蓝牙,ZigBee,低功耗广域网络要三分天下?

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 蓝牙、ZigBee在低功耗、易组网等方面的优势成为各种近距离物联网应用场景中重要通讯方式。不过,随着低功耗广域网络(LPWAN)的普及,这一领域将迎来新的竞争者,其各种能力并不占下风,且具备直达云端的优势,未来在智能家居、可穿戴设备等领域大有可为。

近日,蓝牙联盟(SIG)公布了其2016技术路线,蓝牙作用距离将在目前的基础上增加3倍,在能耗不变的情况下数据传输速率将增长100%,且开始支持网状网络。在笔者看来,这些特征与ZigBee针锋相对,使蓝牙在智能家居、可穿戴设备等领域竞争力进一步增强。不可否认,蓝牙、ZigBee在低功耗、易组网等方面具有优势,成为各种近距离物联网应用场景中与WiFi形成补充的通讯方式。不过,随着低功耗广域网络(LPWAN)的普及,这一领域将迎来新的竞争者,可穿戴设备、传感器数据传输中LPWAN也将占据一席之地。

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各种能力对比,LPWAN并不占下风

在各类近距离通讯协议的争论中,我们往往拿几个指标进行对比,包括传输速率、功耗、距离、组网等指标,其中WiFi高带宽和高功耗的特征,更适用于各类插电和需要高速数据传输的设备,而蓝牙和ZigBee更适用于电池供电或自供电的设备,包括可穿戴和大量传感器数据传输。低功耗广域网络(LPWAN)在这些指标中表现如何呢?

(1)从距离角度来看,正如笔者在此前文章《补齐物联网通信层重大短板,低功耗蜂窝网络号角吹响》中所指出,就像当前3G/4G一张无处不在的蜂窝网络一样,未来运营商级的低功耗广域网络将是整个城市甚至国家广覆盖的一张大网。与蓝牙和ZigBee相比,由于LPWAN网络广覆盖、穿透性强的特征,无处不在的网络可以让各类低功耗设备随时接入,连那些深埋在地下的管网和各种角落的计量表都可以实现覆盖和连接,因此同样可以达到蓝牙、ZigBee等近距离环境下设备无缝互联互通的目的,且LPWAN也适合广域布局的设备;

(2)从功耗角度来看,LPWAN具有更低功耗,对于一些电池供电的设备来说,数年甚至十几年都无需更换电池,功耗表现优于蓝牙和ZigBee。当然,功耗与传输速率不可兼得,获得这样的功耗表现,需付出超低数据带宽的代价,以LPWAN典型代表LoRaWAN为例,该网络数据传输速率范围为0.3 kbps至50 kbps,这一速率大大低于蓝牙4.0和ZigBee的理论传输速率。不过,对于大量仅需较少数据传输量但对功耗要求极高的穿戴设备、传感器来说,LPWAN明显是其最佳的选择。

(3)从组网角度来看,ZigBee一直引以为豪的是组网能力强,一个网关理论上可连接数万设备,且可以Mesh组网;蓝牙2016技术路线也将Mesh组网作为发展方向。不过,对于用户来说,再初次使用这些协议的设备时仍需要进行配置,虽然配置并不复杂,但仍会或多或少造成用户的麻烦。而LPWAN作为广域网络,只要支持该网络协议的设备均可直接接入相应网络,无需手动配置,就像手机一样,开机即可接入网络,提升用户体验。

更有直达云端的优势

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对于物联网应用来说,硬件本身价值有限,而在硬件使用过程中所产生的数据潜力是无限的,通过云端进行各种数据分析挖掘意义重大,因此各种通讯协议的一大重要功能是要实现将采集的数据传输至云端,并将云端处理的数据反馈至设备。不过,使用不同协议的设备与云端数据上传下行的形式和效率差别很大。

众所周知,在很多可穿戴设备应用场景中,由于随时随地移动性和功耗的考虑,往往采用蓝牙的方案,将设备产生的数据同步到手机后上传至云端;在智能家居应用场景中,大量的低功耗传感器数据需要采集和传输,若采用ZigBee的方式,数据采集后需要经由ZigBee网关与家庭WiFi路由器连接后上传至云端。很明显,采用蓝牙或ZigBee两种低功耗技术无法实现设备数据直达云端,而需要设置中继环节才能完成,对于用户来说,要实这些低功耗方案,我们不得不额外使用手机或安装网关,如果那些低功耗设备的数据无需中继直接与云端实现上传下行,则会大大简化智能化场景的方案设计。

LPWAN在这方面具备了无可比拟的优势,用户只需使用支持LPWAN的终端设备,无需考虑手机、网关等辅助设备,即可实现数据直达云端。虽然通过LPWAN是星形网络,需要通过网关或基站实现数据上下行,但这些设置是网络运营商所考虑和实施的,无需用户额外配置。

综合上文中各类指标的对比,加上直达云端的优势,未来低功耗物联网领域中,LPWAN将对蓝牙和ZigBee产生巨大冲击。不过,就目前来看,LPWAN还需要一段路要走。

广泛认知促进普及

当前,全球多家主流运营商开始支持或搭建LPWAN网络,基于LPWAN的应用案例也不少,包括水、电、燃气、热力抄表,城市路灯监控,垃圾点监测,仓储等产业物联网领域,在智能家居、可穿戴设备等消费物联网领域尚未应用。

一项技术在消费物联网领域的普及,在很大程度上受益于人们对其认知。在今年8月举办的亚洲蓝牙大会上,蓝牙技术联盟宣布蓝牙目前的年出货量已达30亿的水平,在笔者看来,这一大规模的出货量,与以往蓝牙在智能手机中的普及有着很大关系,正是由于在智能手机等消费电子中的普及,促使人们对蓝牙认知的普及,也让蓝牙步入物联网设备中时人们并不陌生。

对于LPWAN来说,除了从技术演进上向适合消费物联网设备的方向努力,比如可植入穿戴设备中的更小体积的芯片等,从一些消费物联网产品切入形成示范应用,让人们对这一技术体验有直观认知也非常重要。我们看到,相关厂商正在这一方向上进行尝试,在近期举行的2015全球移动宽带论坛上,华为与合作伙伴展示了基于NB-IOT低功耗蜂窝网络方案的各种消费物联网方案,包括具有智能追踪、超距告警、电子锁控制、电池监控等的智能拉杆箱,具备位置定位的防盗功能的智能自行车,以及宠物定位设备。类似这些应用LPWAN方案的消费类产品的尝试,相信对于消费端用户认知提升具有积极影响。

当我们还在关注WiFi、蓝牙、ZigBee这些近距离通信技术在智能家居领域之争时,低功耗广域网络已在悄然发展,近距离领域的竞争不仅发生在其领域内,远距离通信也加入了这一行列,LPWAN在低功耗近距离物联网通信领域也将大有可为。

 

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