被認(rèn)為是未來(lái)全球電子業(yè)發(fā)展引擎的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，其發(fā)展正在面臨瓶頸。

目前，IoT的應(yīng)用范圍極廣，而一個(gè)更準(zhǔn)確的描述就是：大量的碎片化的應(yīng)用場(chǎng)景。

而這正是造成目前IoT發(fā)展瓶頸的主要原因。

與此特性相吻合，扮演著傳遞感知物理世界(傳感器)信息的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，在不斷演進(jìn)的同時(shí)，新老技術(shù)都在試圖吞噬市場(chǎng)份額，并主導(dǎo)未來(lái)的IoT應(yīng)用。

從近距離的藍(lán)牙，到中遠(yuǎn)距離的ZigBee、WiFi、更廣泛的蜂窩通信5G，以及不同的組網(wǎng)架構(gòu)，如NB-IoT、Mesh、LoRa等，都有不同的廠(chǎng)商提供技術(shù)與芯片支持。

那么，哪種或幾種無(wú)線(xiàn)技術(shù)會(huì)在未來(lái)IoT應(yīng)用中扮演主角?

本文將分析目前幾個(gè)主流無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的現(xiàn)狀、未來(lái)可能的發(fā)展路徑，并最后給出作者的判斷和建議。

1.802.11ac:WiFi向IoT的妥協(xié)?

WiFi是現(xiàn)在最多家庭和消費(fèi)者常用的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在消費(fèi)者用戶(hù)中最為普及，也最為熟悉。然而，其功耗、頻段通信干擾和安全性的問(wèn)題，使得WiFi在物聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用，并沒(méi)有拷貝在消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品上的受歡迎程度。

現(xiàn)在，新推出的802.11ac作了相應(yīng)的優(yōu)化，力圖適合嵌入式的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

圖：ABIResearch對(duì)各種WiFi規(guī)格的出貨數(shù)量預(yù)測(cè)(March2017)

首先，802.11ac做了哪些優(yōu)化?

技術(shù)上來(lái)講，802.11ac處于5GHz頻段，可以有更多的頻段同時(shí)更少的干擾，擁有80MHz帶寬256QAM，連接速度更快。通過(guò)動(dòng)態(tài)頻道管理，可以有效地提升網(wǎng)絡(luò)的通暢率和容量，采用標(biāo)準(zhǔn)化的波束賦形(beam-forming)，實(shí)現(xiàn)更好的性能和更廣的覆蓋。

相關(guān)：NB-IOT基站到底是什么?

自從工信部下發(fā)政策文件，要建設(shè)150萬(wàn)個(gè)NB-IOT基站，并大力鋪設(shè)NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的消息傳開(kāi)后，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)界頓時(shí)突然久旱遇甘露般無(wú)不歡呼鼓舞，到底什么NB-IOT基站，網(wǎng)絡(luò)如何組成，數(shù)據(jù)如何傳輸，這些問(wèn)題小編來(lái)一一解答：

NB-IOT網(wǎng)絡(luò)組成

NB-IOT網(wǎng)絡(luò)包括NB-IOT終端，NB-IOT基站，NB-IOT分組核心網(wǎng)，IOT連接管理平臺(tái)，和行業(yè)應(yīng)用服務(wù)器。需要升級(jí)現(xiàn)網(wǎng)基站支持NB-IOT業(yè)務(wù)，部署NB-IOT業(yè)務(wù)專(zhuān)用的EPC(CloudEdge)，需要新部署IOT連接管理平臺(tái)。IOT連接管理平臺(tái)的功能：提供對(duì)各種傳感器、SIM卡的數(shù)據(jù)采集、管理功能，同時(shí)可以把數(shù)據(jù)開(kāi)放給第三方應(yīng)用系統(tǒng)，讓各種應(yīng)用能快速構(gòu)建自己的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。(來(lái)源：頭條號(hào)/物聯(lián)網(wǎng)那些事)

NB-IOT網(wǎng)絡(luò)

什么是NB-IOT基站

NB-IOT基站是移動(dòng)通信中組成蜂窩小區(qū)的基本單元，主要完成移動(dòng)通信網(wǎng)和UE之間的通信和管理功能。即通過(guò)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)連接的NB-IOT用戶(hù)終端設(shè)備必須在基站信號(hào)的覆蓋范圍內(nèi)才能進(jìn)行通信?；静皇枪铝⒋嬖诘?，屬于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的一部分，是連接移動(dòng)通信網(wǎng)和UE的橋梁?；疽话阌蓹C(jī)房、信號(hào)處理設(shè)備、室外的射頻模塊、收發(fā)信號(hào)的天線(xiàn)、GPS、各種傳輸線(xiàn)纜等組成。

NB-IOT基站

如何連接NB-IOT基站

通過(guò)以下協(xié)議來(lái)鏈接

COAP協(xié)議：MCU(NB設(shè)備)—NB模塊(UE)--eNode—核心網(wǎng)—IOT平臺(tái)—APP服務(wù)器—手機(jī)終端app

UDP協(xié)議：MCU(NB設(shè)備)—NB模塊(UE)--eNode—核心網(wǎng)—UDP服務(wù)器—手機(jī)終端

數(shù)據(jù)如何傳輸

數(shù)據(jù)上報(bào)是物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中最基礎(chǔ)的一項(xiàng)，這里先把幾個(gè)術(shù)語(yǔ)解釋下。

南向設(shè)備：開(kāi)發(fā)者自行開(kāi)發(fā)的終端硬件設(shè)備(包含多個(gè)傳感器和MCU)。

北向應(yīng)用：開(kāi)發(fā)者自行開(kāi)發(fā)的服務(wù)端應(yīng)用(基于華為OceanConnect物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的RESTful接口)。

NB-IoT：這不用解釋了吧，窄帶物聯(lián)網(wǎng)，華為等公司主推的物聯(lián)網(wǎng)通訊用蜂巢網(wǎng)絡(luò)。

NB-IoT芯片/模組：類(lèi)似于3G/4G通信模組，將設(shè)備端數(shù)據(jù)打包發(fā)送到指定平臺(tái)的硬件模塊。

SoftRadio：用于模擬NB-IOT模組、基站、核心網(wǎng)的PC端軟件，可用于在缺乏NB模組和NB實(shí)網(wǎng)環(huán)境時(shí)的設(shè)備對(duì)接調(diào)試。

OceanConnect：物聯(lián)網(wǎng)全聯(lián)接平臺(tái)，南向設(shè)備和北向應(yīng)用通過(guò)該平臺(tái)交換數(shù)據(jù)和信令。

設(shè)備Profile文件：描述設(shè)備“是什么”、“能干什么”的json格式文件，上傳到OceanConnect平臺(tái)(上傳時(shí)是zip包格式)，設(shè)備綁定平臺(tái)和提供服務(wù)的關(guān)鍵配置文件。

編解碼插件：用來(lái)對(duì)NB設(shè)備上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，同時(shí)對(duì)下發(fā)給NB設(shè)備的信令進(jìn)行編碼的插件，對(duì)接前需上傳到OceanConnect平臺(tái)。

終端設(shè)備將需要上報(bào)的數(shù)據(jù)通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到華為物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，而后北向應(yīng)用通過(guò)RESTful接口獲取這些數(shù)據(jù)(或平臺(tái)主動(dòng)推送已訂閱的數(shù)據(jù))。

數(shù)據(jù)上報(bào)流程

流程：

1、南向設(shè)備采集數(shù)據(jù)、并將數(shù)據(jù)按自定義規(guī)則進(jìn)行編碼，例如：將溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)編碼成000102;

2、設(shè)備通過(guò)串口，以AT命令的形式，發(fā)送已編碼數(shù)據(jù)到NB-IoT模組或SoftRadio模擬器。

3、NB-IoT芯片/模組或SoftRadio模擬器，接收到AT命令后，將payload后，自動(dòng)封裝為CoAP協(xié)議的消息，并發(fā)送給事先配置的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái);

4、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)收到數(shù)據(jù)后，自動(dòng)解析CoAP協(xié)議包，根據(jù)設(shè)備profile文件，找到匹配的編解碼插件，對(duì)payload進(jìn)行解析，解析為與設(shè)備profile中描述的service匹配的json數(shù)據(jù)，并存于平臺(tái)之上;

5、應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)北向數(shù)據(jù)查詢(xún)接口(RESTful)獲取平臺(tái)上的數(shù)據(jù);同時(shí)也可以提前調(diào)用訂閱接口，對(duì)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行訂閱，則之后所有的數(shù)據(jù)變化，平臺(tái)都會(huì)通過(guò)POST消息，發(fā)送到制定的服務(wù)器。

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工業(yè)IoT應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)要求

目前，大家都在談工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IndustrialInternetofThings―IIoT)以及對(duì)于工業(yè)傳感器之無(wú)線(xiàn)連接能力的關(guān)聯(lián)需求。對(duì)工業(yè)界來(lái)說(shuō)，給機(jī)器、泵、流水線(xiàn)和軌道車(chē)輛等物件裝備傳感器的概念并不新鮮。為特定用途而設(shè)計(jì)的傳感器和網(wǎng)絡(luò)已在工業(yè)環(huán)境中激增，從煉油廠(chǎng)到生產(chǎn)線(xiàn)均在其列。

歷史上，這些網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性方面遇到了一個(gè)很高的門(mén)檻，完全無(wú)法利用消費(fèi)類(lèi)技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)。特別地，這些傳感器實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的方法決定了在工業(yè)應(yīng)用特有的嚴(yán)苛環(huán)境中是否能夠以安全、牢固和具成本效益的方法來(lái)部署傳感器。

首先要考慮的是可靠性和安全性。與消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用不同，成本往往是消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用中最重要的系統(tǒng)屬性，而工業(yè)應(yīng)用一般是把可靠性和安全性列為榜首。在OnWorld對(duì)工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)用戶(hù)所做的全球性調(diào)查中，可靠性和安全性被受訪(fǎng)者舉出為兩個(gè)最重要的問(wèn)題。如果您考慮到一家公司生產(chǎn)商品的盈利能力、質(zhì)量和效率，以及工人的安全要常常依賴(lài)于這些網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這就沒(méi)什么好驚訝的了。可靠性和安全性對(duì)于工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)之所以不可或缺，原因即在于此。

工業(yè)IoT并不是由無(wú)線(xiàn)技術(shù)專(zhuān)家安裝的。大多數(shù)情況下，已確立的行業(yè)將逐步地在其傳統(tǒng)產(chǎn)品以外增添工業(yè)IoT產(chǎn)品和服務(wù)，而其客戶(hù)則將在新和老式設(shè)備混合使用的環(huán)境中進(jìn)行部署。工業(yè)WSN中所體現(xiàn)的智能必須給工業(yè)IoT產(chǎn)品提供一種易用性，從而使得過(guò)渡過(guò)程對(duì)于現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)工作人員而言是無(wú)縫的。而且，系統(tǒng)應(yīng)可供全球部署之用，因?yàn)樽罱K用戶(hù)對(duì)于工業(yè)IoT的廣泛采用常常是遍及全公司，并且要求多地點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。

傳感器可安放在任何地方。對(duì)于工業(yè)IoT應(yīng)用而言，傳感器或控制點(diǎn)的精準(zhǔn)布設(shè)是至關(guān)緊要的。無(wú)線(xiàn)技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信，但是如果您需要通過(guò)插上電源來(lái)給無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)供電，或者每隔幾小時(shí)或甚至幾個(gè)月對(duì)其進(jìn)行再充電，那么部署的成本和不切實(shí)際的方法就變得讓人望而生畏了。

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作的可見(jiàn)性是關(guān)鍵所在。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)被要求連續(xù)運(yùn)行多年，然而不管網(wǎng)絡(luò)有多么堅(jiān)固，仍然是會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的。在安裝時(shí)工作良好的網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量在其工作壽命期間有可能受到諸多環(huán)境因素的影響。IIoT網(wǎng)絡(luò)應(yīng)擁有自我診斷、自愈以及可在發(fā)生問(wèn)題時(shí)提醒用戶(hù)和操作人員的能力。

在業(yè)務(wù)關(guān)鍵型工業(yè)應(yīng)用中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)必須達(dá)到一個(gè)針對(duì)智能、安全以及多年可靠無(wú)線(xiàn)操作的高門(mén)檻。這些嚴(yán)格的要求可利用現(xiàn)有和新涌現(xiàn)的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿(mǎn)足，它們將是旨在幫助工業(yè)客戶(hù)在工業(yè)IoT時(shí)代中實(shí)現(xiàn)其商業(yè)和服務(wù)變革的重要構(gòu)件。

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