物聯網場景中的通訊協議介紹
隨著網際網路的迅速發展，越來越多的資訊孤島已經實現了聯通，在此基礎上，實現萬物互聯已經不再是遙不可及的夢想。不知不覺間，我們在生活中已經開始接觸物聯網的相關技術甚至是產品。
下面我將針對物聯網場景中的一些通訊協議和大家做一個簡單的分享，希望能給大家帶來更多啟發。
——劉洋 銳捷網路網際網路系統部行業諮詢
▲ 本文思維導圖概覽
物聯網的基本架構包括三個層面：感知層、網路層和應用層。
▲ 物聯網架構圖
感知層通過感測器採集某些資料(聲、光、電等)，基於網路層的終端模組，對接到網路層的基站，實現資料採集後的傳輸。
網路層負責將感知層採集的資料進行回傳，基於不同特點採用不同的通訊協議技術進行回傳至關重要，這也是本文重點所討論的內容。
應用層可以理解為物聯網的資料平臺和業務平臺。資料平臺作為所有物聯網終端資料的集合點，負責資料的統一儲存、分析等，北向通過標準的API介面提供給業務平臺做資料呼叫;業務平臺基於資料平臺的原始資料實現各種業務邏輯，對外呈現的是服務。
其中，聚焦於網路層的通訊協議，則是群雄逐鹿，百家爭鳴。
當下最流行的Wi-Fi技術資料傳輸速度飛快，尤其802.11ax技術即將誕生，理論上8條流不是夢。然而伴隨速度的提升，耗電量急劇增大，且傳輸距離也成為難題，長距離傳輸需要每隔一定距離放一個AP進行橋接，這必將大幅提升成本。因此，Wi-Fi技術更適合供PC及PDA等終端應用的室內無線上網場景。
藍芽技術與Wi-Fi在2.4G頻段上有交接，所以同頻段會有一些干擾問題的產生。藍芽的耗電情況比Wi-Fi稍微低一些， 而傳輸速度遠不及Wi-Fi。在資產追蹤、定位標籤以及醫療感測器等場景下應用較多，如智慧手錶，藍芽定位等。
Zigbee技術的功耗比較小，通訊距離也比較短，是一種短距離低功耗的技術，主要應用於無線感測器及醫療場景等。
UWB超寬頻技術頻段較為乾淨，沒有其他頻段的干擾，在高精度定位的場景下應用更多。
▲ 通訊協議對比
以上技術更適合近距離場景的資料傳輸，那麼在遠距離場景下又有哪些技術呢?
運營商提供的4G網路，是人們生活中應用最多的，甚至超過Wi-Fi。它可以做到長距離傳輸，無論在室內還是室外，速度都很可觀。這種技術看起來很優越，但其功耗較大，只能應用於終端可自取電的物聯網場景，如某公司的共享單車，利用太陽能電池板進行取電。
在遠距離場景下，如果終端不能解決供電問題，那麼需要一種具有更低功耗，覆蓋範圍更大的技術來滿足這個場景下的物聯網通訊需求。於是在業務和技術的驅動下，一些專家和企業為了解決這個問題，研究出一種新型的通訊技術——LPWAN，即低功耗廣域網技術。
LPWAN的目標是為物聯網應用中的M2M(裝置到裝置)通訊場景而優化的遠距離無線網路通訊技術。LPWAN技術的優勢主要體現在：低速率、超低功耗、長距離、低吞吐、強覆蓋。這些特點恰好說明，此項技術正是針對物聯網在長距離傳輸的場景下開發的。具體應用如：城區覆蓋、遠端抄表、井蓋檢測以及近海漁船檢測等。
▲ LPWAN技術特點
LPWAN作為一個新的技術陣營，其內部分為兩大派系：授權頻段和非授權頻段。授權頻段又分為EC-GSM、eMTC以及NB-IoT;而非授權頻段的“頭牌”則是LoRa。
EC-GSM
隨著LPWAN的興起，傳統的GRPS應用於物聯網的劣勢愈發明顯。2014年，3GPP研究專案提出，將窄帶(200kHz)物聯網技術遷移到GSM上，尋求比傳統GPRS高20dB的更廣的覆蓋範圍，並提出五大目標：提升室內覆蓋效能、支援大規模裝置連線、減小裝置複雜性、減小功耗和時延。到了2015年，TSG GERAN #67會議報告表示，EC-GSM已滿足5大目標。但隨著R13 NB-IoT標準凍結之後，人們將更多精力投入到了重新定義的標準當中。
eMTC
eMTC的概念在R13中被正式命名，以前的R12被稱為Low-Cost MTC，它是基於LTE演進的物聯網技術。eMTC基於蜂窩網進行部署，使用者裝置通過支援1.4MHz的射頻和基帶頻寬，可直接接入現有的LTE網路。eMTC的關鍵能力在於速率高(相較於GPRS、zigbee等)、可移動、可定位以及支援語音。。
NB-IoT
最近特別火熱的NB-IoT其實是NB-CIoT和NB-LTE兩者的融合。NB-CIoT提出了全新的空口技術，較傳統LTE網路改動較大，他滿足於TSG GERAN#67會議上提出的五大目標，其亮點在於通訊模組成本低於GSM及NB-LTE的模組。而NB-LTE則與現有的LTE相容，特點是利於部署。在激烈的爭論後，終於對兩者加以融合，形成了NB-IoT的技術標準。
NB-IoT全稱為窄帶物聯網，可以直接部署於LTE網路，良好的相容性降低了部署的成本。其本身具有更低的功耗，理論上估算，承載NB-IoT的終端模組基於電池的待機時間可達10年之久。模組成本的降低，也讓市場更多的公司開始應用這項技術，風靡全國的共享單車就是其一。某公司第三代的智慧鎖就採用了NB-IoT的模組，一方面是運營商的大力推廣，另一方面也確實帶來了價值。
LoRa
與NB-IoT齊頭並進發展的就是LoRa，與之不同的是LoRa技術使用非授權頻段。它是由Semtech公司採用和推廣的一種基於擴頻技術的超遠距離無線傳輸技術。LoRa全稱是Long Range，顧名思義，LoRa可以支援長距離傳輸。在中國，LoRa可以使用的頻段有兩個：CN779-787以及CN470-CN510。由於CN779-787最大發射功率只有10dBm(10mW)，並沒有“實用”的價值。所以人們更青睞於CN470-CN510這個頻段，它的最大發射功率可以達到17dBm(50mW)。
類比於Wi-Fi聯盟，LoRa也有對應的LoRa聯盟，旨為共同建立標準和規範，LoRaWAN就是這樣的產物。
▲ LoRa與NB-IoT對比
基於成本的考慮，LoRa的模組單價在8-10美元左右，而且非授權頻段也不需要支付額外的頻譜成本，相比於NB-IoT而言，成本方面具有較大優勢。在電池效能方面，由於NB-IoT在蜂窩授權頻譜上工作，所以需要定時進行網路同步，會消耗相應的電量，而LoRa則無此擔憂，但NB-IoT的這個特性也受到共享單車的熱烈歡迎，可以基於此來做車輛的實時定位工作。另外，從商業模式上來看，NB-IoT屬於運營商建網，業務方不需要自己來考慮基站的部署，比較省心;但與此同時，網路的質量、安全都是不可控的風險，且企業自身的增值也會受到一定阻礙。反觀LoRa，屬於企業自建網路，基站需自己部署，後續需自己運維、優化等，覆蓋的點位、網路質量及安全等維度都要自己負責。
截止目前，沒有哪個物聯網技術能夠成為真正的主流，對技術本身而言，沒有絕對的完美;從業務出發，更是需要結合業務特點、商業模式去選擇更適合的物聯網技術。
物聯網技術的發展伴隨各方“豪傑”群雄逐鹿，未來會不會三足鼎立或由新的勢力一統天下，讓我們拭目以待。