經過多年發展,物聯網時代已經到來。從應用方面看,物聯網可以分成不同的場景物聯網,比如工業物聯,農業物聯,城市物聯,家居物聯等等。技術層面,我們通常說物聯網架構方面存在幾大層次包括端,管,云幾個方面。在端這一側,傳感器,小應用,無線傳輸是個完整的小生態,然后通過無線通信進行相應的大數據采集以及云端應用形成物聯網大生態(以Zigbee為例)。
以大家常見的手環為例:通過加速度傳感器,脈搏傳感器,血氧傳感,血壓傳感等等,加上藍牙和藍牙內置的MCU,便可以實現計步,心率監測等等運動或健康應用,這里手環就是一個比較完整的小應用(如圖路徑1);最后利用藍牙傳輸與手機連接就可以實現運動或健康數據采集,實現大數據監測和管理(如圖路徑2)。
隨著5G的商用,‘管’這一側基本上也變得十分通暢,大帶寬,低時延的特性,滿足了各種物聯網應用場景的需求。就藍牙來說,各種應用如果出現與云之間的交互的話,5G就能比較好的克服時延的問題。舉個栗子,在家居場景,如果某個藍牙mesh網絡節點需要發出網絡控制指令,而這個指令是語音形式的,那么低時延就顯得非常重要。命令從節點到云,經過識別后返回網絡,這個過程越快,用戶體驗越好。
在云這一側,很多的大公司在做,做成平臺,做成各種大數據,然后做成基于數字的其他各種應用(你懂得)。
這里,我們將討論一下物聯網端側的無線技術。宏觀上看,端這一側,就相當于毛細血管。有兩層意思,一是,他是物聯網的基礎,沒有端,沒有數據,物聯網也就沒有基礎。二是,數量龐大。
首先,我們看看不同的無線協議對應的應用場景,這是基本區分,標志著協議面世的時候所對應的主要場景。下圖是一個大概的概念圖,可以直觀感受一下各方的區別。
其次,我們看看比較詳細的特性對比。
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功耗:在功耗表現方面BLE是最好的,市場上最好的指標是:RTC休眠(不是shutdown,很多時候會有意或無意的去混淆這個)的時候1~2uA,這個值已經基本上是由PMU,pad等半導體的物理特性決定了的,一般來說很難再小了。Active時候的峰值基本在十毫安左右;而500ms廣播的平均電流在幾十uA。WiFi基本上是數量級的高于這個數值,這個也是比較基本的判斷。NB,Lora,Sigfox的功耗基本介于這兩者之間。
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速率:BLE是2Mbps,可以做透傳,做BLE的profile應用,音頻等。WiFi目前用在物聯網的基本都是802.11b(物聯網的802.11ah協議基本沒有應用),所以最高速率在10Mbps左右,WiFi是為數據而生的協議,目前用在控制方面的應用,傳輸能力比較雞肋。其他的Zigbee,NB,Lora,Sigfox都在250Kbps左右,這類協議基本只能做極小數據的透傳,不能像BLE一樣還能做一些應用。
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傳輸距離:BLE5具備長距離特性,室內50米左右,相比WiFi在高功率發射的情況下表現還要好。Zigbee同BT4.2之前的水平差不多,應該在室內10幾米或者再多一點。NB,Lora,Sigfox屬于廣域的協議,傳輸距離都在1000米以上。
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組網能力:BLE的Mesh組網理論上65000,實際上目前可能測試到幾百上千個節點(有智能燈具10000個點的記錄)。Mesh組網的特點是網絡節點平等,網絡內部的采集和控制可以網內消化,而需要上云端的數據可以通過網關(比如智能音箱或任意一個Proxy節點)或手機傳輸。WiFi的組網是星型的,由路由器周圍帶十幾或幾十個節點,對大規模組網來說并不友好,這也是業界通常的看法。Zigbee本來就是做工業互聯的,開始便具備組網能力,它的弱點在于需要唯一網關上網,所有網絡規模大不了,通常100-200個點,而且還需要配備專門的路由器。其他NB,Lora,Sigfox等都是星型的基站結構,或大或小,看基站的能力以及協議規格,目前看來都是幾K或小幾十K。
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成本:成本難以直接比較,同一種協議的不同芯片規格,成本相差也比較大。BLE的成本相比其他任何一種協議,如果在相同的高中低檔芯片平行比較的話,是最小的。從市面上總體的感覺,也能得出這樣的結論。
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市場規模:目前單單BLE的市場規模,不包括音頻的話,也有20多億片每年,而且BLE這塊的復合增長率保持在20%以上。是個百億級的市場。WiFi我這里沒有數據,單僅僅從11b的角度來看,比BLE小很多。Zigbee全球市場目前應該在3-4億片每年。NB目前每年在幾千萬片,而Lora,sigfox目前主要應用在國外,不掌握相關數據。
各自的問題:
WiFi的問題在于功耗比較大,成本也較高,組網能力不足。Zigbee的問題在于成本也比較高,組網的規模不能太大會阻塞,而且沒有互聯網入口。NB的問題在于功耗并沒有宣傳的好,成本也高(芯片高,運行商還收費),傳輸數據量太小。Lora/Sigfox的問題在于目前沒有合法的身份,雖然免去了運行商的成本,但需要自己建基站。
總的說來,每種協議都有自己的應用場景,無非是每個場景都在努力找到能平衡各種需求以及成本的最佳方式。