物联⽹架构的简单表达:感知层、⽹络层、应⽤层
感知层通过传感器采集某些数据(声、光、电等),基于⽹络层的终端模组,对接到⽹络层的,实现数据采集后的传输。感知层在设备的低功耗、边缘计算和⽆线能量与信号同步传输等⽅⾯有巨⼤的研究前景。 ⽹络层负责将感知层采集的数据进⾏回传,基于不同特点采⽤不同的通信协议技术进⾏回传⾄关重要,这也是本⽂重点所讨论的内容。
应⽤层可以理解为物联⽹的数据平台和业务平台。数据平台作为所有物联⽹终端数据的集合点,负责数
据的统⼀存储、分析等,通过标准的API接⼝提供给业务平台做数据调⽤;业务平台基于数据平台的原始数据实现各种业务逻辑,对外呈现的是服务。
在物联⽹的⽹络中,设备按照⽹络接⼊类型可分为两类:
氧化亚铁1. ⼀类是其⾃⾝天然⽀持TCP/IP⽽能直接接⼊物联⽹,如wifi、GPRS、3G、4G(当然,还有即将到来的5G)等设备;
游离龈2. 另⼀类是其未能⽀持IP协议⽽需要⽹关(协议转换)来接⼊物联⽹,如Zigbee、蓝⽛等设备。对于蓝⽛设备⽽⾔,⼿机其实是⼀个⽹
关。
聚焦于⽹络层的通信协议,当前则是雄逐⿅,百家争鸣。
在近距离通信技术⽅⾯主要有Wi-Fi、蓝⽛、Zigbee、UWB超宽带
Wi-Fi技术是当下最流⾏的数据传输技术,速度飞快,尤其802.11ax技术即将诞⽣,理论上8条流不是梦。然⽽伴随速度的提升,耗电量急剧增⼤,且传输距离也成为难题,长距离传输需要每隔⼀定距离放⼀个AP进⾏桥接,这必将⼤幅提升成本。因此,Wi-Fi技术更适合供PC 及PDA等终端应⽤的室内⽆线上⽹场景。
蓝⽛技术与Wi-Fi在2.4G频段上有交接,所以同频段会有⼀些⼲扰问题的产⽣。蓝⽛的耗电情况⽐Wi-Fi稍微低⼀些, ⽽传输速度远不及Wi-Fi。在资产追踪、定位标签以及医疗传感器等场景下应⽤较多,如智能⼿表,蓝⽛定位等。
Zigbee技术的功耗⽐较⼩,通信距离也⽐较短,是⼀种短距离低功耗的技术,主要应⽤于⽆线传感器及医疗场景等。
十六大领导班子
UWB超宽带技术频段较为⼲净,没有其他频段的⼲扰,在⾼精度定位的场景下应⽤更多。
在远距离通信技术⽅⾯主要有EC-GSM、eMTC、NB-IoT、LoRa
运营商提供的4G⽹络,是⼈们⽣活中应⽤最多的,甚⾄超过Wi-Fi。它可以做到长距离传输,⽆论在室内还是室外,速度都很可观。这种技术看起来很优越,但其功耗较⼤,只能应⽤于终端可⾃取电的物联⽹场景,如某公司的共享单车,利⽤太阳能电池板进⾏取电。
在远距离场景下,如果终端不能解决供电问题,那么需要⼀种具有更低功耗,覆盖范围更⼤的技术来满⾜这个场景下的物联⽹通信需求。于是在业务和技术的驱动下,⼀些专家和企业为了解决这个问题,研究出⼀种新型的通信技术——LPWAN,即低功耗⼴域⽹技术。碱性硅溶胶
LPWAN的⽬标是为物联⽹应⽤中的M2M(设备到设备)通信场景⽽优化的远距离⽆线⽹络通讯技术。LPWAN技术的优势主要体现在:低速率、超低功耗、长距离、低吞吐、强覆盖。这些特点恰好说明,此项技术正是针对物联⽹在长距离传输的场景下开发的。具体应⽤如:城区覆盖、远程抄表、井盖检测以及近海渔船检测等。
LPWAN作为⼀个新的技术阵营,其内部分为两⼤派系:授权频段和⾮授权频段。授权频段⼜分为EC-GSM、eMTC以及NB-IoT;⽽⾮授权频段的“头牌”则是LoRa。
EC-GSM:随着LPWAN的兴起,传统的GRPS应⽤于物联⽹的劣势愈发明显。2014年,3GPP研究项
⽬提出,将窄带(200kHz)物联⽹技术迁移到GSM上,寻求⽐传统GPRS⾼20dB的更⼴的覆盖范围,并提出五⼤⽬标:提升室内覆盖性能、⽀持⼤规模设备连接、减⼩设备复杂性、减⼩功耗和时延。到了2015年,TSG GERAN #67会议报告表⽰,EC-GSM已满⾜5⼤⽬标。但随着R13 NB-IoT标准冻结之后,⼈们将更多精⼒投⼊到了重新定义的标准当中。
eMTC:eMTC的概念在R13中被正式命名,以前的R12被称为Low-Cost MTC,它是基于LTE演进的物联⽹技术。eMTC基于蜂窝⽹进⾏部署,⽤户设备通过⽀持1.4MHz的射频和基带带宽,可直接接⼊现有的LTE⽹络。eMTC的关键能⼒在于速率⾼(相较于GPRS、zigbee 等)、可移动、可定位以及⽀持语⾳。
NB-IoT:最近特别⽕热的NB-IoT其实是NB-CIoT和NB-LTE两者的融合。NB-CIoT提出了全新的空⼝技术,较传统LTE⽹络改动较⼤,他满⾜于TSG GERAN#67会议上提出的五⼤⽬标,其亮点在于通信模块成本低于GSM及NB-LTE的模块。⽽NB-LTE则与现有的LTE兼容,特点是利于部署。在激烈的争论后,终于对两者加以融合,形成了NB-IoT的技术标准。
NB-IoT全称为窄带物联⽹,可以直接部署于LTE⽹络,良好的兼容性降低了部署的成本。其本⾝具有更低的功耗,理论上估算,承载NB-IoT的终端模组基于电池的待机时间可达10年之久。模块成本的降低,也让市场更多的公司开始应⽤这项技术,风靡全国的共享单车就是其⼀。某公司第三代的智能锁就采⽤了NB-IoT的模组,⼀⽅⾯是运营商的⼤⼒推⼴,另⼀⽅⾯也确实带来了价值。
劳埃德
全能住宅改造王2011LoRa:与NB-IoT齐头并进发展的就是LoRa,与之不同的是LoRa技术使⽤⾮授权频段。它是由Semtech公司采⽤和推⼴的⼀种基于扩频技术的超远距离⽆线传输技术。LoRa全称是Long Range,顾名思义,LoRa可以⽀持长距离传输。在中国,LoRa可以使⽤的频段有两个:CN779-787以及CN470-CN510。由于CN779-787最⼤发射功率只有10dBm(10mW),并没有“实⽤”的价值。所以⼈们更青睐于CN470-CN510这个频段,它的最⼤发射功率可以达到17dBm(50mW)。
类⽐于Wi-Fi联盟,LoRa也有对应的LoRa联盟,旨为共同建⽴标准和规范,LoRaWAN就是这样的产物。
LoRa与NB-IoT对⽐
基于成本的考虑,LoRa的模组单价在8-10美元左右,⽽且⾮授权频段也不需要⽀付额外的频谱成本,相⽐于NB-IoT⽽⾔,成本⽅⾯具有较⼤优势。在电池性能⽅⾯,由于NB-IoT在蜂窝授权频谱上⼯作,所以需要定时进⾏⽹络同步,会消耗相应的电量,⽽LoRa则⽆此担忧,但NB-IoT的这个特性也受到共享单车的热烈欢迎,可以基于此来做车辆的实时定位⼯作。另外,从商业模式上来看,NB-IoT属于运营商建⽹,业务⽅不需要⾃⼰来考虑的部署,⽐较省⼼;但与此同时,⽹络的质量、安全都是
不可控的风险,且企业⾃⾝的增值也会受到⼀定阻碍。反观LoRa,属于企业⾃建⽹络,需⾃⼰部署,后续需⾃⼰运维、优化等,覆盖的点位、⽹络质量及安全等维度都要⾃⼰负责。
截⽌⽬前,没有哪个物联⽹技术能够成为真正的主流,对技术本⾝⽽⾔,没有绝对的完美;从业务出发,更是需要结合业务特点、商业模式去选择更适合的物联⽹技术。