浅谈物联网手艺之通讯协议的纷争

【通讯协议】本文针关于物联网场景中的一些通讯协媾和各人做一个简朴的分享，希望能给各人带来更多启发。

宣布时间：2018-03-23
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我想谈论

随着互联网的迅速生长，越来越多的信息孤岛已经实现了联通，在此基础上，实现万物互联已经不再是遥不可及的梦想。不知不觉间，我们在生涯中已经最先接触物联网的相关手艺甚至是产品。

下面我将针关于物联网场景中的一些通讯协媾和各人做一个简朴的分享，希望能给各人带来更多启发。

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▲ 本文头脑导图概览

物联网架构

物联网的基本架构包括三个层面：感知层、网络层和应用层。

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▲ 物联网架构图

感知层

通过传感器收罗某些数据（声、光、电等），基于网络层的终端模组，对接到网络层的基站，实现数据收罗后的传输。

网络层

认真将感知层收罗的数据举行回传，基于差别特点接纳差别的通讯协议手艺举行回传至关主要，这也是本文重点所讨论的内容。

应用层

可以明确为物联网的数据平台和营业平台。数据平台作为所有物联网终端数据的荟萃点，认真数据的统一存储、剖析等，北向通过标准的API接口提供应营业平台做数据挪用；营业平台基于数据平台的原始数据实现种种营业逻辑，对外泛起的是服务。

其中，聚焦于网络层的通讯协议，则是群雄逐鹿，百家争鸣。

近距离通讯手艺

当下盛行的Wi-Fi手艺，数据传输速率飞快，尤其802.11ax手艺即将降生，理论上8条流不是梦。然而陪同速率的提升，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举行桥接，必将大幅提升本钱。因此，Wi-Fi手艺更适合供PC及PDA等终端应用的室内无线上网场景。

蓝牙手艺与Wi-Fi在2.4G频段上有交接，以是同频段会有一些滋扰问题的爆发。蓝牙的耗电情形比Wi-Fi稍微低一些，而传输速率远缺乏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手艺的功耗较量小，通讯距离也较量短，是一种短距离低功耗的手艺，主要应用于无线传感器及医疗场景等。

UWB超宽带手艺频段较为清洁，没有其他频段的滋扰，在高精度定位的场景下应用更多。

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▲ 通讯协议比照

以上手艺更适合近距离场景的数据传输，那么在远距离场景下又有哪些手艺呢？

远距离通讯手艺

运营商提供的4G网络，是人们生涯中应用最多的，甚至凌驾Wi-Fi。它可以做到长距离传输，速率也很可观，不管在室内照旧室外，这种手艺看起来很优越。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，使用太阳能电池板举行取电。

在远距离场景下，若是终端不可解决供电问题，那么需要一种具有更低功耗，笼罩规模更大的手艺来知足这个场景下的物联网通讯需求。于是在营业和手艺的驱动下，一些专家和企业为相识决这个问题，研究出一种新型的通讯手艺——LPWAN，即低功耗广域网手艺。

LPWAN的目的是为物联网应用中的M2M（装备到装备）通讯场景而优化的远距离无线网络通讯手艺。LPWAN手艺的优势主要体现在：低速率，超低功耗，长距离，低吞吐，强笼罩。这些特点恰恰说明，此项手艺正是针对物联网在长距离传输的场景下开发的。详细应用如：城区笼罩、远程抄表、井盖检测以及近海渔船检测等。

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▲ LPWAN手艺特点

LPWAN作为一个新的手艺阵营，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，古板的GPRS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）物联网手艺迁徙到GSM上，追求比古板GPRS高20dB的更广的笼罩规模，并提出五大目的：提升室内笼罩性能、支持大规模装备毗连、减小装备重大性、减小功耗和时延。到了2015年，TSG GERAN #67聚会报告体现，EC-GSM已知足5大目的。但随着R13 NB-IoT标准冻结之后，人们将更多精神投入到了重新界说的标准当中。

eMTC

eMTC的看法在R13中被正式命名，以前的R12被称为Low-Cost MTC，它是基于LTE演进的物联网手艺。eMTC基于蜂窝网举行安排，用户装备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽，可直接接入现有的LTE网络。eMTC的要害能力在于速率高（相较于GPRS、zigbee等）、可移动、可定位以及支持语音。

NB-IoT

最近特殊火热的NB-IoT着实是NB-CIoT和NB-LTE两者的融合。NB-CIoT提出了全新的空口手艺，较古板LTE网络改动较大，他知足于TSG GERAN#67聚会上提出的五大目的，其亮点在于通讯�？楸厩陀贕SM及NB-LTE的�？�。而NB-LTE则与现有的LTE兼容，特点是利于安排。在强烈的争论后，终于对两者加以融合，形成了NB-IoT的手艺标准。

NB-IoT全称为窄带物联网，可以直接安排于LTE网络，优异的兼容性降低了安排的本钱。其自己具有更低的功耗，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。�？楸厩慕档�，也让市场更多的公司最先应用这项手艺，风行天下的共享单车就是其一。某公司第三代的智能锁就接纳了NB-IoT的模组，一方面是运营商的鼎力大举推广，另一方面也确实带来了价值。

LoRa

与NB-IoT齐头并进生长的就是LoRa，与之差别的是LoRa手艺使用非授权频段。它是由Semtech公司接纳和推广的一种基于扩频手艺的超远距离无线传输手艺。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“适用”的价值。以是人们更青睐于CN470-CN510这个频段，它的最大发射功率可以抵达17dBm（50mW）。

类比于Wi-Fi同盟，LoRa也有对应的LoRa同盟，旨为配合建设标准和规范，LoRaWAN就是这样的产品。

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▲ LoRa与NB-IoT比照

基于本钱的思量，LoRa的模组单价在8-10美元左右，并且非授权频段也不需要支付特另外频谱本钱，相比于NB-IoT而言，本钱方面具有较大优势。在电池性能方面，由于NB-IoT在蜂窝授权频谱上事情，以是需要准时举行网络同步，会消耗响应的电量，而LoRa则无此担心，但NB-IoT的这个特征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事情。另外，从商业模式上来看，NB-IoT属于运营商建网，营业方不需要自己来思量基站的安排，较量省心；但与此同时，网络的质量、清静都是不可控的危害，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，基站需自己安排，后续运维、优化等，笼罩的点位、网络质量及清静等维度都要自己认真。

阻止现在，没有哪个物联网手艺能够成为真正的主流，敌手艺自己而言，没有绝对的完善；从营业出发，更是需要团结营业特点、商业模式去选择更适合的物联网手艺。

物联网手艺的生长陪同各方“英雄”群雄逐鹿，未来会不会三足鼎峙或由新的势力一统天下，让我们拭目以待。

本文作者：刘洋

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