窄帶物聯(lián)網(wǎng)上的MQTT如何毀掉您的項目

MQTT 是一種用于連接物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的流行協(xié)議。但它與窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）不兼容，后者是大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)項目越來越流行的通信標(biāo)準(zhǔn)。它在原型設(shè)計期間工作正常，給公司一個錯誤的印象，即MQTT是正確的協(xié)議選擇。

但是，使用 MQTT 的產(chǎn)品在現(xiàn)場時很有可能會遇到性能問題或完全出現(xiàn)故障。許多制造商和系統(tǒng)集成商沒有意識到隨之而來的風(fēng)險，這一事實加劇了這個問題：高費用的支持工作，需要重新吸引開發(fā)團(tuán)隊，將固件更新分發(fā)到設(shè)備組的問題以及產(chǎn)品召回。

NB-IoT是一種蜂窩技術(shù)，適用于受限的（通常）電池供電設(shè)備，屬于低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）網(wǎng)絡(luò)類別。與LTE等更傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)相比，它承諾成本低，電池壽命長，覆蓋范圍更廣。它是資產(chǎn)跟蹤、智能計量、智能城市和其他需要很少數(shù)據(jù)（如地理定位、傳感器數(shù)據(jù)或錯誤代碼）的連接設(shè)備的理想選擇，并且已經(jīng)用于部署與日俱增的實際應(yīng)用中。

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)目前在64個國家（包括美國，中國，澳大利亞和歐洲大部分地區(qū)）運營，全球166家運營商正在投資擴(kuò)大這一覆蓋范圍。但是，盡管它有好處，但仍然存在一個未被宣傳的潛在障礙，如果它沒有在產(chǎn)品開發(fā)早期被發(fā)現(xiàn)，可能會阻止10年或更長時間的穩(wěn)定產(chǎn)品生命周期。

NB-物聯(lián)網(wǎng)的工作方式與互聯(lián)網(wǎng)的其余部分不同

NB-IoT針對用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）進(jìn)行了優(yōu)化，但大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)使用傳輸控制協(xié)議（TCP）進(jìn)行基本通信。TCP是某些項目（如網(wǎng)站，文件下載和電子郵件）的不錯選擇，因為它可以保證數(shù)據(jù)到達(dá)，按正確的順序排列，并允許在損壞的情況下進(jìn)行錯誤檢測和重新傳輸。

但是TCP需要對設(shè)備本身有更多的處理能力，導(dǎo)致更多的能源消耗，并且消耗更多的流量。如果您的設(shè)備想要發(fā)送單個字節(jié)（例如，指示燈打開或關(guān)閉，以 1 或 0 的形式發(fā)送），則開銷 TCP 元數(shù)據(jù)是另一個 40 字節(jié)。在實踐中，數(shù)據(jù)很少以單個字節(jié)發(fā)送，但值得注意的是，因為蜂窩數(shù)據(jù)傳輸是一個沉重的能源消耗，必須在電池供電的設(shè)備上最小化。

更糟糕的是，如果來自其他設(shè)備的無線電干擾，如果設(shè)備位于地下室等接收較差的區(qū)域，或者數(shù)據(jù)丟失或損壞，則TCP的重傳機(jī)制將啟動并消耗更多數(shù)據(jù)。這些場景在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中很常見，這意味著設(shè)備再次發(fā)送整個數(shù)據(jù)包，相當(dāng)于兩倍的流量和兩倍的能量。

這些特性使 TCP 成為電池供電設(shè)備或受限硬件的不良選擇。由于NB-IoT針對受限設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，因此3GPP圍繞全局UDP對其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。

在網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航物聯(lián)網(wǎng)上使用 MQTT 時的陷阱

許多產(chǎn)品制造商選擇MQTT作為設(shè)備和云之間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，因為它得到了云提供商和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支持平臺的廣泛支持。他們也經(jīng)常選擇MQTT，僅僅是因為他們在開發(fā)以前使用Wi-Fi或LTE的連接產(chǎn)品時使用了MQTT。

但 MQTT 依賴于 TCP 的糾錯和重傳方案，并且與無線網(wǎng)絡(luò)、LTE 和以太網(wǎng)配合良好。這并不是說TCP與NB-IoT不兼容，但是當(dāng)公司試驗該技術(shù)時（例如，在構(gòu)建原型時），他們的工作條件并不反映設(shè)備在其部署生命周期的后期會遇到的情況。

因此，如果您有“足夠好”的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，MQTT和TCP可以很好地工作。而且，由于大多數(shù)辦公室不在地下和/或位于無線電覆蓋范圍很大的大城市，而這些問題很少，因此許多公司認(rèn)為MQTT將自動工作以用于其特定用途。畢竟，原型是成功的，所以他們在不知不覺中向市場發(fā)布了一個低于標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

然后，一旦部署，他們開始收到來自有問題的客戶的投訴，因為他們不知道將支持NB-IoT的設(shè)備放置在接收不良的地下室的后果。

像任何技術(shù)一樣，TCP連接可能會并且將會失敗，從而導(dǎo)致重復(fù)的數(shù)據(jù)重新傳輸。這導(dǎo)致流量浪費在實際業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以外的開銷上，電池壽命縮短，用戶體驗不佳。

對于使用TCP的項目來說，還有另一個滴答作響的定時炸彈：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)越擁擠，TCP連接失敗的頻率就越高。因此，即使公司針對不良的本地接收優(yōu)化其設(shè)備，性能也會隨著時間的推移而降低。

解決業(yè)務(wù)影響

起初似乎是一個好的產(chǎn)品發(fā)布，現(xiàn)在可能會帶來災(zāi)難。高延遲會導(dǎo)致糟糕的用戶體驗，并且根據(jù)用例，可能會完全破壞項目。然后，最終用戶理所當(dāng)然地抱怨他們的設(shè)備無法按預(yù)期工作。

因此，必須重組開發(fā)團(tuán)隊，或者必須組建一個不了解系統(tǒng)的新團(tuán)隊進(jìn)行改進(jìn)。然后必須推出新的解決方案，這對于處于脫機(jī)狀態(tài)的設(shè)備來說是棘手的，因為這意味著客戶必須退回產(chǎn)品或必須將技術(shù)人員派遣到設(shè)備位置才能執(zhí)行升級。無論如何解決，此過程都會產(chǎn)生大量的時間和金錢費用。

這個復(fù)雜等式中的另一個小因素可能是與數(shù)據(jù)超額相關(guān)的成本，但使用的流量可能會超過合同約定的限制，并觸發(fā)運營商的額外費用。金額取決于合同，運營商和設(shè)備組的大小，但這也不能被忽視。

但最大的成本是不滿意的客戶群。很難衡量這種情況對他們的忠誠度或品牌印象的影響，但它可能會產(chǎn)生長期的影響。

針對 NB-物聯(lián)網(wǎng)實際優(yōu)化的協(xié)議

公平地說，上述大多數(shù)要點適用于所有連接的設(shè)備，而不僅限于NB-IoT上的MQTT。然而，這是一個更大的問題，因為企業(yè)只是沒有意識到風(fēng)險 - 他們只是對MQTT太滿意了，不知道他們錯過了什么。

產(chǎn)品制造商和系統(tǒng)集成商應(yīng)選擇 UDP 友好型協(xié)議，如 CoAP 或輕量級 M2M （LwM2M）。這些協(xié)議針對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，并將TCP的大部分優(yōu)勢帶到了UDP。這些協(xié)議都支持?jǐn)?shù)據(jù)重傳、錯誤檢測和訂單保證。此外，LwM2M 在構(gòu)建互聯(lián)產(chǎn)品，尤其是受限設(shè)備方面，提供了比 MQTT 更廣泛的功能。

通過設(shè)計這些NB-IoT友好協(xié)議，公司和工程團(tuán)隊可以開始進(jìn)行廣泛的測試，以檢查設(shè)備在現(xiàn)場的各種操作方式。此測試必須涵蓋許多環(huán)境，并且計劃在每個國家/地區(qū)進(jìn)行部署，但無論如何，這可能是用于調(diào)試MQTT通過NB-IoT問題的時間和資源。

審核編輯：郭婷