在物聯網領域,同時存在著各種各樣的通訊技術。按傳輸距離的維度來劃分,在局域無線網絡范疇內,有廣泛應用于可穿戴、家庭、企業等場景的BLE、WIFI、Zigbee、sub1G等;針對廣域無線網絡,有專門應用于低速率、低功耗、廣覆蓋物聯網業務的LoRa、NB-IoT、eMTC等。
根據市場研究機構Gartner的最新數據顯示,到2025年,所有物聯網連接中的72%將使用WIFI和Zigbee這樣的短距離傳輸技術。而包含Sigfox、LoRa和NB-IoT等技術在內的低功耗廣域覆蓋網絡,在2025年將占據11%的物聯網連接。
多種技術廝殺,物聯網從業者應該如何取舍?很多芯片和模塊廠商采用同時押寶多種協議的做法。常見的比如同時支持BLE、Zigbee、蘋果Homekit和谷歌Thread等重要的局域IoT無線連接技術的單芯片,或同時支持NB-IoT、eMTC、E-GPRS等廣域技術的多模產品。無論怎么組合,一般都是遵循局域技術+局域技術,廣域技術+廣域技術這樣的套路。
然而有人卻另辟蹊徑,嘗試把BLE/ WIFI/ Zigbee等局域技術與NB-IoT/ LoRa等廣域技術在芯片或模塊層面混搭在一起。聽到這種思路,你的第一反應是不是不靠譜?
“這樣搞你的應用場景是什么?”
“LPWAN本就是為了低功耗,你把它和WIFI混搭在一起還談什么低功耗?”
……
關于問題的解答尚處于初始階段,本文展示一些有益的嘗試。
多彩的秋天,不僅服裝混搭盛行,就連物聯網領域將原本互不相干的BLE/ WIFI/ Zigbee與NB-IoT/ LoRa混搭的做法也正在創造潮流。
隨著NB-IoT市場的爆發,ARM收購了兩家相關領域的公司Mistbase和NextG-Com,積極布局。Mistbase是一家瑞典公司,提供完整的NB-IoT實體層解決方案。NextG-Com是英國公司,為NB-IoT提供完整的第2、3層軟件棧。除了充分發揮這些公司的軟硬件專業之長,ARM還投資了無線通訊設計,可以提供完整的NB-IoT芯片解決方案,從應用軟件一直延伸到天線。
并購之后,ARM豐富并完善了Cordio產品線,以NB-IoT為基礎,提供完整的低功率廣域網絡解決方案LPWAN,并以Bluetooth 5和IEEE 802.15.4標準,為無線個人區域網絡WPAN提供完整的無線通訊到應用的服務。這一做法無疑為BLE、Zigbee與NB-IoT的混奠實了基石。
初創公司Pycom是一家多模物聯網通訊開發板和模塊制造商。創客們能夠借助于Pycom的新型硬件,運用多種技術快速設計并連接設備,包括:近距離通訊技術Wi-Fi和BLE;LPWAN通信技術LoRa、Sigfox、NB-IoT和Cat M1等。
例如,L01模塊和LoPy開發板支持LoRa遠距離無線協議、Wi-Fi和藍牙連接。借助于MicroPython腳本,器件編程速度可提高10倍,而在用作LoRa Nano網關時,能連接5公里半徑范圍內多達100個LoPy設備。
不過Pycom的產品定位于小型網關,主要面向開發者和極客,使其應用領域極為有限。
緊隨其后,Telit推出了LoRaWAN協議與BLE的組合模塊,已經上市。新模塊完全符合最新的LoRaWAN標準,是公共或專用網絡、智能表計、遙感、工業自動化/監測與控制、無線報警與安全系統、農業、資產追蹤、街道照明和智慧城市應用的理想解決方案。
Telit型號為RE866的組合模塊支持非授權LPWANLoRaWAN標準和863-931 MHz頻段內的BLE近場通訊能力。它提供一條長距LoRaWAN無線電鏈路和不同的BLE外圍及中央功能。該模塊具備完全的無線傳輸能力,可通過遠程固件安裝和升級跟隨標準的演變。
它是與之連接的BLE傳感器裝置之間的天然網關,將數據發送至LoRaWAN協議網絡。RE866還與NE866(LTE Cat NB)模塊針腳兼容,可以極低或零成本快速地從授權標準轉換至非授權標準。
看到這里,也許你會發現,上述產品有個共性的迷茫:需求痛點和應用場景不明確。BLE、WIFI等局域技術和NB-IoT、LoRa等廣域技術的混搭,到底可以解決什么痛點,市場突破口又在哪里?一家名為Sensoro的公司正在嘗試撥開迷霧,給出清晰的解答。
通過與超過2100名客戶交流之后,他們發現巨頭們紛紛大舉進入的智能家居目前市場剛需并不明確,只有低于20%的客戶訴求。然而,與之形成鮮明對比的是,定位類設備的需求量正在爆發。
于是他們跑到深圳,前前后后花了10個月做了一圈調研,看了大量的所謂“山寨工廠”。有些事情超乎想象,通常一家規模不大的小工廠,每年定位類設備的出貨量都可以達到500-600萬件,根據測算,這樣的白牌企業在深圳至少有50家,也就是每年出貨量將近3億件。雖然相比而言產品較為低端,但卻貨真價實。
如果具體來看這些定位產品的市場分布,主要聚集于“人”、“車”、“物”這三類對象的定位需求。(當然,車也是物的一種,但它的特殊之處在于,它還是物的載體。)其中關于“人”的定位需求僅占20%,大量的需求在于各種“車”,比如摩托車、小轎車、工業用車…以及各種“物”,比如牛、羊、豬…的定位,占到80%。
在調研中,他們被一名來自白牌企業的哥們問到,“你們知不知道四川有多少頭黑豬?”隨后其自問自答道:僅僅在林芝靠近藏區的一小片區域,就定位了超過4000萬頭散養黑豬,也就是生態豬,這些豬對當地人來說就是重要資產。他們當時完全聽傻了。
針對定位服務這一市場需求,以前的方案往往使用GPRS+GPS,現在他們研發了LoRa+BLE雙模SiP一體化組合芯片,已經可以量產。BLE短程技術與低功耗的LoRa結合,可以提供遠距離的數據中繼。兩項技術均為低功耗,無需頻繁更換電池:
BLE將小型無線設備連接到任何需要的物理位置,創建一個集成的短距離網絡,無需更換電池即可長時間工作,并可通過智能手機或平板電腦隨時隨地進行控制。
LoRa負責提供長期安全的雙向數據傳輸和通信,它允許由BLE驅動的網絡設備,通過超低功耗的方式與整個物聯網網絡進行較長距離的通信。LoRa可以發送和接收信號的距離可以達到15公里,并可通過增加額外網關,將距離延伸到數百公里。
肥水不流外人田,他們把LoRa+BLE雙模SiP應用在煙霧傳感器中,將其作為室內錨點,LoRa負責遠程設備管理通訊,BLE負責定位導航,長短距離通訊一氣呵成,取代了之前需要經常更換電池的sub1G方案。
基于在使用過程中的核算,新方案可以節省大概78%的成本,來自三個方面:第一是芯片成本,第二是通訊鏈路本身的成本,第三是在同樣電池容量的情況下,人力成本的降低。
無獨有偶,尋息電子也推出了藍牙+LPWAN位置服務系統,通過iBeacon實現近場各類感知數據的采集,通過LoRaWAN將傳感器采集數據進行回傳。
未來之路充滿爭議,除了LoRa+BLE和LoRa+GPS的雙模SiP,這家公司還在挑戰排列組合的另一個“極限”:研發芯片級的NB-IoT+WIFI雙模芯片級產品。
說到這里,不得不提及之前的兩篇文章,筆者曾經分析過低功耗廣域網絡(LPWAN)和局域網絡(LAN)之間的互補效應,并提出了多模通信技術的混搭,有可能率先突破與支持的應用場景。
說出來你可能不信,有人把BLE/ WIFI/ Zigbee與NB-IoT/ LoRa混搭在一起了…
以智能家電產品為例進行分析。在海爾推出NB-IoT空調時,其中一點是看重NB-IoT的覆蓋優勢,利用NB-IoT解決在空調中應用時配置的難點。
使用WIFI等短距技術需要用戶自己進行配置,匹配過程十分繁瑣,要經歷手機APP下載、賬號注冊登錄以及設備匹配等諸多步驟,讓用戶不勝其煩。復雜的操作無法匹配用戶對易用性的要求,隨著時間的推移,往往出現WIFI熱點變化后家電無人維護而不再聯網。最終導致使用頻次堪憂,對于制造商和消費者而言,都無法實現其核心訴求。
NB-IoT技術相較于WIFI無線連接技術具有明顯覆蓋優勢,能解決空調、冰箱、熱水器等所處的邊角地帶信號不良的問題,甚至是地下室等WIFI盲區,基本保證家里無覆蓋盲區。NB-IoT智能空調通過運營商網絡直連到云平臺,開機激活一次即可自動完成配置連接。在連接手機等移動終端時,通過手機掃秒空調上的二維碼,一步即可完成綁定,實現遠程操控。
更進一步分析,以往采用WIFI、藍牙、Zigbee等局域網絡技術的物聯網場景中,廠商更多構建的是用戶合適的使用場景,而對自己產品的生命周期管理缺乏更好的方式。低功耗廣域網絡LPWAN在各類產品中商用后,廠商可以對自己已經賣出去的產品進行遠程生命周期管理,或許基于此能夠形成更好的商業模式。
話說回來,同時使用NB-IoT和WIFI兩種通訊方案,與研發NB-IoT+WIFI雙模芯片畢竟是兩回事,實踐難度和應用場景都是不同套路。無論是為了提升產品生命周期管理能力、為了對原有解決方案進行縱向擴展,還是為了在復雜場景下提供更多選擇,將NB-IoT與WIFI在芯片層面進行集成都并非剛需。
作為兩種截然不同的技術,NB-IoT功耗低、速率低,相比之下WIFI功耗和速率都要高得多,將這組矛盾共同體做在一個“片”上,將會面臨成本高、功耗不易控制、體積較大等情況,使得應用場景極為受限。
Sensoro把握的場景仍舊是基于位置的服務,設想中的方案采用電池供電,WIFI僅在需要時啟動。暮秋至,初冬近,北京霧霾又起。無論如何,NB-IoT+WIFI融合之路,Sensoro已經起步,至于能在霧霾中前行多遠,尚待時間的驗證。