物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的無線協(xié)議，是單個(gè)出擊還是走向融合？

本刊編輯部

引 言

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟8月份在上海舉辦了2015藍(lán)牙亞洲大會(huì)，大會(huì)展示了藍(lán)牙技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的無限應(yīng)用，還探討了Bluetooth Smart傳感器如何通過IPv6/6LoWPAN直接接入互聯(lián)網(wǎng)，連接“我們周圍的物件”。未來，無論是家居場景還是工業(yè)、零售業(yè)和建筑物，所有的物體都會(huì)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

現(xiàn)有的無線協(xié)議很多，包括 WiFi、ZigBee、紅外、3G/4G、藍(lán)牙等，物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要依托這些無線協(xié)議，它們都希望能夠搭乘“物聯(lián)網(wǎng)”這趟順風(fēng)車，而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用則需要很強(qiáng)的配對(duì)、定位和追蹤能力，所以就會(huì)涉及到選擇問題。

在很多面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的芯片中，會(huì)加入一種或幾種無線協(xié)議，工程師在開發(fā)中常常會(huì)很迷茫，到底該如何選擇呢？物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的無線通信應(yīng)該是什么樣的，是不是要將所有協(xié)議融合在一起，根據(jù)需要通過硬件或者軟件來選擇？但是這其中又涉及到成本問題，讓我們來聽聽業(yè)內(nèi)公司是怎么說的。

業(yè)界聲音

CEVA公司投資者關(guān)系及企業(yè)傳訊副總裁Richard Kingston

CEVA公司認(rèn)為，目前來看，沒有任何一種單一無線通信協(xié)議可以覆蓋整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)市場，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)涵蓋了非常多不同終端的市場和應(yīng)用，僅使用單一無線通信標(biāo)準(zhǔn)來支撐所有通信需求是不現(xiàn)實(shí)的。在戰(zhàn)略上，CEVA決定專注于在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域擁有巨大市場潛力的無線協(xié)議，包括Bluetooth、WiFi和LTE Cat0/LTE Cat-M等。這些協(xié)議已經(jīng)在大眾市場中得到廣泛采用，到2020年它們將會(huì)用于超過250億個(gè)設(shè)備。

CEVA認(rèn)為，有些協(xié)議在硬件中實(shí)施會(huì)比較合適，而另一些協(xié)議則比較適合在軟件中實(shí)施。例如，為了使Bluetooth Smart芯片滿足超低功耗和緊湊尺寸的要求，就必須在硬件中實(shí)施；但是對(duì)于智能儀表的參考設(shè)計(jì)，使用一個(gè)可以在軟件中支持多種無線協(xié)議（可能是 WiFi、Zig-Bee、LTE或802.15.4g等）的可編程引擎是比較合適的，這樣就可以根據(jù)用戶的需要來選擇。

總之，CEVA認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)百花齊放的巨大市場，在無線通信方面，通用的“萬靈丹”是不存在的。對(duì)于應(yīng)用中的每一部分，比如消費(fèi)電子、工業(yè)、醫(yī)療、健身、公用事業(yè)等，都需要以盡可能高效的方式來應(yīng)對(duì)，因此就需要混合各種硬件和軟件解決方案，然后選擇合適的選項(xiàng)來應(yīng)對(duì)各個(gè)應(yīng)用的需要。

Silicon Labs亞太區(qū)區(qū)域營銷資深經(jīng)理Desmond

Silicon Labs認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)和家居互聯(lián)市場將整合802.15.4技術(shù)（ZigBee和Thread）、WiFi和Bluetooth。Silicon Labs為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員提供了多種無線連接解決方案，包括sub-GHz無線 MCU、收發(fā)器和2.4 GHz無線SoC，還提供無線IC支持多種協(xié)議，諸如802.15.4 Zig-Bee、Thread網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及sub-GHz頻段內(nèi)的多種新興和專利協(xié)議（例如Wireless M-Bus和Wi-SUN）。

為了幫助開發(fā)人員簡化設(shè)計(jì)并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，Silicon Labs于2015年3月份推出了Blue Gecko解決方案，該解決方案包括超低功耗無線片上系統(tǒng)（SoC）芯片、嵌入式模塊、Bluegiga軟件開發(fā)工具包（SDK）和Bluetooth Smart軟件協(xié)議棧。

而對(duì)于需要直接進(jìn)行IPv6連接的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用來說，Thread協(xié)議是一個(gè)理想選擇。作為Thread Group的創(chuàng)始成員和技術(shù)委員會(huì)主席，Silicon Labs一直持續(xù)積極參與和推動(dòng)Thread標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的定義和開發(fā)，并于2015年7月推出了Thread解決方案，提供給開發(fā)人員符合Thread標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)縮放公司（DataXoom）共同創(chuàng)辦人Rob Chamberlin

Rob Chamberlin認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)可能需要一個(gè)全新的專用網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)上大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)家電對(duì)帶寬的要求并不高，它們之間往往只是共享幾個(gè)字節(jié)的簡單數(shù)據(jù)，事實(shí)上，目前物聯(lián)網(wǎng)僅占用約1%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。然而，物聯(lián)網(wǎng)的主要服務(wù)網(wǎng)絡(luò)——3G和4G網(wǎng)絡(luò)是為大流量數(shù)據(jù)連接而設(shè)計(jì)的，但是問題的實(shí)質(zhì)不出自帶寬，而是其價(jià)格?，F(xiàn)今，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一個(gè)月內(nèi)所提供的收益，僅相當(dāng)于一臺(tái)普通智能手機(jī)所產(chǎn)生收益的一小部分。物聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)今無線運(yùn)營商所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，而在未來10年內(nèi)，隨著連接設(shè)備數(shù)量呈指數(shù)增長，這個(gè)問題只會(huì)變得更加嚴(yán)重。

其實(shí)谷歌開發(fā)大使Don Dodge也認(rèn)為需要一個(gè)新的、廉價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)。Don Dodge認(rèn)為，盡管用無線網(wǎng)絡(luò)（WiFi）連接各個(gè)設(shè)備的費(fèi)用相當(dāng)?shù)?，但是因?yàn)?WiFi僅限于在家庭或辦公環(huán)境中使用，而物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)在現(xiàn)實(shí)生活中隨處可用。離開WiFi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍時(shí)，用戶只能被迫使用流量數(shù)據(jù)來連接寬帶網(wǎng)絡(luò)，這是完全不劃算的，尤其未來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量會(huì)非常龐大。

其實(shí)，高通公司正在研究一套遠(yuǎn)距離、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)新標(biāo)準(zhǔn)，像這樣的網(wǎng)絡(luò)可以幫助設(shè)備在更遠(yuǎn)距離和更低成本的條件下保持連接，以此支撐物聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)展，讓物聯(lián)網(wǎng)能使業(yè)務(wù)客戶最終收益。不過說到底，一套物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)新標(biāo)準(zhǔn)的成敗還是取決于最終所需設(shè)備的數(shù)量。

但是也有相反觀點(diǎn)出現(xiàn)，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟主席Suke Jawanda認(rèn)為：建立一個(gè)單獨(dú)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是不必要的，甚至還會(huì)適得其反；一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)很可能阻止物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樾碌木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議可能意味著設(shè)備之間不再能交換信息。Jawanda強(qiáng)烈建議，在充分改進(jìn)的前提下，現(xiàn)有的3大網(wǎng)絡(luò)——蜂窩廣域網(wǎng)、本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙智能個(gè)人網(wǎng)絡(luò)是足以應(yīng)付的。

編輯視角

物聯(lián)網(wǎng)是對(duì)各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上部署了海量的多種類型的傳感器，每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，按一定的頻率周期性地采集環(huán)境信息，并且不斷地更新數(shù)據(jù)，最后還需要將這些信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳送出去，而保證數(shù)據(jù)正確及時(shí)地傳送，無線通信協(xié)議功不可沒。

到目前為止，應(yīng)用比較多的幾種無線通信協(xié)議包括藍(lán)牙、ZigBee、WiFi、Thread等。

（1）藍(lán) 牙

藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距離無線接口，使各種設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作，其傳輸頻段為全球通用的2.4 GHz ISM頻段，提供1 Mbps的傳輸速率和10 m的傳輸距離。藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展到Bluetooth Smart和Bluetooth Smart Ready，低功耗成為其最大的特色。

（2）ZigBee

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，其主要特點(diǎn)包括低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。Zig-Bee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Router）、傳感器節(jié)點(diǎn)（EndDevice）三種角色。光纖、ADSL、3G和WiFi是聯(lián)網(wǎng)的主要?jiǎng)用}，但最后100 m的短距離接入則是通過短距離無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，而ZigBee被認(rèn)為是目前適合傳感器網(wǎng)絡(luò)接入端的無線通信技術(shù)。

（3）WiFi

WiFi是一種可以將個(gè)人電腦和手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性。WiFi的工作頻率是2.4 GHz，與無繩電話、藍(lán)牙等許多不需頻率使用許可證的無線設(shè)備共享同一頻段，速率達(dá)54 Mbps。WiFi可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為用戶提供無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問。

（4）Thread協(xié)議

2014年7月，谷歌旗下的家用恒溫器制造廠商N(yùn)est提出了名為Thread的家庭物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議技術(shù)，致力于研發(fā)基于IP地址的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來連接智能家居設(shè)備。智能家居設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信并不像WiFi那樣，數(shù)據(jù)傳輸需要消耗太大的能量，而是使用最小化的能源來傳輸小容量的數(shù)據(jù)，所以Thread網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。Thread協(xié)議的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該系統(tǒng)支持IPv6，意味著該網(wǎng)絡(luò)能夠在需要中心Hub或者類似智能手機(jī)設(shè)備的前提下，直接和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，在Hub出現(xiàn)崩潰的時(shí)候，網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)依然能夠保持網(wǎng)絡(luò)連接。

對(duì)常見的幾種無線協(xié)議的特點(diǎn)有了大概了解，那么到底哪個(gè)才是物聯(lián)網(wǎng)需要的？

進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，由于每個(gè)人周圍的設(shè)備可以達(dá)到1 000～5 000個(gè)，這些物體包含了大到飛機(jī)、輪船、汽車，小到臺(tái)燈、手環(huán)、牙刷等，它們要時(shí)時(shí)在線，可隨時(shí)隨地互動(dòng)。既需要時(shí)時(shí)在線，又要實(shí)現(xiàn)便攜性，首先考驗(yàn)的就是功耗，所以物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信協(xié)議必須要低功耗，而且還要具備快速喚醒能力。綜合比較幾種常用的無線通信協(xié)議，在這一點(diǎn)上，藍(lán)牙、ZigBee和Thread能夠勝出。但是物聯(lián)網(wǎng)中有數(shù)量如此龐大的物，要保證所有的物都能夠時(shí)時(shí)在線，這個(gè)網(wǎng)就必須十分“堅(jiān)強(qiáng)”，WiFi和Thread都支持IPv6，在編織一個(gè)強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)方面具有先天優(yōu)勢。這樣來看，每個(gè)無線協(xié)議都有非常獨(dú)特的優(yōu)勢，是物聯(lián)網(wǎng)在某一個(gè)點(diǎn)上所需要的，所以想用單個(gè)協(xié)議一統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)世界的想法是不現(xiàn)實(shí)的。

既然沒有簡單的處理方法，工程師在開發(fā)芯片時(shí)又該如何做出取舍？一種方法是，針對(duì)不同的應(yīng)用選取相對(duì)來說更加適合的協(xié)議；另一種方法是，所有通信協(xié)議都集成到芯片，需要哪種協(xié)議就選擇哪種協(xié)議的接口。

目前而言，出于成本的考慮，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期，第一種處理方法非常適用，但是從長遠(yuǎn)來看，所有協(xié)議融合到芯片中會(huì)成為一種趨勢，不過前提是融合成本降低到一定水平。這類似于GPS芯片的發(fā)展過程，因?yàn)槿诤铣杀窘档偷搅耸袌隹梢越邮艿姆秶鷥?nèi)，所以現(xiàn)在的GPS芯片大部分都會(huì)支持所有的衛(wèi)星系統(tǒng)，因此，物聯(lián)網(wǎng)中的無線協(xié)議最終會(huì)走向融合！當(dāng)然關(guān)于另建網(wǎng)絡(luò)的做法，就得需要行業(yè)領(lǐng)袖了，但短期來看，這種做法成本會(huì)更高。