蓋質量的數據。

在PoC挑戰中涉及三個不同的角色：

1）挑戰者(Challenger)：Helium網絡中的熱點大約每300個區塊（約5小時）可以發起一次對網絡中隨機熱點的挑戰，挑戰者可以獲得相應的HNT獎勵。對於挑戰人來說，只要發起挑戰就會獲得對應的獎勵，收益比較穩定。

2）被挑戰者(Transmitter，有時也被成爲Challengee)：被挑戰的熱點（即PoC問詢的熱點）接受到挑戰信息後，會基於挑戰的信息，發起一次無差別的無線電信標（RF Beacon)，周圍接收到信標的熱點作爲見證人，可以將信息回傳至Helium網絡以進行驗證。每次挑戰都需要具備有效見證，被挑戰者才能獲得對應的獎勵。

對於被挑戰者來說，一次挑戰的有效見證越多，收穫的獎勵越多。當有效見證超過4個的時候，獎勵的增量會遞減。

3）見證人 (Witness)：接收到Beacon的熱點即成爲見證人，會將挑戰的信息回傳至Helium網絡。每個Epoch的共識組會根據見證人和被挑戰者的位置、密碼學證據及信號強度和衰減的合理性等一系列符合邏輯來判定這次見證是否有效。在進行有效見證後，見證人會獲得相應的獎勵。

對於見證人來說，當一次挑戰的有效見證小於等於4個時，每個見證人收穫的單位獎勵不變，當超過4個時，每個見證人收穫的單位獎勵遞減。具體數據可以參考下圖2-6：

圖2-6 見證人收益變化曲線

社區會不斷通過新的 HIP提案對PoC 獎勵的分配進行調整，以鼓勵各熱點進行部署策略優化，從而促進整個網絡基礎設施的健康部署和發展。

簡單的理解就是，POC機制通過讓被挑戰的熱點發送一個標誌固定位置裝置的信標，周圍接收到信標的熱點（見證人）在基於被挑戰者發送的連續脈衝電路等一系列邏輯，來確定其物理位置，以此防範不誠實的熱點虛假定位。

2.5.4 數據交易（Packet Purchasing）

如何實現無線數據提供商和用戶之間的價值交換是Helium網絡的核心，數據交易在Helium區塊鏈上通過兩個特定基元實現的：

1）組織唯一標識符（Organizationally Unique Identifiers，OUI）

組織唯一標識符（OUI）是Helium區塊鏈上的註冊身份。爲了向終端設備發送和接收數據包，需要爲網絡用戶提供OUI。這可以是他們自己的OUI或由第三方運營的OUI，例如Helium官方運營的Console。

OUI有一些與LoRaWAN和數據包路由相關的特性（詳情可查閱此處），但對於區塊鏈，重要的是隻有註冊爲OUI端點的libp2p地址才能代表OUI打開和關閉狀態通道。

2）狀態通道（State Channels）

狀態通道是由OUI操作員（註冊到OUI的任何libp2p地址）打開的側鏈。通過state_channel_open交易，運營商需要質押兩倍於可在狀態通道中使用的數據積分（Data Credits，詳見經濟模型）。此外，還配置了通道到期之前的區塊數量。

一旦狀態通道打開，熱點和OUI操作員就能夠在狀態通道內進行交易。一般來說，大體流程如下：1）熱點（Hotspot）將採集到的數據包提供給OUI運營商；2）OUI運營商決定是否購買數據包，如果決定購買，則簽署交易；3）簽署交易後，數據包由熱點傳遞給OUI運營商；運營商支付給熱點相應的數據積分（Data Credits）。

2.5.5 WHIP無線協議

爲了確保設備、路由器和網關之間的通信，目前有幾種低功率廣域網（LPWAN）技術可用。這些無線技術專注於爲傳感器和其他智能設備創建遠程、低功耗的互聯網通信。但是這些技術以吞吐量換取距離，數據傳輸速率低至每秒18位（bps）。

WHIP是一種遠程低功率、支持雙向通信的窄帶無線網絡協議。其支持sub-GHz（即頻率爲1GHz以下，27MHz~960MHz，應用涵蓋消費電子、汽車、工業和醫療等，在低功耗、長距離通信或穿牆能力上，其更具優勢）的非授權頻段，且通信間的身份驗證使用

NIST P-256 ECC密鑰對，以及存儲在區塊鏈中的所有參與者的公鑰，保障通信安全。

同時WHIP協議將在未授權頻段內創建多個頻道，並使用跳頻在頻道之間切換。典型的跳頻需要一個複雜的時間同步系統，並且容量有限。但是由於熱點（Hotspots）能夠在任何時候聽到可用頻譜內的所有頻道，設備使用WHIP協議不需要與熱點協調頻道選擇，因此可以提高數據傳輸速率，並且在有噪聲的射頻環境中工作而不受干擾。

總結：Helium團隊配置較爲合理，資金方面總計獲得約1.648億美元融資額，後續有可持續的財政儲備金以供項目未來使用。技術方面，Helium生態涉及了很長的技術鏈條，整體技術邏輯較爲清晰，主要通過構建Helium公鏈，結合覆蓋證明（PoC）等技術來實現去中心化無線網絡的搭建和有效覆蓋。

此外，項目的開發進度活躍，而且已有相應的產品落地和實際的應用場景。

3. 發展

3.1 歷史

3.2 現狀

3.2.1 Helium生態數據

圖3-1Helium網絡熱點覆蓋狀況

如上圖3-1所示，目前Helium網絡的熱點數量達到了130,897個，主要集中在美國、歐洲和中國地區。從2021年6月開始，每個月以超過3萬個熱點的速度增長，平均每日增加1,000個熱點，網絡規模在近幾個月增長十分迅速。

截止2021年8月18日，Helium熱點以覆蓋了12,773個城市，116個國家，熱點擁有者達到41,570，熱點在線率達到82.90%。

可以看出，目前HeliumHotspot熱點在全球範圍內已形成一定的規模。但是Hotspots 數量激增並不能說明 Helium 項目已經取得成功，還需要綜合考量生態中的使用情況、實際參與者和真實業務量等因素。爲了讓大家更好的理解Helium目前的生態情況，頭等倉結合了目前團隊披露的資料，整理了一份Helium生態概況，詳情如下：

表3-2 Helium生態概況

從上表3-2可以看出，Helium的應用場景十分廣泛，包括了寵物追蹤、空氣監測、食品溯源、GPS定位等。舉例來說，國外某些地區，快遞物流不像國內這麼便捷，並且存在經常丟件的情況，對於價格昂貴的快遞包裹GPS定位，是存在真實的應用場景的。

Hotspots熱點礦機目前在市面上基本售罄，二級市場的熱點礦機大幅溢價，也從側面反映出了當下供不應求的市場。

不過由於政策原因Helium熱點在中國基本是沒有市場的，目前絕大多數部署在中國的熱點礦機都是在空轉，單純的爲了獲取HNT的代幣獎勵。

3.2.2 Hotspots挖礦收益率

另一方面，需要注意的是，目前Helium生態快速發展的主要原因之一是來自於其代幣獎勵。

目前Helium每月釋放250萬枚HNT，其中35%的代幣分配給熱點基礎設施，具體分爲參與、見證和創建覆蓋證明挑戰三個部分。即每月有87.5萬枚HNT用於獎勵Hotspots，目前的熱點礦機約有13萬臺，所以平均每個Hotspots每月可獲得6.73枚 HNT（實際並非平均分配，這裏只是爲方便計算）。

以Hotspots設備成本500美元，$19/HNT的價格計算（忽略耗電成本），購買一臺Hotspots的回本週期約4個月。

上述情況只是很粗略的估算，實際上目前在官網下單Hotspots大約需要4.5個月（粗略估計，不同地區收貨時間不同）的等貨時間。因爲每月分配給熱點基礎設施35%的代幣，還要進一步細分爲：用於獎勵參與、見證和創建覆蓋證明挑戰三個部分。所以，如果用戶僅購買一臺熱點礦機參與挖礦的話，收益率將遠低於上述估算的6.73枚/月 的平均值。

備註：由於不同地區的特殊性，因此上述不考慮HNT每月釋放量30%用於網絡數據傳輸的獎勵部分。

經頭等倉隨機抽取Helium Explorer上200多個Hotspots結果顯示：

表3-3 Hotspots隨機抽樣結果

注：上表隨機抽樣結果截止2021年8月20日，由於樣本數據較小，可能與實際情況相比存在一定差異，僅供參考。

結合實際情況以及上表3-3我們可以看出，在一定的範圍內部署單一的熱點礦機，像廈門島內、中國臺北在過去30天內的平均收益僅爲1枚HNT左右；而在熱點覆蓋度較高的地區，如：溫州、上海地區，過去30天內的平均收益在20+HNT；而在基本實現整個區域熱點覆蓋的城市，如：美國舊金山（團隊的總部）以及荷蘭阿姆斯特丹地區，過去30天內的平均收益也基本在20+HNT。

在隨機抽樣的過程中我們發現，即使是熱點覆蓋度較高的地區，熱點礦機的月收益率差異化仍特別大，最低月收益不足1HNT，最高的熱點礦機月收益在100+HNT。

從隨機抽樣的結果我們可以看出，物理熱點的覆蓋密度與Hotspots的收益呈正相關，在Hotspots熱點覆蓋度高的地區，礦機的平均收益往往也會更高，主要是因爲相鄰的熱點可以相互見證，從而獲取挑戰證明的獎勵。

聰明的熱點部署者往往會選擇熱點相對密集的地理位置進行組網部署，或者一次性購買多臺Hotspots。通過在多臺設備之間相互見證，從而提高收益。此外，Hotspots的收益還受地形的開闊程度、部署的高度，天線信號的強弱、當地是否有基於Helium落地應用產生真實的數據傳輸等諸多方面影響，實際情況還需要各個熱點擁有者基於自身的地理環境經過嘗試和調整進行優化。感興趣的用戶可以查閱官方在YouTube上發佈的相關視頻進行學習。

3.3 未來

Helium下一階段最重要的事項就是部署5G無線網絡。

首先我們需要先回顧一下Helium部署5G無線網絡的進程：

· 2021年2月23日，Helium社區發起“Data Credit Support for CBRS 5G on Helium Network”的HIP-27提案，該提案提出了一種經濟機制，以支持 Helium 網絡上更高的新的無線協議，首先支持 CBRS 頻段的 LTE 和 5G（CBRS 頻段爲 3.5-3.7Ghz）。

· 2021年4月14日，Helium通過HIP-27提案。

· 2021年4月27日，Helium 官方正式宣佈支持 5G 熱點網絡。

· 2021年4月27日，Helium 宣佈與生產開源5G設備的連通性公司FreedomFi 達成合作關係，開發其第二個無線網絡——5G。據官方描述“如果你有一部支持 5G 的手機，比如 iPhone 或三星 Galaxy，你很快就能通過由人們提供的熱點連接到網絡，你可能會從你的鄰居那裏得到 5G 網絡。”所以，這完全不同於目前低頻低功耗的LoRaWAN無線網絡，如成功開發，屆時用戶將可以使用手機直接接入Helium的5G網絡。

Helium表示，新的 FreedomFi 網關將與 Helium Network 進行互操作，並使網關主機可以通過提供 5G 蜂窩覆蓋範圍來挖礦 HNT。目前，該 FreedomFi 網關已開始接受預定，預計將於2021年三季度發貨。

FreedomFi 此前預計，端到端 5G 設備的成本在 1000 美元到 5000 美元之間。在設備成本方面會遠高於目前的Hotspot或RAK熱點礦機。並且由於目前支持的CBRS 頻段爲 3.5-3.7Ghz，在覆蓋範圍會比此前部署的熱點短得多。因此如要實現商用，也需要建立更多的基站。

· 2021年8月11日，Helium 宣佈完成 1.11 億美元代幣融資，由 a16z 領投，Ribbit Capital、10T、Alameda Research 和 Multicoin Capital 參投，募資價格未披露。此次的融資將加速 Helium 的去中心化 5G 網絡的推出，並支持移動網絡運營商使用 Helium 5G 來擴大其信號覆蓋範圍。

對於Helium 5G網絡的搭建，團隊預計最早將在2022年擴展到其他國家並覆蓋各種頻段。

雖然Helium目前正不斷的推進5G無線網絡的搭建，如能成功推出並被採用，那麼對於整個項目來說無疑是重大的利好。但我們也要考慮到，對於5G的基站建設，從投入到商用，這期間的成本無疑是一個非常龐大的數字。而且部署5G網絡，會涉及到5G運營商、不同國家地區政策因素、運營成本、終端生態等多方面的問題。

目前由於Helium的5G網絡還未推出，其具體的商用價值還有待商榷。頭等倉也將持續關注該方面的後續進展。

總結：從2021年6月開始，Helium每個月以超過3萬個熱點的速度增長，平均每日增加1,000個熱點，網絡規模在近幾個月增長十分迅速。業務方面，Helium也在積極與各種物聯網應用相集成，不斷拓展項目的使用量，目前在美國已有數十家企業與Helium達成合作夥伴關係，並且有實際結合的應用場景和落地需求。

在未來，Helium下一階段最重要的事項就是部署5G無線網絡，如能成功推出並被採用，那麼對於整個項目來說無疑是重大的利好。但我們也要考慮到，對於5G的基站建設，從投入到商用，這期間的成本無疑是一個非常龐大的數字。而且部署5G網絡，會涉及到5G運營商、不同國家地區政策因素、運營成本、終端生態等多方面的問題。

此外，需注意的是，目前熱點礦機的月收益率差異化較大，計劃部署熱點的礦工，需要綜合考量多方面的因素。

4. 經濟模型

Helium的原生代幣爲HNT，隨着HIP-20提案的通過，HNT代幣總供應量爲2.23億枚，所有HNT都是通過Hotspots熱點礦機挖礦鑄造的，沒有預挖礦。從2021年8月1日開始，HNT每月發行量首次減半，從原本的500萬枚HNT/月降低到目前250萬枚HNT/月的發行量，此後每兩年減半，總計發行50年。截止2021年8月19日，HNT的流通量爲94,160,119，約佔總供應量的42.22%。

預計到2021年底，HNT的代幣流通量爲1.04億枚，約佔總量的46.64%。

4.1 代幣供給

4.1.1 HNT代幣分配

圖4-1 HNT代幣分配情況

目前的分配情況如上圖4-1所示，主要分別三部分：

1）每月釋放的30%用於網絡數據傳輸，獎勵給傳輸物聯網設備數據的熱點，按數據傳輸比例分配；

2）每月釋放的35%用於Hotspots基礎設施獎勵，主要用於熱點所有者的挖礦獎勵，並隨着網絡的發展確保覆蓋範圍；

3）每月釋放的35%分配給團隊和投資人。

需注意的是，HNT的代幣分配會隨着時間的推移而變化，以使激勵措施與早期網絡的需求保持一致。在早期，較高比例的 HNT 分配給熱點所有者用於構建和確保覆蓋範圍。隨着網絡的發展，熱點在網絡上傳輸設備數據的收入會增加，而Helium公司和投資者的收入會減少。20年後，分配不再調整並保持固定。詳情如下圖4-2所示：

圖4-2 HNT代幣分配隨時間推移而調整

上圖4-2原本獎勵給Consensus Group共識小組6%的部分，隨着Helium 7月份驗證節點機制上線主網，現已被其取代。驗證者將繼續執行原本共識小組的工作。

目前Helium鏈上節點數量達到2,252個，總計有2,252萬枚HNT質押在網絡中，約佔目前流通量的23.88%。

由於每月發放給驗證節點的獎勵爲HNT每月釋放量的6%，即15萬枚HNT/月，所以可以大致推算出目前節點的平均年化收益率爲8%左右。

4.1.2 區塊信息

圖4-3 HNT區塊信息

HNT大概從2019年10月開始發放，代幣推出時，供應量爲零，沒有預挖。每1分鐘打包一個區塊，其中每30個區塊歸爲一個週期，每個週期進行一次獎勵釋放，目前位於972,140區塊高度。

4.2 代幣作用

目前Helium採用雙幣模型，即Helium代幣（HNT）和數據積分（DataCredits）。數據積分主要用於支付使用網絡時的服務費用，當前HNT代幣作用主要有以下兩點：1）挖礦獎勵：激勵熱點礦工部署和維護無線網絡覆蓋；2）網絡服務費用支付：用戶通過銷燬HNT代幣產生數據積分（DataCredits）來支付網絡的服務費用。

從Helium代幣的作用來看，其作爲一種實用型代幣，未來的價值更多的體現在整體無線網絡的覆蓋和質量，只有更多的熱點礦工通過熱點機提供更廣泛的無線網絡覆蓋，才能使得整體網絡規模化，促使物聯網設備可以在低成本、低功耗的情況下使用Helium無線網絡，從而吸引更多的開發者和企業通過使用數據積分來支付物聯網設備數據傳輸費用。

4.2.1 數據積分（DataCredits）

像大多數區塊鏈一樣，Helium有一個交易費用系統。Helium區塊鏈中的所有交易均以數據積分 (DC) 支付。數據積分是通過銷燬HNT產生。通過Helium“隱式燃燒（Implicit Burn）”系統，用戶正常情況下都無需手動提供DC來支付費用。只要Helium錢包裏面有足夠的HNT用於燃燒成DC來支付交易費用，燃燒就會在後臺自動隱藏發生，無需用戶干預。

數據積分（DataCredits）以一種轉換率通過銷燬HNT代幣產生，這種轉換率由兩個鏈上變量規定：

1）以美元計算的流量積分的價格——1 DataCredits的定價爲$0.00001；

2）以美元計算的Helium代幣的價格，由Helium價格預言機機制所確立。

爲了計算Helium代幣會產生多少數據積分，可以簡單地將Helium代幣數量（以美元計價）除以DataCredits的固定價格$0.00001。例如，如果每個Helium代幣的價格是20美元，燃燒1Helium代幣將會產生2,000,000個流量積分。

數據積分（DataCredits）的與手機流量類似，一旦產生，就不可轉讓，且只能由接收他們的地址使用。

上述提到了數據積分（DataCredits）主要用於支付服務費用，具體可以細分爲：1）傳輸費用：設備之間來回傳輸傳感器數據；2）交易費用：類似消耗ETH充當Gas費；3）節點費用：將一個熱點加入到區塊鏈上，報告自己的位置，購買一個區塊鏈組織唯一標識符（OUI），購買一個區塊鏈子網絡；4）區塊鏈路徑費用：購買OUls和子網絡區塊。

目前在Helium網絡中，每24字節的數據花費1個數據積分（需注意的是，在Helium網絡中，目前數據收費的情況是不變的）。此外鏈上各種交易所需的費用如下表4-1所示：

表4-1 Helium交易費用詳情

據團隊此前2021年7月28日，在Telegram社區裏披露的信息顯示，“目前每月有數以千計的物聯網設備使用Helium網絡，並且每月約花費1,730億個數據積分”，以1DataCredits =$0.00001的定價計算，即每個月在Helium中，用於支付網絡的服務費用爲$ 1,730,000。

圖4-4 熱點每天傳輸數據的花費

根據上述披露的Helium網絡中以每個月以超過3萬個熱點的速度增長，再結合表4-1我們可以計算出，假設每月新增3萬個熱點，並且這些熱點都在Helium網絡上添加了完整的熱點，那麼這將消耗3萬 *$40=$120萬的費用。

那麼實際上用於傳輸數據花費的費用，將遠低於$173萬 -$120萬=$53萬，因爲這尚未剔除在Helium鏈上發送交易、確認網關位置等費用。那麼實際情況下，每個月使用Helium網絡的物聯網設備是否真如團隊所說的“數以千計”，頭等倉對此存疑。但我們可以明確的是，目前Helium網絡中實際應用的規模仍不大，項目方還需積極拓展Helium無線網絡的實際用例。

總結：HNT代幣總供應量爲2.23億枚，目前流通量約爲42.22%，預計到2021年底，HNT的代幣流通量爲1.04億枚，約佔總量的46.64%。當前HNT每月釋放250萬枚，每兩年減半，總計發行50年。

代幣設計方面，HNT採用雙幣模型，分別爲HNT代幣和數據積分（Data Credits）。用戶通過銷燬HNT代幣產生數據積分（Data Credits）來支付網絡的服務費用。

經濟模型設計較爲合理，HNT代幣在整個生態中屬於必需品，代幣作用顯著。主要作用在於激勵熱點礦工部署和維護網絡。未來的價值更多的體現在整體無線網絡的覆蓋和質量，只有網絡規模達到一定的程度，才能使得物聯網設備在低成本、低功耗的前提下穩定的使用Helium無線網絡，從而吸引更多的開發者和企業通過使用數據積分來支付物聯網設備數據傳輸費用。

5. 競爭

5.1 行業概述

Helium是一個去中心化無線通信網絡，屬於物聯網賽道的一個細分領域，也是目前區塊鏈生態中唯一 一個提供低功耗、廣覆蓋無線網絡接入的產品。

目前Helium主要支持LoRaWAN標準的物聯網設備，旨在提供開放、大範圍的全球無線網絡覆蓋。類似Helium支持的LoRaWAN這類物聯網領域長距離的無線技術，可以細分爲：

1）低功率廣域網（Low-Power Wide-Area Network，LPWAN）：提供長距離、低傳輸速率、低功耗的廣域網絡。可用的LPWAN技術和協議分爲使用授權頻段的NB-IoT，以及使用非授權頻段的LoRa、Sigfox、Weightless、Random Phase Multiple Access（RPMA）、IEEE 802.11ah等。

2）甚小孔徑終端（Very Small Aperture Terminal, VSAT）：使用小型碟型天線，透過人造衛星傳輸之通信技術。

當前Helium採用的LongFi傳輸協議實際上是將LoRaWAN無線協議（LoRaWAN是基於LoRa的一種通訊協議）與Helium區塊鏈結合的一種無線傳輸協議，這樣任何兼容的LoRaWAN無線協議的設備都可以在Helium無線網絡上傳輸數據。

5.2 通信協議對比

LoRa、Sigfox、Weightless、IEEE 802.11ah這類廣域低頻的通訊技術比較適合物聯網的通訊場景，並且由於使用的是非授權頻段資源，一般情況下，企業不用申請牌照也可使用。

上述表5-1的通訊協議，大都適合戶外場景、大面積傳感器應用、低功耗廣域網的應用場景，只是在某些細分領域，側重點可能稍有不同。

結合上述表5-1以及實際情況，我們也可以得出：

在功耗方面：對於長距離無線的物聯網需求，由於立足點的不同，往往都不需要高效率的傳輸數據。上述廣域低頻的通訊技術，在通訊方面，主要爲低帶寬和低延遲的IoT設備添加連接選項。因此在功耗方面，相對於傳統的移動蜂窩通信都要來的低。

在傳輸速率方面：LoRa的最高傳輸速率可以達到0.3-50Kbps，相對於物聯網傳輸協議NB-IOT在傳輸速率沒有直接優勢，但是低頻低速的數據傳輸在功耗上相對也更低。

在覆蓋範圍方面：覆蓋範圍是指節點（終端）和網關（基站）的有效通信範圍，當前LoRa基站可根據部署場景的不同滿足1-20km的覆蓋範圍。在國內的頻段在470-510MHz左右，通常情況下通訊頻段越低（由於其在空氣和物體中傳播時的衰減越小）其覆蓋範圍越大。整體來看，LoRa的覆蓋範圍相對較廣。

圖5-1 不同協議間基站建設與網站租賃盈利能力對比

注：上圖5-1（a）表示城市基站建設與網絡租賃盈利能力；圖5-1（b）表示郊區基站建設與網絡租賃盈利能力。藍色代表基站建設的盈利能力，橙色代表基站網絡租賃的盈利能力。

在成本方面：上圖5-1反應了不同協議之間基站建設與網絡租賃盈利能力的對比。對於設備密度較低的Sigfox來說，基站設備租賃是沒有利潤的。由於Sigfox基站的設備容量和覆蓋範圍都比較大，所以初期需要大部分投資，之後就不需要投資那些已部署的小區了。因此，租賃成本比建造自己的基站要貴。另一方面，LoRaWAN需要在多年的運營中進行大規模站點部署。因此，在LoRaWAN逐年推出的情況下，租賃設備比部署基礎設施更有利可圖。

但Helium的模式又異於傳統企業的模式，其通過代幣激勵的方式，吸引參與者主動購買 Hotspots（熱點設備），從而轉移了項目啓動階段的建設成本。在成本方面領先於目前市面上的低功率廣域網。

目前整體上，LoRa和NB-IoT在業內受到的關注度最高。此外，相比之下，NB-IoT一直以來就是我國主推的物聯網技術標準，上層有政府的產業政策支持，中間有三大運營商的全力投入，底層有華爲的技術加持，使得NB-IoT成爲我國物聯網炙手可熱的廣闊市場。

5.3 行業前景

目前全球電信運營商已經構建了覆蓋全球的移動蜂窩網絡，然而2G、3G、4G等蜂窩網絡雖然覆蓋距離廣，但基於移動蜂窩通信技術的物聯網設備有功耗大、成本高等劣勢。當前移動蜂窩網絡的承載能力不足以支撐物與物的連接。在智能家居、工業數據採集等通信場景一般採用短距離通信技術，但對於廣範圍、遠距離的連接則需要遠距離通信技術。LPWAN技術就是爲滿足物聯網需求應運而生的遠距離無線通信技術。

圖5-2 2017-2025全球物聯網方案支出詳情

如圖5-2所示，隨着物聯網的發展和物聯網設備的普及，相應設備的安裝量和數據量呈指數級增長。根據statista預測，到2019年底，物聯網終端用戶解決方案的全球市場規模預計將增長到2,120億美元。2017年，這項技術的市場收入首次達到1,000億美元，預計到2025年，這一數字將增長到1.6萬億美元左右，未來傳感器等終端智能設備安裝量將快速增長。

值得注意的是，全球低功耗廣域網（LPWA）連接在最近5年中大幅激增。2015年，全球低功耗廣域網市場只有1000萬，到2020年這一數字已經達到了4.23億，並且預計將以30%-43%的複合年增長率增長，預計到2025年，這一領域的數值將達到25億。

LPWAN連接的目標很遠大，但是否如願且如期達成，還是得仰賴可靠的市場驅動力做後盾。

此外，Helium在未來計劃部署的5G網絡也同樣值得期待。

總結：物聯網領域對於低功率廣域網有着強大的需求，Helium目前採用的是LoRaWAN是目前的主流協議，兼容的設備較多，受衆面廣。作爲目前區塊鏈生態中唯一 一個提供低功耗、廣覆蓋無線網絡接入的產品，Helium在該賽道內的競爭優勢顯著。並且結合區塊鏈的激勵機制，在項目早期的設備搭建成本以及推廣速度方面，天然優於傳統的物聯網運營商。

6. 風險

礦工成本和收益風險：當前Hotspots熱點礦機的月收益率差異化仍特別大，Hotspots的收益受地形的開闊程度、部署的高度，天線信號的強弱、當地是否有基於Helium落地應用產生真實的數據傳輸等諸多方面影響。如果礦工沒有基於自身的地理環境進行調整優化，回本週期可能會大大拉長。

網絡穩定性風險：根據Helium白皮書所述，其旨在爲物聯網設備提供廣覆蓋範圍、低功耗的無線網絡接入，但在實際情況下，由於存在一些物理障礙，信號能否被穩定接收當前還是未知數。

物聯網設備規模問題：目前全球的物聯網市場份額雖然在不斷上漲，物聯網設備的安裝量也在不斷增加，但是實際情況是目前由於應用場景和通信上的限制，當前物聯網通信上更多會傾向使用蜂窩網絡，所以Helium的無線網絡可能由於根本沒有足夠的物聯網設備使用，導致礦工收益小，甚至出現礦工離線的現象，最後形成負循環。

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參考資料

u Helium官方資料：開發者文檔，https://docs.helium.com/開發者文檔（中文版），https://heliumchina.gitbook.io/helium/團隊領英，https://www.linkedin.com/company/heliuminc/代碼庫情況，https://github.com/helium/Helium白皮書，http://whitepaper.helium.com/Helium區塊瀏覽器，https://explorer.helium.com/Helium生態情況，https://www.helium.com/ecosystp

u 《HIP19: Approval Process For Third-Party Manufacturers》，https://github.com/helium/HIP/blob/master/0019-third-party-manufacturers.md

u 《Console 2.0 is Here!》，Jacob Swinn，https://blog.helium.com/console-2-0-is-here-bd25a3aa5ee1

u 《Introducing the Helium Blockchain》，Andrew Thompson，https://blog.helium.com/introducing-the-helium-blockchain-dc2f8997083c

u 《HIP15: Beaconing Rewards》，https://github.com/helium/HIP/blob/master/0015-beaconing-rewards.md

u FreedomFi與Helium合作部署5G網絡，https://freedomfi.com/Helium5G/

u LPWAN 技術比較：成本結構和可擴展性 , Wireless Personal Communications ( IF 1.671 ) Pub Date : 2021-07-07 , DOI: 10.1007/s11277-021-08664-0 , Mohammad Istiak Hossain, Jan I. Markendahl

u 《HIP 27: Data Credit Support for CBRS 5G on Helium Network》，https://github.com/helium/HIP/blob/master/0027-cbrs-5g-support.md

u 《HIP 20: HNT Max Supply》，https://github.com/helium/HIP/blob/master/0020-hnt-max-supply.md

u 《Investing in Helium》，Ali Yahya, Guy Wuollet, and Eddy Lazzarin，https://a16z.com/2021/08/10/investing-in-helium/

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