【技術】物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(BLE/WIFI/Zigbee/NBIoT/Lora/Sigfox)的比
物聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)過多年由概念到實踐的蟄伏,起伏之后,現(xiàn)在已經(jīng)呈燎原之勢,物聯(lián)網(wǎng)時代已經(jīng)到來。起的太早的,有些已經(jīng)在沙灘上了,再晚了的需要迎頭趕上了。
從應用方面看,物聯(lián)網(wǎng)可以分成不同的場景物聯(lián)網(wǎng),比如工業(yè)物聯(lián),農(nóng)業(yè)物聯(lián),城市物聯(lián),家居物聯(lián)等等。技術層面,人們通常說物聯(lián)網(wǎng)架構方面存在幾大層次包括端,管,云幾個方面。在端這一側(cè),傳感器,小應用,無線傳輸是個完整的小生態(tài),然后通過無線通信進行相應的大數(shù)據(jù)采集以及云端應用形成物聯(lián)網(wǎng)大生態(tài)。
以大家常見的手環(huán)為例:通過加速度傳感器,脈搏傳感器,血氧傳感,血壓傳感等等,加上藍牙應用層協(xié)議(Profiles)和藍牙內(nèi)置的MCU,便可以實現(xiàn)計步,心率監(jiān)測等等運動或健康應用,這里手環(huán)就是一個比較完整的小應用(如圖路徑1);最后利用藍牙傳輸與手機連接就可以實現(xiàn)運動或健康數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)大數(shù)據(jù)監(jiān)測和管理(如圖路徑2)。
隨著5G的商用,‘管’這一側(cè)基本上也變得十分通暢,大帶寬,低時延的特性,滿足了各種物聯(lián)網(wǎng)應用場景的需求。就藍牙來說,各種應用如果出現(xiàn)與云之間的交互的話,5G就能比較好的克服時延的問題。舉個栗子,在家居場景,如果某個藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡節(jié)點需要發(fā)出網(wǎng)絡控制指令,而這個指令是語音形式的,那么低時延就顯得非常重要。命令從節(jié)點到云,經(jīng)過識別后返回網(wǎng)絡,這個過程越快,用戶體驗越好。在云這一側(cè),很多的大公司在做,做成平臺,做成各種大數(shù)據(jù),然后做成基于數(shù)字的其他各種應用。
這里,桃芯科技將討論一下物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)的無線技術。宏觀上看,端這一側(cè),就相當于毛細血管。有兩層意思,一是,他是物聯(lián)網(wǎng)的基礎,沒有端,沒有數(shù)據(jù),物聯(lián)網(wǎng)也就沒有基礎。二是,數(shù)量龐大。
首先,看看不同的無線協(xié)議對應的應用場景,這是基本區(qū)分,標志著協(xié)議面世的時候所對應的主要場景。下圖是一個大概的概念圖,可以直觀感受一下各方的區(qū)別。
其次,看看比較詳細的特性對比。
功耗:在功耗表現(xiàn)方面BLE是最好的,市場上最好的指標是:RTC休眠(不是shutdown,很多時候會有意或無意的去混淆這個)的時候1~2uA,這個值已經(jīng)基本上是由PMU,pad等半導體的物理特性決定了的,一般來說很難再小了。Active時候的峰值基本在十毫安左右;而500ms廣播的平均電流在幾十uA。WiFi基本上是數(shù)量級的高于這個數(shù)值,這個也是比較基本的判斷。NB,Lora,Sigfox的功耗基本介于這兩者之間。
速率:BLE是2Mbps,可以做透傳,做BLE的profile應用,音頻等。WiFi目前用在物聯(lián)網(wǎng)的基本都是802.11b(物聯(lián)網(wǎng)的802.11ah協(xié)議基本沒有應用),所以最高速率在10Mbps左右,WiFi是為數(shù)據(jù)而生的協(xié)議,目前用在控制方面的應用,傳輸能力比較雞肋。其他的Zigbee,NB,Lora,Sigfox都在250Kbps左右,這類協(xié)議基本只能做極小數(shù)據(jù)的透傳,不能像BLE一樣還能做一些應用。
傳輸距離:BLE5具備長距離特性,室內(nèi)50米左右,相比WiFi在高功率發(fā)射的情況下表現(xiàn)還要好。Zigbee同BT4.2之前的水平差不多,應該在室內(nèi)10幾米或更多。NB,Lora,Sigfox屬于廣域的協(xié)議,傳輸距離都在1000米以上。
組網(wǎng)能力:BLE的Mesh組網(wǎng)理論上65000,實際上目前可能測試到幾百個節(jié)點。Mesh組網(wǎng)的特點是網(wǎng)絡節(jié)點平等,網(wǎng)絡內(nèi)部的采集和控制可以網(wǎng)內(nèi)消化,而需要上云端的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)關(比如智能音箱)或手機傳輸。WiFi的組網(wǎng)是星型的,由路由器周圍帶十幾或幾十個節(jié)點,對大規(guī)模組網(wǎng)來說并不友好,這也是業(yè)界通常的看法。Zigbee本來就是做工業(yè)互聯(lián)的,開始便具備組網(wǎng)能力,它的弱點在于需要唯一網(wǎng)關上網(wǎng),所有網(wǎng)絡規(guī)模大不了,而且還需要配備專門的路由器。其他NB,Lora,Sigfox等都是星型的基站結(jié)構,或大或小,看基站的能力。
成本:成本難以直接比較,同一種協(xié)議的不同芯片規(guī)格,成本相差也比較大。BLE的成本相比其他任何一種協(xié)議,如果在相同的高中低檔芯片平行比較的話,是最小的。從市面上總體的感覺,也能得出這樣的結(jié)論。
市場規(guī)模:目前單單BLE的市場規(guī)模,不包括音頻的話,也有20多億片每年,而且BLE這塊的復合增長率保持在20%以上。是個百億級的市場。WiFi我這里沒有數(shù)據(jù),單僅僅從11b的角度來看,比BLE小很多。Zigbee全球市場目前應該在3-4億片每年。NB目前每年在幾千萬片,而Lora,sigfox目前主要應用在國外,不掌握相關數(shù)據(jù)。
各自的問題:
WiFi的問題在于功耗比較大,成本也較高,組網(wǎng)能力不足。Zigbee的問題在于成本也比較高,組網(wǎng)的規(guī)模不能太大會阻塞,而且沒有互聯(lián)網(wǎng)入口。NB的問題在于功耗并沒有宣傳的好,成本也高(芯片高,運行商還收費),傳輸數(shù)據(jù)量太小。Lora/Sigfox的問題在于目前沒有合法的身份,雖然免去了運行商的成本,但需要自己建基站。目前看來,在短距無線通信,BLE在平衡功耗,速率,成本,組網(wǎng)能方面是做的最好的。
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