哪些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與嵌入式IoT設(shè)備兼容？

如果聯(lián)網(wǎng)（將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍┦乔度胧?a href="http://wenjunhu.com/tags/iot/" target="_blank">IoT設(shè)備的基本功能，那么選擇一種具有彈性和成本效益的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)至關(guān)重要。LPWAN技術(shù)有很多選擇，但往往沒(méi)有一種聯(lián)網(wǎng)方式適合所有人。Amazon Sidewalk等專為本地社區(qū)而建的專用網(wǎng)絡(luò)，與既有的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)相比又如何呢？

將數(shù)據(jù)連接到云端已成為IoT存在的理由。在此前提下，嵌入式IoT設(shè)備開(kāi)發(fā)者必須回答兩個(gè)問(wèn)題：哪些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與你的設(shè)備兼容？你的設(shè)備每次向云端發(fā)送數(shù)據(jù)的成本是多少？

在智能手機(jī)中，蜂窩網(wǎng)總是隨叫隨到，用于數(shù)據(jù)傳輸。在室內(nèi)使用的消費(fèi)類(lèi)IoT小工具可以依靠家中的Wi-Fi向云端發(fā)送數(shù)據(jù)。

但是，當(dāng)寵物追蹤器、街道攝像頭、太陽(yáng)能電池板控制器、泄漏傳感器或其他戶外設(shè)備需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫藭r(shí)，應(yīng)該找誰(shuí)？哪些網(wǎng)絡(luò)是最佳選擇？

傳統(tǒng)上，將此類(lèi)低帶寬、低功耗設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)的方法采用LPWAN（Low-power wide area network）技術(shù)。全球聯(lián)網(wǎng)的最佳LPWAN選擇是NB-IoT和LTE-M，它們是專為IoT設(shè)備設(shè)計(jì)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

NB-IoT是LPWAN的4G/5G蜂窩版本。LTE-M將網(wǎng)絡(luò)和許可頻譜擴(kuò)展到機(jī)器。蜂窩技術(shù)為跟蹤、移動(dòng)和定位提供了成熟的基礎(chǔ)設(shè)施。然而，蜂窩運(yùn)營(yíng)商要求的付費(fèi)訂閱模式阻礙了蜂窩IoT的應(yīng)用。嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)者不知道誰(shuí)會(huì)為蜂窩網(wǎng)埋單。是用戶、制造商還是服務(wù)供應(yīng)商？

這種兩難處境至今仍未解決。

Amazon Sidewalk于2019年宣布推出低帶寬“社區(qū)”網(wǎng)絡(luò)，這讓問(wèn)題變得更加復(fù)雜。它使用的是小區(qū)里已安裝的Amazon IoT設(shè)備（包括Echo和Ring）的一小部分網(wǎng)絡(luò)帶寬。

現(xiàn)在，Amazon已將Sidewalk作為聯(lián)網(wǎng)小工具的平臺(tái)開(kāi)放。Nordic、Silicon Labs和TI等IoT芯片供應(yīng)商已經(jīng)簽約加入。Silicon Labs上月發(fā)布了新的Amazon Sidewalk SoC和開(kāi)發(fā)工具。

Amazon Sidewalk的神奇之處在于，它允許IoT設(shè)備免費(fèi)搭載鄰居的帶寬向云端發(fā)送數(shù)據(jù)。

能夠“免費(fèi)”使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)消費(fèi)者和嵌入式系統(tǒng)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)都是一種福利。

對(duì)AWS來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)更大的勝利，因?yàn)镾idewalk可以幫助許多嵌入式IoT設(shè)備直接向Amazon的核心業(yè)務(wù)AWS發(fā)送數(shù)據(jù)。

Sidewalk提供了一個(gè)介于智能家居和智能城市之間的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，使許多遵循Amazon Sidewalk安全性和兼容性規(guī)則的非Amazon IoT設(shè)備可以共享數(shù)據(jù)。

說(shuō)白了，其他LPWAN技術(shù)也有很多選擇。它們包括Wi-SUN（完全開(kāi)放、全球可用的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）、LoRa（一種專有的ISM波段LPWAN技術(shù)，提供長(zhǎng)距星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）、Wirepas（一種用于企業(yè)IoT的非蜂窩5G連接技術(shù)，使用1.9GHz的專用頻譜）和Mioty（類(lèi)似于Lora，一種基于聯(lián)盟的解決方案，用于地下等惡劣環(huán)境中的連接）。

在本文中，我們將重點(diǎn)討論Amazon Sidewalk和蜂窩IoT網(wǎng)絡(luò)，它們是對(duì)立的，免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)與訂閱網(wǎng)絡(luò)、專用網(wǎng)絡(luò)與公共網(wǎng)絡(luò)。

Amazon Sidewalk

Amazon Sidewalk采用的無(wú)線傳輸技術(shù)包括：用于短距和高能效的BLE（Bluetooth Low Energy）、用于長(zhǎng)距低功耗通信的LoRa，以及與傳統(tǒng)家用電器（如車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)關(guān)）兼容的900MHz移頻鍵控（Frequency-shift keying）。Amazon Sidewalk將所有這三種物理層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議合并為一個(gè)應(yīng)用層，稱為“Sidewalk應(yīng)用層”。

Sidewalk專注于本地。目前，其使用范圍僅限于美國(guó)。

據(jù)Amazon稱，Sidewalk“覆蓋了美國(guó)90%以上的人口”。不過(guò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的增長(zhǎng)速度如何還不得而知。Amazon發(fā)言人拒絕對(duì)“未來(lái)計(jì)劃”發(fā)表評(píng)論，只說(shuō)：“我們因開(kāi)發(fā)者社區(qū)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的濃厚興趣而深受鼓舞?！?/p>

建立新網(wǎng)絡(luò)

Sidewalk網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展與Amazon Sidewalk設(shè)備的激增有直接關(guān)系。

客戶可使用兩種設(shè)備訪問(wèn)Sidewalk，Sidewalk Bridge和支持Sidewalk的設(shè)備。Sidewalk Bridge（包括Amazon精選的Echo和Ring設(shè)備）可提供與Sidewalk網(wǎng)絡(luò)的連接。使用Sidewalk Bridge的客戶可貢獻(xiàn)少量網(wǎng)絡(luò)帶寬。這些帶寬匯集在一起，就形成了一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)。而支持Sidewalk的設(shè)備則連接到Sidewalk Bridge來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。

為了擴(kuò)展Sidewalk網(wǎng)絡(luò)，Amazon需要更多的Sidewalk Bridge作為網(wǎng)關(guān)。Amazon解釋說(shuō)：“當(dāng) Sidewalk Bridge接收到終端設(shè)備的信號(hào)時(shí)，它會(huì)將從Sidewalk終端接收到的信息路由到云端，云端再將信息路由到所需的目的地?！?/p>

潛在的挑戰(zhàn)在于這些支持Sidewalk的設(shè)備必須經(jīng)過(guò)Amazon的認(rèn)證。盡管Amazon今年早些時(shí)候向開(kāi)發(fā)者開(kāi)放了Sidewalk，但Sidewalk并非對(duì)所有人都免費(fèi)。只有Amazon授權(quán)使用Sidewalk低帶寬連接的設(shè)備才能連接到Amazon Sidewalk。Amazon強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“開(kāi)發(fā)者參與一項(xiàng)資格認(rèn)證計(jì)劃，以確保開(kāi)發(fā)者的設(shè)計(jì)符合Sidewalk協(xié)議的兼容性要求?！?/p>

Amazon合作的半導(dǎo)體公司預(yù)計(jì)將發(fā)揮各自的作用。

Nordic、Silicon Labs和TI都有“現(xiàn)成的芯片”。Amazon表示，這些芯片合作伙伴“幫助分發(fā)SDK，將Sidewalk技術(shù)作為其平臺(tái)的一部分”。SDK使開(kāi)發(fā)者能夠構(gòu)建與現(xiàn)有芯片合作伙伴工具包集成的Sidewalk應(yīng)用。

Silicon Labs的CTO Daniel Cooley解釋說(shuō)，Amazon希望在其Sidewalk網(wǎng)絡(luò)中只允許使用他們想要的設(shè)備。Cooley聲稱Silicon Labs已經(jīng)準(zhǔn)備好了“市場(chǎng)上最安全的IoT無(wú)線芯片”，并補(bǔ)充說(shuō)：“這么說(shuō)吧，Amazon Sidewalk不希望它馬上就被黑客攻擊?！彼忉屨f(shuō)：“作為一種潛在的情況，網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)壞設(shè)備可能會(huì)影響附近所有其他設(shè)備的服務(wù)質(zhì)量?！?/p>

Amazon聲稱，通過(guò)Sidewalk，它可以保護(hù)客戶的隱私和安全。關(guān)于隱私，Amazon解釋說(shuō)，Sidewalk Bridge設(shè)備所有者不會(huì)收到其他Sidewalk設(shè)備的信息。Sidewalk使用單向散列密鑰、加密算法和旋轉(zhuǎn)設(shè)備ID來(lái)最大限度地減少與客戶相關(guān)的數(shù)據(jù)。Sidewalk無(wú)法看到通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的內(nèi)容。

Amazon表示，Sidewalk有多個(gè)加密層來(lái)確保數(shù)據(jù)安全。Amazon補(bǔ)充說(shuō)，這也適用于使用Sidewalk的第三方應(yīng)用。

Sidewalk的基礎(chǔ)架構(gòu)旨在允許第三方發(fā)布將設(shè)備與其目標(biāo)應(yīng)用連接起來(lái)的唯一身份，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。Amazon強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“如果第三方未能履行Sidewalk的安全義務(wù)，我們的公鑰基礎(chǔ)架構(gòu)和訪問(wèn)管理控制將提供撤銷(xiāo)特定設(shè)備或整個(gè)產(chǎn)品線的能力，直到安全問(wèn)題得到解決。”

蜂窩IoT

蜂窩IoT是網(wǎng)聯(lián)的另一端。

Altair Semiconductor（現(xiàn)Sony旗下公司）產(chǎn)品管理SVP Dima Feldman解釋說(shuō)，在專業(yè)工業(yè)IoT領(lǐng)域，重要的是要“提供極高的確定性”并“保證一定的服務(wù)質(zhì)量”，以連接眾多可持續(xù)使用10年的嵌入式設(shè)備（如智能電表）。

Feldman說(shuō)：“使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)是最自然的方式，因?yàn)檫@些網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)部署完畢。有人已經(jīng)支付了基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用。我們可以利用這個(gè)部署非常完善的蜂窩網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供IoT服務(wù)，這些服務(wù)將從這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中消耗少量數(shù)據(jù)。”

Feldman補(bǔ)充說(shuō)，蜂窩IoT在連接嵌入式設(shè)備（甚至是室內(nèi)設(shè)備）方面將被證明是有效的，即使是在別人的場(chǎng)所。當(dāng)IoT設(shè)備從一家公司的園區(qū)移動(dòng)到另一家公司的園區(qū)時(shí)，這些設(shè)備可以依靠蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，而無(wú)需申請(qǐng)加入不同的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。

Feldman強(qiáng)調(diào)說(shuō)，蜂窩IoT是室外通信最自然的方式，可用于智能停車(chē)場(chǎng)、計(jì)量和照明、資產(chǎn)跟蹤設(shè)備、車(chē)隊(duì)跟蹤等。

Feldman指出，IoT的聯(lián)網(wǎng)價(jià)格已經(jīng)下降。他指出，與每月數(shù)十美元的智能手機(jī)服務(wù)相比，低帶寬嵌入式IoT設(shè)備的蜂窩網(wǎng)成本“每月不到10美分”。

他強(qiáng)調(diào)說(shuō)，盡管并非完全免費(fèi)，但價(jià)格“正在推動(dòng)蜂窩IoT向前發(fā)展”。

多變的蜂窩IoT標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)Feldman來(lái)說(shuō)，聯(lián)網(wǎng)成本是最容易解決的問(wèn)題。蜂窩IoT的難點(diǎn)在于理清其全球標(biāo)準(zhǔn)，了解哪些地區(qū)的哪些運(yùn)營(yíng)商正在部署哪些解決方案。

Cat-M（又稱LTE-M）在西方占據(jù)主導(dǎo)地位，而NB-IoT則主要由華為和中國(guó)供應(yīng)商推動(dòng)。

Feldman解釋說(shuō)，盡管LTE-M和NB-IoT之間存在差異，但移動(dòng)行業(yè)還是做出了妥協(xié)，將兩者都作為蜂窩IoT的標(biāo)準(zhǔn)。事后看來(lái)，這可能阻礙了人們對(duì)蜂窩IoT的接受。

LTE-M使用1.4MHz的窄帶寬，而普通LTE為20MHz。其結(jié)果是傳輸距離更遠(yuǎn)，但吞吐量卻更小。LTE-M具有漫游能力，適合在多個(gè)地區(qū)運(yùn)行的應(yīng)用。

NB-IoT是一種不使用傳統(tǒng)LTE物理層的窄帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它設(shè)計(jì)用于在LTE頻段內(nèi)或周?chē)\(yùn)行，并與其他LTE設(shè)備共存。它的帶寬為200kHz，與LTE-M和普通LTE相比，其傳輸距離更遠(yuǎn)，吞吐量更低。

除了LTE-M和NB-IoT外，IoT市場(chǎng)正在部署另一種名為Cat-1 bis的蜂窩IoT標(biāo)準(zhǔn)，這讓問(wèn)題變得更加復(fù)雜。

LTE Cat-1 bis是LTE Cat-1的衍生品，LTE Cat-1是多年前制定的標(biāo)準(zhǔn)，但尚未投入商用。據(jù)報(bào)道，Cat-1 bis使用單根天線（而Cat-1使用兩根天線），因此能夠開(kāi)發(fā)出成本更低的芯片組和模塊設(shè)計(jì)。Cat-1 bis可連接全球任何LTE網(wǎng)絡(luò)。

Cat-1 bis芯片組市場(chǎng)由中國(guó)企業(yè)主導(dǎo)，并與即將被Renesas收購(gòu)的法國(guó)公司Sequans Communications結(jié)盟。據(jù)報(bào)道，Qualcomm也將加入Cat-1 bis市場(chǎng)。

并非所有人都認(rèn)為Cat-1 bis是蜂窩IoT的長(zhǎng)期解決方案，因?yàn)?G eRedCap（enhanced Reduced）的出現(xiàn)有望取代基于4G LTE Cat-1和Cat-1 bis的應(yīng)用。Feldman說(shuō)，Sony已決定不采用Cat-1 bis，因?yàn)楸ＷC設(shè)備15-20年的使用壽命是IoT的基本要求。

評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)尚未確定。拋開(kāi)付費(fèi)訂閱問(wèn)題不談，在蜂窩IoT標(biāo)準(zhǔn)的迷宮中穿行仍然充滿挑戰(zhàn)。

沒(méi)人會(huì)把IoT應(yīng)用硬塞進(jìn)特定的LPWAN技術(shù)中。IoT網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要找出一種方案，將多種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合在一起，使Iot設(shè)備能夠輕松地將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，而不是選擇單一的贏家。







審核編輯：劉清