如何選擇一個適合需求和規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

距離第一臺非官方的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備問世以來，已經(jīng)過去了近30年。1991年，劍橋大學(xué)特洛伊計算機(jī)實驗室樓下的咖啡壺被改造成了聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，科學(xué)家們編寫了一套程序，并在咖啡壺旁邊安裝了一個便攜式攝像機(jī)，鏡頭對準(zhǔn)咖啡壺，利用計算機(jī)圖像捕捉技術(shù)，將咖啡壺的狀態(tài)信息傳遞到實驗室的計算機(jī)上，以方便工作人員隨時查看咖啡是否煮好，省去了上上下下查看的麻煩。幾十年后的今天，物聯(lián)網(wǎng)還沒有從襁褓中走出來，只是慢慢朝著我們期待的大范圍內(nèi)被部署所發(fā)展。

在過去的10年里，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得更加經(jīng)濟(jì)有效。設(shè)備成本更便宜、更節(jié)能，體型也更小，而且功能也越來越優(yōu)化，可以在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中扮演特定的角色，以創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)模型。在接下來的20年里，我們可以將一萬億臺設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上。連接的設(shè)備越多，就越能夠發(fā)現(xiàn)更多的業(yè)務(wù)改進(jìn)機(jī)會，并利用物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)這些機(jī)會。

現(xiàn)在，必要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)接近成熟，功能性物聯(lián)網(wǎng)解決方案也正在加速落地。一股物聯(lián)網(wǎng)的浪潮已經(jīng)開始沖擊市場，它們有著各種各樣的架構(gòu)、功能集和應(yīng)用程序。雖然在投資物聯(lián)網(wǎng)硬件或完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案時需要考慮諸多因素，但了解物聯(lián)網(wǎng)傳感器可用的協(xié)議，以及前瞻性的商業(yè)決策者如何做出協(xié)議的最佳選擇，無論是目前還是長期，都是至關(guān)重要的。

如何選擇物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點使用的網(wǎng)絡(luò)語言，對物聯(lián)網(wǎng)解決方案的整體部署的可行性至關(guān)重要。協(xié)議規(guī)定了物聯(lián)網(wǎng)解決方案通信的范圍、格式和復(fù)雜性，并在確定成本和功能性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

因此，如果你對部署你自己的物聯(lián)網(wǎng)感興趣，那應(yīng)該如何選擇一個適合的需求和規(guī)模的協(xié)議呢?有兩個關(guān)鍵要素需要考慮:

功耗——傳感器需要在電池供電的情況下使用幾天、幾個月或幾年?他們需要多久發(fā)送一次數(shù)據(jù)?是否考慮使用一次性設(shè)備，還是使用可替換或可充電的電池?

連通性——通信必須覆蓋哪些范圍，以及它們需要在每條消息中發(fā)送多少數(shù)據(jù)?蜂窩網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商是否能維護(hù)我們的連接，或者你更愿意構(gòu)建私有網(wǎng)絡(luò)來運(yùn)行數(shù)據(jù)?當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)部署的需求涉及連通性時，通常會考慮：最低要求的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)置?用于聯(lián)網(wǎng)的是家庭或辦公室?是否可在普通Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行?所有組件均需連續(xù)供電?

對于需要小容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮^大區(qū)域，如農(nóng)場、校園或城市，獨(dú)立的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)是最理想的解決方案——LoRaWAN和SigFox是最流行的兩種低功耗廣域網(wǎng)。當(dāng)談到覆蓋區(qū)域和跨越邊界時，像NB-IoT或Cat-M這樣的蜂窩協(xié)議可能看起來更實用。

當(dāng)涉及到功耗、覆蓋范圍和成本時，兩者各有優(yōu)缺點。

讓我們研究一下LPWAN技術(shù)的具體用例，以及蜂窩物聯(lián)網(wǎng)部署，以了解這些協(xié)議應(yīng)用于未來物聯(lián)網(wǎng)解決方案的優(yōu)缺點。

LPWAN優(yōu)化的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

如果需要管理一個大型項目，如建筑項目、煉油廠周燈類似的項目，工作人員需要在危險的環(huán)境中進(jìn)行工作時，那跟蹤這些工作人員就是很有必要的?？赡苣阋呀?jīng)考慮啟用自己的物聯(lián)網(wǎng)。也許是經(jīng)營著一家工廠或倉庫;也許是管理著一個農(nóng)場或其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域;也許是負(fù)責(zé)著一個大的學(xué)?；蛘ㄔO(shè)項目。在所有這些行業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)將產(chǎn)生持久的商業(yè)影響，可以創(chuàng)造更高效的流程、節(jié)省資金并創(chuàng)造新的收入。對于連接區(qū)域比單個小建筑物更大的網(wǎng)絡(luò)，LPWAN技術(shù)通常更具優(yōu)勢。

如果用戶部署了一個LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)，而不是連接到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，那么很可能支付相同或更少的費(fèi)用，且在部署中擁有更多的元素。雖然成本效益模式將根據(jù)業(yè)務(wù)模式而有所不同，但是LPWAN通常會為用戶所期望的覆蓋區(qū)域提供一個專用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)：用戶擁有所有的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。所以，當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)宕機(jī)或發(fā)射塔故障時，用戶不必?fù)?dān)心物聯(lián)網(wǎng)部署失敗，也不必等待供應(yīng)商來修復(fù)它。

若用戶安裝了自己的LPWAN，那么當(dāng)出現(xiàn)問題時，用戶將負(fù)責(zé)監(jiān)視、支持、維護(hù)和修理。用戶還必須確定如何保護(hù)自己的網(wǎng)絡(luò)。鑒于這些原因，強(qiáng)烈建議你們?nèi)ゲ渴鹨粋€LPWAN，該LPWAN包含打包在一起的整個解決方案。這意味著傳感器、網(wǎng)關(guān)、云和應(yīng)用程序是由一家公司創(chuàng)建的，而不是零碎組裝的。其優(yōu)點是，所有的東西都是預(yù)先集成的，可以安全地一起工作。

另一個顯著的區(qū)別是，與蜂窩數(shù)據(jù)包不同，LPWAN傳輸并不總是等待接收確認(rèn)。這可能是一種優(yōu)勢，也可能是一種劣勢。用戶可以在沒有確認(rèn)的情況下在系統(tǒng)上獲得更多的數(shù)據(jù)，但有時會因為網(wǎng)絡(luò)擁塞而丟失數(shù)據(jù)包。

最熱門的兩個LPWAN協(xié)議是LoRaWAN和SigFox。在這兩家公司中，LoRaWAN和LoRa技術(shù)近年來增長最快，未來五年的增長潛力也最大。SigFox主要在歐洲運(yùn)營，與LoRaWAN相比，SigFox的數(shù)據(jù)有效負(fù)載更小，因此每臺設(shè)備的功耗比LoRaWAN要低，但也限制了SigFox用戶使用LoRa技術(shù)應(yīng)用某些行業(yè)的關(guān)鍵功能，如執(zhí)行器支持和即時更新。

對于LoRa和LoRaWAN來說，優(yōu)點就是廣泛支持、多功能性和前景。500多家領(lǐng)先的科技公司加入了LoRa聯(lián)盟。LoRa技術(shù)正在不斷發(fā)展，以適應(yīng)不斷優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和新的用例。

遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)與蜂窩協(xié)議

想象一下，您正在從事備災(zāi)或環(huán)境監(jiān)測工作，需要從傳感器和數(shù)據(jù)源組成的跨區(qū)域網(wǎng)絡(luò)分析信息?；蛘吣憬?jīng)營一家租賃公司，需用一種方法在一個不可預(yù)知的廣闊空間里更密切地跟蹤你的設(shè)備和車輛。在這些用例中，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可以改變游戲規(guī)則，從遙遠(yuǎn)的端點收集數(shù)據(jù)。

雖然有可能出現(xiàn)其他技術(shù)，并獲得仍在發(fā)展中的市場份額，但占據(jù)最多市場份額和討論最多的兩種協(xié)議是Cat-M和NB-IoT。

其中，窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)的電池功耗低，訂閱價格可能更低。它提供了更接近LoRa配置要求的低功耗通信和數(shù)據(jù)大小，從而更容易實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)提供商對LPWAN和蜂窩用例的兼容性。

相反，Cat-M可滿足更高的數(shù)據(jù)速率和低延遲通信，如果用戶需要從特定的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集大文件，或?qū)⒋罅扛峦扑偷轿锫?lián)網(wǎng)端點，Cat-M不失為最佳選手。Cat-M可滿足高質(zhì)量的語音，并將更多地應(yīng)用于實時應(yīng)用程序，如車聯(lián)網(wǎng)。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議提供了一種在區(qū)域、全國甚至跨大陸范圍內(nèi)利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的方法，而不需要預(yù)先建立網(wǎng)關(guān)來覆蓋區(qū)域。相反，供應(yīng)商已有的基站將傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。這也意味著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將會有和蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣的盲點，如果網(wǎng)絡(luò)連接被中斷——出于維護(hù)、訂閱限制、緊急情況或其他原因，用戶的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也會宕機(jī)。盡管如此，部署的易用性和覆蓋范圍常常是消費(fèi)者選擇它的理由。

前景

NB - IoT和Cat-M協(xié)議的普及程度還有待觀察。這兩者的推出時間都相對較短，而且還在不斷增長，兩者的可用性將在很大程度上取決于蜂窩運(yùn)營商的規(guī)劃。最終，NB-IoT的低功耗通信將為大多數(shù)人以合適的成本提供正確的效益，并最終使其它蜂窩協(xié)議相形見絀。然而，LPWAN和LoRaWAN仍有一席之地，特別是對于那些想要覆蓋大片地區(qū)或擁有專用網(wǎng)絡(luò)的公司。

也許我們將看到更多的物聯(lián)網(wǎng)公司轉(zhuǎn)向與協(xié)議無關(guān)的模型。在這種模型中，用戶不需要針對要部署的物聯(lián)網(wǎng)解決方案來選擇通信協(xié)議，傳感器可以支持多協(xié)議。著眼于未來的兼容性，當(dāng)前部署物聯(lián)網(wǎng)時，請注意可以考慮哪些協(xié)議，并選擇一個適合物聯(lián)網(wǎng)項目的規(guī)模、功耗和連接性需求以及該技術(shù)的未來都有意義的協(xié)議。