淺談物聯(lián)網(wǎng)各項(xiàng)協(xié)議的王者混戰(zhàn)

作者：Barry Manz

也許有一天，一個(gè)單一的協(xié)議便可適用于物聯(lián)網(wǎng)所有的應(yīng)用，但這種趨勢(shì)似乎并不明顯。如今，越來越多的解決方案蜂擁而出，如Google支持的線程協(xié)議等。

新詞“物聯(lián)網(wǎng)”可謂無處不在，您可能對(duì)它有些審美疲勞，但它確實(shí)是接下來的“一件大事”，它的出現(xiàn)將永遠(yuǎn)改變?nèi)藗兊纳?。這里，關(guān)鍵字眼是“接下來”，因?yàn)槭褂梦锫?lián)網(wǎng)的大多數(shù)應(yīng)用程序還在陸續(xù)發(fā)布中，或尚且需要一段時(shí)間才能問世。這并不是因?yàn)榧夹g(shù)缺失，而是在于不兼容的協(xié)議不斷涌現(xiàn)，且暫時(shí)沒有一個(gè)協(xié)議脫穎而出。鑒于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模巨大，這種情況并不讓人感到驚訝，況且也不是無先例可循(還記得Betamax-VHS之爭(zhēng)么?)。但這一次，是諸多協(xié)議一起混戰(zhàn)，爭(zhēng)奪市場(chǎng)領(lǐng)先位置。如今，線程協(xié)議也加入了這場(chǎng)戰(zhàn)役中。

“智能”恒溫器和煙霧/一氧化碳報(bào)警器制造商N(yùn)est Labs使用了線程協(xié)議()。Nest Labs于去年7月被谷歌以32億美元收購。一個(gè)月前，Nest宣布，將成立工作小組，與硅供應(yīng)商ARM、飛思卡爾半導(dǎo)體、三星及Silicon Labs合作，以及融合鎖制造商Yale的Big Ass解決方案，共同開發(fā)一款物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

自那時(shí)起，逾80多家公司以合作商或附屬公司的身份加入了董事會(huì)。這是富有前景的新協(xié)議，因?yàn)槊總€(gè)主要競(jìng)爭(zhēng)者都有許多支持者，每家公司都在進(jìn)行一場(chǎng)豪賭。實(shí)際上，Nest的恒溫器產(chǎn)品中已集成了一版線程，但尚未正式啟用。

線程是ZigBee、Z-Wave和藍(lán)牙低功耗(BLE)（通常也被成為藍(lán)牙4.1和智能藍(lán)牙）的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，它具有一些優(yōu)勢(shì)。首先，Nest/谷歌采用了ZigBee和Z-Wave所采用的方法，而不是創(chuàng)建基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)和IPv6（最新版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP)的新方式。IPv6將IP地址的數(shù)量擴(kuò)展到2^128，取代了先前的IPv4。2011年，IPv4 IP地址的數(shù)量達(dá)到了43億。線程架構(gòu)如圖1所示。

其次，在Nest的管理下，線程協(xié)議得到了谷歌的大力支持，獲得了大量的資源、市場(chǎng)影響力及資金。就在谷歌收購Nest之前，Nest買下了Dropcam。Dropcam是一家民營制造商，主打創(chuàng)新型且便于使用的基于Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)攝像頭和追蹤器。其用戶在任何地方都可以查看他們的連接攝像頭，并在云中存儲(chǔ)視頻文件，以便日后查閱。鑒于谷歌在數(shù)據(jù)收集和地理定位方面享受無限的資源，線程協(xié)議與Dropcam基于云的視頻監(jiān)控、基于Android的智能手機(jī)以及Nest關(guān)于用戶家庭和習(xí)慣的信息，這將是一個(gè)強(qiáng)有力的組合。不過，這個(gè)強(qiáng)強(qiáng)組合也引起一些人士的不滿。批評(píng)者指出，谷歌無法找到我們的相關(guān)信息(這一批評(píng)在物聯(lián)網(wǎng)也普遍存在)。

對(duì)于線程協(xié)議，BLE看似是最脆弱的目標(biāo)。藍(lán)牙雖無處不在，但卻不針對(duì)個(gè)人網(wǎng)絡(luò)。藍(lán)牙相關(guān)的規(guī)范也體現(xiàn)了這一點(diǎn)。不過，目前，這一現(xiàn)象正在迅速發(fā)生改變。BLE最大的缺點(diǎn)是，它不能形成一個(gè)可以自修復(fù)的設(shè)備網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。如果設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)上的鏈接失效，為使系統(tǒng)處于啟動(dòng)狀態(tài)，行動(dòng)線路將會(huì)發(fā)生變更。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要，如家庭自動(dòng)化應(yīng)用，包括恒溫器和安全警報(bào)器等，它們必須非?？煽俊＿@同樣適用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，更適用于在公共安全或其他關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)，以及城市內(nèi)連接大量設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)等。

物聯(lián)網(wǎng)中使用BLE另一個(gè)主要劣勢(shì)是最大續(xù)航里程。它的續(xù)航里程限于330英尺左右，但實(shí)際操作中通常更少。在家庭自動(dòng)化或其他網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這個(gè)范圍還算合理，但若沒有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，將產(chǎn)生很大的問題。相比之下，基于IEEE 802.15.4的物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以在100英尺左右的范圍內(nèi)運(yùn)行，并通過連接網(wǎng)絡(luò)大幅擴(kuò)展范圍。

由于線程、ZigBee等 (不是BLE)支持128-b IPv6尋址方案，它們?cè)贗P尋址方面或多或少都能適應(yīng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，且隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的激增，這將是強(qiáng)制性的要求。不過，雖然BLE目前還不支持IPv6，但下一代產(chǎn)品將加以改進(jìn)。

藍(lán)牙DOA是否適合物聯(lián)網(wǎng)？

當(dāng)其他制定物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的團(tuán)體和行業(yè)協(xié)會(huì)正競(jìng)相鞏固自身的地位，并最終敲定其基于標(biāo)準(zhǔn)或開源的策略時(shí)，Bluetooth Special Interest Group、Broadcom、Qualcomm等公司則反其道而行，致力于打破這種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的限制。

2010年發(fā)布的BLE可能有局限性，但它正不斷改進(jìn)，其性能將超越傳統(tǒng)的藍(lán)牙，甚至不斷突破，超越自身。例如，2013年推出的藍(lán)牙4.1，其數(shù)據(jù)速率為1 Mb/s，比許多以物聯(lián)網(wǎng)為中心的同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品速度要快，但也比“傳統(tǒng)”的藍(lán)牙速度慢。藍(lán)牙4.1有標(biāo)準(zhǔn)的128-b AES加密功能，并將延遲從100毫秒減少到6毫秒或更少。

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）也在為連接互聯(lián)網(wǎng)鋪平道路。今年2月，該聯(lián)盟發(fā)布了藍(lán)牙智能網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)工作組(得到了80多家公司的支持)，旨在為標(biāo)準(zhǔn)化的藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)建架構(gòu)。規(guī)范一經(jīng)發(fā)布，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)缺乏網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的缺陷便得以消除。這將有效地將藍(lán)牙技術(shù)推向頂層競(jìng)爭(zhēng)位置，其影響就如2003年EE時(shí)代的技術(shù)，自然而然，一氣呵成。

群體思維

Thread、 ZigBee和 Z-Wave所使用的IPv6、IEEE 802.15.4及6LoWPAN（基于IPv6的低功耗無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）相互互補(bǔ)。IEEE 802.15.4和6LoWPAN則構(gòu)思明確，主要服務(wù)于處理能力有限、數(shù)據(jù)率低、射頻輸出功率低及電源或電池功耗最小的設(shè)備。這樣一來，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)將相對(duì)簡(jiǎn)單，成本更低。

所有這些標(biāo)準(zhǔn)都使用了對(duì)稱密鑰128-b AES加密功能，可能具有3.4 x1038種加密組合。若使用當(dāng)前的超級(jí)計(jì)算機(jī)來破譯，則大約要花費(fèi)149萬億年。國家安全局十分認(rèn)可其安全性能，將其定義到保密級(jí)別。自倫敦Context Information Security Ltd公司宣布入侵智能手機(jī)控制的照明燈后，這種對(duì)安全的需求愈發(fā)凸顯。他們便是使用的6LoWPAN和WiFi作為無線傳輸方案。入侵事件對(duì)該公司的聲譽(yù)產(chǎn)生了極壞的影響。正如線程網(wǎng)及其他網(wǎng)站所述：我們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全的需求正與日劇增 (來源:“入侵互聯(lián)網(wǎng)連接燈泡“)

并具備所有板載射頻組件。它是對(duì)無線控制或傳感產(chǎn)品的補(bǔ)充，與電源以及開關(guān)、致動(dòng)器和傳感器等外圍設(shè)備一起，形成了一個(gè)完整的產(chǎn)品。

線程的其他特性包括：可以在網(wǎng)絡(luò)上容納250到300個(gè)設(shè)備，并在設(shè)備之間或設(shè)備與云之間進(jìn)行通信，因此，經(jīng)過身份驗(yàn)證的用戶及其移動(dòng)和固定設(shè)備，通過任何基于Web的連接便可以訪問網(wǎng)絡(luò)。與同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品一樣，線程對(duì)物理層和MAC層進(jìn)行了定義，而上層則對(duì)應(yīng)用程序開發(fā)公開。線程為低延遲，約為100毫秒，小于基于Wi-Fi的解決方案，并且可以讓任何設(shè)備立即做出反應(yīng)。

總之，線程占據(jù)了以下優(yōu)勢(shì)：網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)、基于云的方法、適用IPv6標(biāo)準(zhǔn)的無限制可用IP地址、128-b AES安全性能、適用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的大型網(wǎng)絡(luò)、適用6LoWPAN的物聯(lián)網(wǎng)路由等，同時(shí)還具有低延遲特性及應(yīng)用程序開發(fā)的靈活性?？偟膩碚f，這些屬性使線程得以與ZigBee、Z-Wave和BLE相抗衡。當(dāng)然，不可否認(rèn)，谷歌可以利用其自身的影響力和資源來推動(dòng)線程的發(fā)展。

線程具備這些優(yōu)勢(shì)并不意味著能打敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，獨(dú)占鰲頭，成為物聯(lián)網(wǎng)世界的標(biāo)準(zhǔn)。盡管使用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，但這些都是早期的事情，還有許多問題有待解決。其中一個(gè)最大的問題是，在一個(gè)協(xié)議脫穎而出，占據(jù)市場(chǎng)之前，還要?dú)v經(jīng)多長的時(shí)間。物聯(lián)網(wǎng)世界的最佳愿景是共享一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。但在這場(chǎng)角逐中，各個(gè)協(xié)議必將有一場(chǎng)爭(zhēng)奪。不過，預(yù)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模將足以支持各種解決方案，這些解決方案將匹配最合適的應(yīng)用程序。物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)期增長如圖4所示。

競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品

為了對(duì)線程有更好的認(rèn)識(shí)，有必要先了解同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的一些資訊。除了上述內(nèi)容，在美國、歐洲及世界其它國家和地區(qū)，許多機(jī)構(gòu)正在開發(fā)自身特色的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略，本文所提到的方案相對(duì)而言處于競(jìng)爭(zhēng)上游。

ZigBee 3.0：以2.4 GHz運(yùn)行的高度發(fā)達(dá)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，有400家廠商支持。它的最大數(shù)據(jù)速率為250 kb/s，通過擴(kuò)展，可以在100英尺范圍內(nèi)支持?jǐn)?shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn) (由IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義)，支持IPv6和128-b AES加密功能。其“3.0”版本已推出，并在2015年第三季度獲批?！?.0”版整合了以前所有獨(dú)立的應(yīng)用程序，包括ZigBee家庭自動(dòng)化、ZigBee Light Link、ZigBee樓宇自動(dòng)化、ZigBee零售服務(wù)、ZigBee醫(yī)療保健和ZigBee電信。先前，“ZigBee”變體的蔓延受到了許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的詬病，而這一版本則解決了這些問題。ZigBee聯(lián)盟： 。

ZigBee Pro：ZigBee新的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)變體，在900 MHz無授權(quán)頻段和2.4 GHz下運(yùn)行，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以容納64000個(gè)節(jié)點(diǎn)，連接網(wǎng)絡(luò)后容納節(jié)點(diǎn)將翻倍。其捷變頻為16個(gè)頻道，支持多星拓?fù)浜涂鐐€(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)，可以避免干擾，并支持包括廣播在內(nèi)的各種傳輸選項(xiàng)。它具備“ZigBee綠色能源”選項(xiàng)，無電池的設(shè)備也可以加到網(wǎng)絡(luò)中，從而為極低功率操作提供了一種能量采集技術(shù)，如運(yùn)動(dòng)、光和振動(dòng)。ZigBee聯(lián)盟： 。

Z-Wave：成熟的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，以900 MHz 運(yùn)行(各個(gè)國家略有不同)，有300多家公司支持。其在設(shè)計(jì)中加入了可操作性，不像ZigBee(3.0之前的版本)那樣必須針對(duì)特定的應(yīng)用程序。它的最大數(shù)據(jù)速率是100kb/s，支持多達(dá)232個(gè)節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)之間的距離為100英尺。它還合并了IPv6和128-b AES加密功能。ZigBee聯(lián)盟：

AllJoyn：新興的開源合作軟件框架，在不考慮帶寬、類型、傳輸媒介和操作系統(tǒng)的情況下，允許開發(fā)者編寫物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，且不需要使用云或網(wǎng)絡(luò)。它支持WiFi、以太網(wǎng)、串行和電力線傳輸介質(zhì)。其支持的操作系統(tǒng)包括RTOS、Arduino、Linux、Android、iOS、Windows和Mac。該框架使用128-b AES加密功能，目前獲得120多家公司的支持。ZigBee聯(lián)盟：

CSRmesh?:由CSR(前身為劍橋硅無線電)創(chuàng)建，允許無限量的BLE設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，并由智能手機(jī)、平板電腦或PC控制，這是第一次有效地創(chuàng)建藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)。

開放互連聯(lián)盟：開源行業(yè)聯(lián)盟目前屬于Linux基金會(huì)，專注于改善互操作性，定義物聯(lián)網(wǎng)的連接要求。它使用了一個(gè)通用的通信框架，并在個(gè)人電腦和新興物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行無線連接及信息流動(dòng)的管理，而不考慮形式因素、操作系統(tǒng)或服務(wù)提供商。該聯(lián)盟最近發(fā)布了loTivity規(guī)范預(yù)覽版。

市場(chǎng)是否會(huì)陷入混亂？

在這個(gè)快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，要追蹤所有的角逐者十分困難，因?yàn)槊恳粓?chǎng)角逐都是瞬息萬變。BLE、ZigBee、Thread和Z-Wave的王者之爭(zhēng)將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，因?yàn)樗鼈兌加凶陨淼膬?yōu)勢(shì)和支持者。也就是說，一旦BLE獲得Bluetooth SIG網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的支持，以上四種標(biāo)準(zhǔn)都將具備在物聯(lián)網(wǎng)世界立足的必要裝備，這樣，特定的選擇，而非技術(shù)上占優(yōu)勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)將獲得普遍支持。盡管如此，對(duì)于那些希望創(chuàng)建可兼容且可互操作的制造商而言，盡管方法不同，方式各異，開放源碼仍具有吸引力。