991年，劍橋大學特洛伊計算機實驗室樓下的咖啡壺被改造成了聯(lián)網(wǎng)設備，科學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，鏡頭對準咖啡壺，利用計算機圖像捕捉技術，將咖啡壺的狀態(tài)信息傳遞到實驗室的計算機上，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被部署所發(fā)展。
在過去的10年里，物聯(lián)網(wǎng)技術變得更加經(jīng)濟有效。設備成本更便宜、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)架構中扮演特定的角色，以創(chuàng)建新的業(yè)務模型。在接下來的20年里，我們可以將一萬億臺設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上。連接的設備越多，就越能夠發(fā)現(xiàn)更多的業(yè)務改進機會，并利用物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)這些機會。
現(xiàn)在，必要的物聯(lián)網(wǎng)技術已經(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、功能集和應用程序。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)絡語言，對物聯(lián)網(wǎng)解決方案的整體部署的可行性至關重要。協(xié)議規(guī)定了物聯(lián)網(wǎng)解決方案通信的范圍、格式和復雜性，并在確定成本和功能性方面發(fā)揮關鍵作用。
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)絡供應商是否能維護我們的連接，或者你更愿意構建私有網(wǎng)絡來運行數(shù)據(jù)?當物聯(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)絡上運行?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
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)境中進行工作時，那跟蹤這些工作人員就是很有必要的。可能你已經(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)領域;也許是負責著一個大的學校或政府建設項目。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，LPWAN技術通常更具優(yōu)勢。
如果用戶部署了一個LoRaWAN網(wǎng)絡，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：用戶擁有所有的設備、網(wǎng)絡和通過網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。所以，當蜂窩網(wǎng)絡宕機或發(fā)射塔故障時，用戶不必擔心物聯(lián)網(wǎng)部署失敗，也不必等待供應商來修復它。
若用戶安裝了自己的LPWAN，那么當出現(xiàn)問題時，用戶將負責監(jiān)視、支持、維護和修理。用戶還必須確定如何保護自己的網(wǎng)絡。鑒于這些原因，強烈建議你們去部署一個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、云和應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。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主要在歐洲運營，與LoRaWAN相比，SigFox的數(shù)據(jù)有效負載更小，因此每臺設備的功耗比LoRaWAN要低，但也限制了SigFox用戶使用LoRa技術應用某些行業(yè)的關鍵功能，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多家領先的科技公司加入了LoRa聯(lián)盟。LoRa技術正在不斷發(fā)展，以適應不斷優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和新的用例。
遠程物聯(lián)網(wǎng)與蜂窩協(xié)議
想象一下，您正在從事備災或環(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)絡分析信息。或者你經(jīng)營一家租賃公司，需用一種方法在一個不可預知的廣闊空間里更密切地跟蹤你的設備和車輛。在這些用例中，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可以改變游戲規(guī)則，從遙遠的端點收集數(shù)據(jù)。
雖然有可能出現(xiàn)其他技術，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)設備收集大文件，或將大量更新推送到物聯(lián)網(wǎng)端點，Cat-M不失為最佳選手。Cat-M可滿足高質量的語音，并將更多地應用于實時應用程序，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利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的方法，而不需要預先建立網(wǎng)關來覆蓋區(qū)域。相反，供應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)絡一樣的盲點，如果網(wǎng)絡連接被中斷——出于維護、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。盡管如此，部署的易用性和覆蓋范圍常常是消費者選擇它的理由。
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)絡的公司。
也許我們將看到更多的物聯(lián)網(wǎng)公司轉向與協(xié)議無關的模型。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的未來都有意義的協(xié)議。
