头等仓：五分钟简析去中心化无线通信网络 Helium

本报告发布于 2021 年 2 月初

Helium 旨在为物联网设备提供低功耗广覆盖的无线网络接入。其团队在 2013 年预见物联网的发展趋势，在当时决定尝试创业，但是可能由于定位和时机原因没有成功。之后其在 2018 年重新结合区块链技术，将经济模型应用到整个生态发展。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），并通过设置部署 Hotspot 为附近的物联网设备提供无线网络接入。其热点矿机采用 LongFi 无线协议（一个在 Sub-GHz 频段的 Apache 许可的开源协议，拥有低功耗、广覆盖的特点）提供无线网络覆盖，从而使得物联网设备可以使用 Helium 无线网络在低功耗的情况下传输数据。

基本面简介

团队

根据 领英 显示 ，Helium 团队有 50 人，其中官网披露的核心团队成员有：

Amir Haleem，首席执行官 & 创始人，热门电子竞技社区 esreality.com 的联合创始人，在电子游戏行业有很长的职业生涯，并且在游戏初创公司 Diversion 担任首席技术官。

Shawn Fanning，创始人 & 顾问，美国程序员、企业家和天使投资人，1999 年，他建立了第一个流行的 P2P 文件共享平台 Napster，也是 Path 和 Airtime 的联合创始人。

Marc Nijdam，首席技术官，主要负责 Helium 的销售、营销和业务开发，曾在网络安全领域工作了 20 年，包括 Hortonworks 的首席营销官、Palo Alto Networks 的营销高级副总裁和 HP 的安全副总裁 / 总经理。

Frank Mong，首席运营官，主要负责 Helium 的销售、营销和业务开发，曾在网络安全领域工作了 20 年，包括 Hortonworks 的首席营销官、Palo Alto Networks 的营销高级副总裁和 HP 的安全副总裁 / 总经理。

资金

表 1 Helium 融资详情

从上表 1 可以计算出，Helium 总计获得约 5,380 万美元融资额。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。

技术

Helium 的共识机制是 PoC （Proof of Coverage：覆盖度证明）。PoC 机制是指当 Hotspot 被不同的个人所拥有后，它们（Hotspot）之间如何协同，为网络提供无线连接覆盖的。PoC 就像网络健康的自动检测机制，每一个 Hotspot 都有一个完整的区块链节点。Hotspot 会一直向区块链询问以验证网络是否依然有效且提供有效覆盖的。Hotspot 也会一直询问来质询 PoC 小组。质询与证明 Hotspot 的行为用来验证 Hotspot 完成了有效网络覆盖。

图 1 Helium 系统整体流程

如图 1 所示，Helium 网络是一个广域无线网络。通过覆盖证明（Proof-of-Coverage），提供无线网络覆盖的矿工（Gateway）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，提交最佳证明的矿工将在一个固定的时期被选到一个异步拜占庭容错（借鉴 ByzCoin 的 HoneyBadgerBFT 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）共识组，随后共识组的成员接收其他矿工提交的交易，将其打包成块。整体网络流程如下：

Bob 通过购买 Hotspots 矿机并且通过覆盖证明（Proof-of-Coverage）和质押代币加入 Helium 网络为物联网设备提供无线网络覆盖；

Alice 的兼容 WHIP 协议的智能水表需要发送数据包到终端管理系统，通过支付代币给 Bob （矿工），使用他提供的无线网络从互联网收发数据，其中包括上传水表运行状态等，以及下行 OTA 升级；

路由器（Router）通过从矿工 Bob 的 Hotspots 上获取数据包的副本，确定智能水表的位置，并且将数据包（包括智能水表的运行状态等）路由到目标地址。

产品

目前 Helium 官网主要披露了 5 款产品：HNT Outdoor Hotspot Miner、HNT Indoor Hotspot Miner、RAK 热点矿机、Bobcat Miner 和 Helium Tabs 跟踪设备，用户可以通过部署 Hotspot 或者 RAK 热点矿机，提供无线网络覆盖，并获取相应代币奖励。

HNT Outdoor Hotspot Miner：一款坚固耐用的工业级户外矿机，封装在 IP67 级外壳中，旨在抵御极端的灰尘、高温和其他恶劣条件。这些热点具有远程访问功能，并有可能扩大 Helium 网络的地理分布，为密林、海滩和山顶等亟待开发的区域的物联网传感器带来连接。售价 $488/ 台。

HNT Indoor Hotspot Miner：对用户来说更有吸引力的室内矿机，售价 $348/ 台。

RAK 热点矿机：由中国的物联网硬件制造商 RAK Wireless 制造的新一代热点机。其售价约为 300 美元，当前在北美、亚洲、欧洲均已开始发售。更低的矿机售价，有利于降低矿工进入网络的门槛，促进网络节点数量的增加。售价 $300/ 台。

Bobcat Miner：EasyLinkIn 的 Bobcat 矿机是最新获得社区认可并通过技术审核的热点。它是一款 LoRaWAN 网关，功耗低，平均使用寿命约为 10 年。售价 $309/ 台。

Helium Tabs 跟踪设备：用户可以使用移动设备应用程序来跟踪标签追踪器，可以查看到之前去过的位置以及当前位置。共享单车公司 Lime 已经使用 Helium 追踪它们的自行车。售价 $49。

Helium 网络情况

图 2 Helium 网络覆盖状况

截至 2021 年 2 月 3 日，Helium 的无线网络总共有 17,674 个节点。如图 2 所示，目前 Helium 节点主要集中在美国和欧洲地区，中国的节点相对较少。不过国内目前已有霍比特 HBTC、深圳 RAK 和武汉 EasyLinkin 等企业接入 Helium，团队目前已开始布局中国市场。

经济模型

随着 HIP-20 提案的通过，Helium 代币总供应量为 223,000,000 枚，没有预挖矿。截止 2020 年 11 月 20 日 17 时 25 分，已经有 68,662,912 枚 HNT 流通。当前每月会发行 500 万 HNT，从 2021 年 8 月 1 日开始，HIP-20 提案将生效，并将每月发行量降低为 250 万 HNT。

表 2 Helium 代币分配详情

当前主要获取 HNT 的方式主要有以下四种：

网络数据传输：热点通过转发数据包获取相应奖励；

覆盖证明：验证节点无线网络覆盖范围；

参加区块链网络共识：热点验证链上交易并且打包区块，当前主要基于热点的网络覆盖和质量给予声誉评分，高评分更有概率被选择加入共识组参加 Helium 链上共识并获取奖励；

挑战：挑战者通过使用覆盖证明机制来验证热点提供的无线网络覆盖。

代币作用

目前 Helium 采用双币模型，即 Helium 代币（HNT）和流量积分（Data Credits）。流量积分主要用于支付使用网络产生的费用，比如物联网设备需要传输数据时使用流量积分支付给热点矿工，以获得网络接入以及链上交易费用。当前 Helium 代币（HNT）主要作用有以下两点：

激励热点矿工部署和维护无线网络覆盖；

企业和开发人员通过销毁 HNT 代币产生数据积分来支付数据传输费用给热点矿工。

综合评价

缺点

不同的热点因为位置、网络等原因获取的收益不同，因此回收成本的时间会有差异。据头等仓调查，对于普通的热点，目前挖矿收益大约 7 天有 1.65 个 HNT （网络中没有数据使用的前提下），按照目前 HNT 目前市场价格 $2.5，一台矿机 $300 估算，其成本回收周期大约在 17 个月。不过，由于市场币价波动和挖矿难度影响，HNT 挖矿预期收益可能与实际收益有所偏差，不保证用户 HNT 挖矿的绝对收益。

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。

优点

低功耗、广覆盖无线网络：由于物联网设备在一般情况下，地理分布较为分散，而且数据量较小。当前 Helium 主要是针对物联网设备提供低功耗、广覆盖的无线网络，从某种程度上符合物联网设备的数据传输需求。

独创的覆盖证明：通过覆盖证明可以有效验证热点的实际运行情况和网络覆盖范围，通过激励机制促使矿工稳定运行和维护网关以提供无线网络覆盖。

WHIP 无线协议：采用 WHIP 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 的非授权频段，而且能在非授权频段内创建多个频道，并使用跳频在频道之间切换，从某种程度上可以在有噪声的射频环境中工作而不受干扰，并且提高数据传输速率。

团队开始布局中国市场，目前已有霍比特 HBTC、深圳 RAK 和武汉 EasyLinkin 等中国企业接入 Helium 物联网。亚洲、中国市场可能是 Helium 团队未来发展重点。长远来看，项目有较大可能落地，成为物联网基础设施的一部分。

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