物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議紛爭：群雄逐鹿 百家爭鳴

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，越來越多的信息孤島已經(jīng)實現(xiàn)了聯(lián)通，在此基礎上，實現(xiàn)萬物互聯(lián)已經(jīng)不再是遙不可及的夢想。不知不覺間，我們在生活中已經(jīng)開始接觸物聯(lián)網(wǎng)的相關技術甚至是產(chǎn)品。

　　下面我將針對物聯(lián)網(wǎng)場景中的一些通信協(xié)議和大家做一個簡單的分享，希望能給大家?guī)砀鄦l(fā)。

　　本文思維導圖概覽

　　物聯(lián)網(wǎng)的基本架構包括三個層面：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。

　　物聯(lián)網(wǎng)架構圖

　　感知層通過傳感器采集某些數(shù)據(jù)(聲、光、電等)，基于網(wǎng)絡層的終端模組，對接到網(wǎng)絡層的基站，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集后的傳輸。

　　網(wǎng)絡層負責將感知層采集的數(shù)據(jù)進行回傳，基于不同特點采用不同的通信協(xié)議技術進行回傳至關重要，這也是本文重點所討論的內(nèi)容。

　　應用層可以理解為物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)平臺和業(yè)務平臺。數(shù)據(jù)平臺作為所有物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)的集合點，負責數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、分析等，北向通過標準的API接口提供給業(yè)務平臺做數(shù)據(jù)調用;業(yè)務平臺基于數(shù)據(jù)平臺的原始數(shù)據(jù)實現(xiàn)各種業(yè)務邏輯，對外呈現(xiàn)的是服務。

　　其中，聚焦于網(wǎng)絡層的通信協(xié)議，則是群雄逐鹿，百家爭鳴。

　　當下最流行的Wi-Fi技術數(shù)據(jù)傳輸速度飛快，尤其802.11ax技術即將誕生，理論上8條流不是夢。然而伴隨速度的提升，耗電量急劇增大，且傳輸距離也成為難題，長距離傳輸需要每隔一定距離放一個AP進行橋接，這必將大幅提升成本。因此，Wi-Fi技術更適合供PC及PDA等終端應用的室內(nèi)無線上網(wǎng)場景。

　　藍牙技術與Wi-Fi在2.4G頻段上有交接，所以同頻段會有一些干擾問題的產(chǎn)生。藍牙的耗電情況比Wi-Fi稍微低一些， 而傳輸速度遠不及Wi-Fi。在資產(chǎn)追蹤、定位標簽以及醫(yī)療傳感器等場景下應用較多，如智能手表，藍牙定位等。

　　Zigbee技術的功耗比較小，通信距離也比較短，是一種短距離低功耗的技術，主要應用于無線傳感器及醫(yī)療場景等。

　　UWB超寬帶技術頻段較為干凈，沒有其他頻段的干擾，在高精度定位的場景下應用更多。

　　通信協(xié)議對比

　　以上技術更適合近距離場景的數(shù)據(jù)傳輸，那么在遠距離場景下又有哪些技術呢?

　　運營商提供的4G網(wǎng)絡，是人們生活中應用最多的，甚至超過Wi-Fi。它可以做到長距離傳輸，無論在室內(nèi)還是室外，速度都很可觀。這種技術看起來很優(yōu)越，但其功耗較大，只能應用于終端可自取電的物聯(lián)網(wǎng)場景，如某公司的共享單車，利用太陽能電池板進行取電。

　　在遠距離場景下，如果終端不能解決供電問題，那么需要一種具有更低功耗，覆蓋范圍更大的技術來滿足這個場景下的物聯(lián)網(wǎng)通信需求。于是在業(yè)務和技術的驅動下，一些專家和企業(yè)為了解決這個問題，研究出一種新型的通信技術——LPWAN，即低功耗廣域網(wǎng)技術。

　　LPWAN的目標是為物聯(lián)網(wǎng)應用中的M2M(設備到設備)通信場景而優(yōu)化的遠距離無線網(wǎng)絡通訊技術。LPWAN技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：低速率、超低功耗、長距離、低吞吐、強覆蓋。這些特點恰好說明，此項技術正是針對物聯(lián)網(wǎng)在長距離傳輸?shù)膱鼍跋麻_發(fā)的。具體應用如：城區(qū)覆蓋、遠程抄表、井蓋檢測以及近海漁船檢測等。

　　LPWAN技術特點

　　LPWAN作為一個新的技術陣營，其內(nèi)部分為兩大派系：授權頻段和非授權頻段。授權頻段又分為EC-GSM、eMTC以及NB-IoT;而非授權頻段的“頭牌”則是LoRa。

　　EC-GSM

　　隨著LPWAN的興起，傳統(tǒng)的GRPS應用于物聯(lián)網(wǎng)的劣勢愈發(fā)明顯。2014年，3GPP研究項目提出，將窄帶(200kHz)物聯(lián)網(wǎng)技術遷移到GSM上，尋求比傳統(tǒng)GPRS高20dB的更廣的覆蓋范圍，并提出五大目標：提升室內(nèi)覆蓋性能、支持大規(guī)模設備連接、減小設備復雜性、減小功耗和時延。到了2015年，TSG GERAN #67會議報告表示，EC-GSM已滿足5大目標。但隨著R13 NB-IoT標準凍結之后，人們將更多精力投入到了重新定義的標準當中。

　　eMTC

　　eMTC的概念在R13中被正式命名，以前的R12被稱為Low-Cost MTC，它是基于LTE演進的物聯(lián)網(wǎng)技術。eMTC基于蜂窩網(wǎng)進行部署，用戶設備通過支持1.4MHz的射頻和基帶帶寬，可直接接入現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡。eMTC的關鍵能力在于速率高(相較于GPRS、zigbee等)、可移動、可定位以及支持語音。。

　　NB-IoT

　　最近特別火熱的NB-IoT其實是NB-CIoT和NB-LTE兩者的融合。NB-CIoT提出了全新的空口技術，較傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡改動較大，他滿足于TSG GERAN#67會議上提出的五大目標，其亮點在于通信模塊成本低于GSM及NB-LTE的模塊。而NB-LTE則與現(xiàn)有的LTE兼容，特點是利于部署。在激烈的爭論后，終于對兩者加以融合，形成了NB-IoT的技術標準。

　　NB-IoT全稱為窄帶物聯(lián)網(wǎng)，可以直接部署于LTE網(wǎng)絡，良好的兼容性降低了部署的成本。其本身具有更低的功耗，理論上估算，承載NB-IoT的終端模組基于電池的待機時間可達10年之久。模塊成本的降低，也讓市場更多的公司開始應用這項技術，風靡全國的共享單車就是其一。某公司第三代的智能鎖就采用了NB-IoT的模組，一方面是運營商的大力推廣，另一方面也確實帶來了價值。

　　LoRa

　　與NB-IoT齊頭并進發(fā)展的就是LoRa，與之不同的是LoRa技術使用非授權頻段。它是由Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸技術。LoRa全稱是Long Range，顧名思義，LoRa可以支持長距離傳輸。在中國，LoRa可以使用的頻段有兩個：CN779-787以及CN470-CN510。由于CN779-787最大發(fā)射功率只有10dBm(10mW)，并沒有“實用”的價值。所以人們更青睞于CN470-CN510這個頻段，它的最大發(fā)射功率可以達到17dBm(50mW)。

　　類比于Wi-Fi聯(lián)盟，LoRa也有對應的LoRa聯(lián)盟，旨為共同建立標準和規(guī)范，LoRaWAN就是這樣的產(chǎn)物。

　　LoRa與NB-IoT對比

　　基于成本的考慮，LoRa的模組單價在8-10美元左右，而且非授權頻段也不需要支付額外的頻譜成本，相比于NB-IoT而言，成本方面具有較大優(yōu)勢。在電池性能方面，由于NB-IoT在蜂窩授權頻譜上工作，所以需要定時進行網(wǎng)絡同步，會消耗相應的電量，而LoRa則無此擔憂，但NB-IoT的這個特性也受到共享單車的熱烈歡迎，可以基于此來做車輛的實時定位工作。另外，從商業(yè)模式上來看，NB-IoT屬于運營商建網(wǎng)，業(yè)務方不需要自己來考慮基站的部署，比較省心;但與此同時，網(wǎng)絡的質量、安全都是不可控的風險，且企業(yè)自身的增值也會受到一定阻礙。反觀LoRa，屬于企業(yè)自建網(wǎng)絡，基站需自己部署，后續(xù)需自己運維、優(yōu)化等，覆蓋的點位、網(wǎng)絡質量及安全等維度都要自己負責。

　　截止目前，沒有哪個物聯(lián)網(wǎng)技術能夠成為真正的主流，對技術本身而言，沒有絕對的完美;從業(yè)務出發(fā)，更是需要結合業(yè)務特點、商業(yè)模式去選擇更適合的物聯(lián)網(wǎng)技術。