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BLE/ZigBee/NB-IoT混搭Style
在物联网领域,同时存在着各种各样的通讯技术。按传输距离的维度来划分,在局域无线网络范畴内,有广泛应用于可穿戴、家庭、企业等场景的BLE、Wi-Fi、ZigBee、sub1G等;针对广域无线网络,有专门应用于低速率、低功耗、广覆盖物联网业务的LoRa、NB-IoT、eMTC等。 
根据市场研究机构Gartner的最新数据显示,到2025年,所有物联网连接中的72%将使用Wi-Fi和ZigBee这样的短距离传输技术。而包含Sigfox、LoRa和NB-IoT等技术在内的低功耗广域覆盖网络,在2025年将占据11%的物联网连接。
 
 
多种技术厮杀,物联网从业者应该如何取舍?很多芯片和模块厂商采用同时押宝多种协议的做法。常见的比如同时支持BLE、ZigBee、苹果Homekit和谷歌Thread等重要的局域IoT无线连接技术的单芯片,或同时支持NB-IoT、eMTC、E-GPRS等广域技术的多模产品。 无论怎么组合,一般都是遵循局域技术+局域技术,广域技术+广域技术这样的套路。 
然而有人却另辟蹊径,尝试把BLE/ Wi-Fi/ ZigBee等局域技术与NB-IoT/ LoRa等广域技术在芯片或模块层面混搭在一起。听到这种思路,你的第一反应是不是不靠谱? 
“这样搞你的应用场景是什么?” 
“LPWAN本就是为了低功耗,你把它和Wi-Fi混搭在一起还谈什么低功耗?” 
关于问题的解答尚处于初始阶段,本文展示一些有益的尝试。 
多彩的秋天,不仅服装混搭盛行,就连物联网领域将原本互不相干的BLE/ Wi-Fi/ ZigBee与NB-IoT/ LoRa混搭的做法也正在创造潮流。 
随着NB-IoT市场的爆发,ARM收购了两家相关领域的公司Mistbase和NextG-Com,积极布局。Mistbase是一家瑞典公司,提供完整的NB-IoT实体层解决方案。NextG-Com是英国公司,为NB-IoT提供完整的第2、3层软件栈。除了充分发挥这些公司的软硬件专业之长,ARM还投资了无线通讯设计,可以提供完整的NB-IoT芯片解决方案,从应用软件一直延伸到天线。 
并购之后,ARM丰富并完善了Cordio产品线,以NB-IoT为基础,提供完整的低功率广域网络解决方案LPWAN,并以Bluetooth 5和IEEE 802.15.4标准,为无线个人区域网络WPAN提供完整的无线通讯到应用的服务。这一做法无疑为BLE、ZigBee与NB-IoT的混奠实了基石。 
 
 
初创公司Pycom是一家多模物联网通讯开发板和模块制造商。创客们能够借助于Pycom的新型硬件,运用多种技术快速设计并连接设备,包括:近距离通讯技术Wi-Fi和BLE;LPWAN通信技术LoRa、Sigfox、NB-IoT和Cat M1等。
 
 
例如,L01模块和LoPy开发板支持LoRa远距离无线协议、Wi-Fi和蓝牙连接。借助于MicroPython脚本,器件编程速度可提高10倍,而在用作LoRa Nano网关时,能连接5公里半径范围内多达100个LoPy设备。
 
 
不过Pycom的产品定位于小型网关,主要面向开发者和极客,使其应用领域极为有限。
 
 
 
紧随其后,Telit推出了LoRaWAN协议与BLE的组合模块,已经上市。新模块完全符合最新的LoRaWAN标准,是公共或专用网络、智能表计、遥感、工业自动化/监测与控制、无线报警与安全系统、农业、资产追踪、街道照明和智慧城市应用的理想解决方案。
 
 
Telit型号为RE866的组合模块支持非授权LPWAN LoRaWAN标准和863-931 MHz频段内的BLE近场通讯能力。它提供一条长距LoRaWAN无线电链路和不同的BLE外围及中央功能。该模块具备完全的无线传输能力,可通过远程固件安装和升级跟随标准的演变。
它是与之连接的BLE传感器装置之间的天然网关,将数据发送至LoRaWAN协议网络。RE866还与NE866(LTE Cat NB)模块针脚兼容,可以极低或零成本快速地从授权标准转换至非授权标准。 

看到这里,也许你会发现,上述产品有个共性的迷茫:需求痛点和应用场景不明确。 BLE、Wi-Fi等局域技术和NB-IoT、LoRa等广域技术的混搭,到底可以解决什么痛点,市场突破口又在哪里? 一家名为Sensoro的公司正在尝试拨开迷雾,给出清晰的解答。

通过与超过2100名客户交流之后,他们发现巨头们纷纷大举进入的智能家居目前市场刚需并不明确,只有低于20%的客户诉求。然而,与之形成鲜明对比的是, 定位类设备的需求量正在爆发。 
于是他们跑到深圳,前前后后花了10个月做了一圈调研,看了大量的所谓“山寨工厂”。有些事情超乎想象,通常一家规模不大的小工厂,每年定位类设备的出货量都可以达到500-600万件,根据测算,这样的白牌企业在深圳至少有50家,也就是每年出货量将近3亿件。虽然相比而言产品较为低端,但却货真价实。 
如果具体来看这些定位产品的市场分布,主要聚集于“人”、“车”、“物”这三类对象的定位需求。(当然,车也是物的一种,但它的特殊之处在于,它还是物的载体。)其中关于“人”的定位需求仅占20%,大量的需求在于各种“车”,比如摩托车、小轿车、工业用车…以及各种“物”,比如牛、羊、猪…的定位,占到80%。
 
 

在调研中,他们被一名来自白牌企业的哥们问到,“你们知不知道四川有多少头黑猪?”随后其自问自答道:仅仅在林芝靠近藏区的一小片区域,就定位了超过4000万头散养黑猪,也就是生态猪,这些猪对当地人来说就是重要资产。他们当时完全听傻了。

针对定位服务这一市场需求,以前的方案往往使用GPRS+GPS,现在他们研发了LoRa+BLE双模SiP一体化组合芯片,已经可以量产。BLE短程技术与低功耗的LoRa结合,可以提供远距离的数据中继。两项技术均为低功耗,无需频繁更换电池: 

BLE将小型无线设备连接到任何需要的物理位置,创建一个集成的短距离网络,无需更换电池即可长时间工作,并可通过智能手机或平板电脑随时随地进行控制。 
LoRa负责提供长期安全的双向数据传输和通信,它允许由BLE驱动的网络设备,通过超低功耗的方式与整个物联网网络进行较长距离的通信。LoRa可以发送和接收信号的距离可以达到15公里,并可通过增加额外网关,将距离延伸到数百公里。 
肥水不流外人田,他们把LoRa+BLE双模SiP应用在烟雾传感器中,将其作为室内锚点,LoRa负责远程设备管理通讯,BLE负责定位导航,长短距离通讯一气呵成,取代了之前需要经常更换电池的sub1G方案。 
 
基于在使用过程中的核算,新方案可以节省大概78%的成本,来自三个方面: 第一是芯片成本,第二是通讯链路本身的成本,第三是在同样电池容量的情况下,人力成本的降低。 
无独有偶,寻息电子也推出了蓝牙+LPWAN位置服务系统,通过iBeacon实现近场各类感知数据的采集,通过LoRaWAN将传感器采集数据进行回传。 
未来之路充满争议,除了LoRa+BLE和LoRa+GPS的双模SiP,这家公司还在挑战排列组合的另一个“极限”:研发芯片级的NB-IoT+Wi-Fi双模芯片级产品。
说到这里,不得不提及之前的两篇文章,物联网智库在 《在消费类终端,NB-IoT和Wi-Fi如何和平共处?》 和 《NB-IoT/ LoRa/ eMTC和蓝牙/ Wi-Fi互补效应的几个典型案例》 中,曾经分析过低功耗广域网络(LPWAN)和局域网络(LAN)之间的互补效应,并提出了多模通信技术的混搭,有可能率先突破与支持的应用场景。 
 以智能家电产品为例进行分析。在海尔推出NB-IoT空调时,其中一点是看重NB-IoT的覆盖优势,利用NB-IoT解决在空调中应用时配置的难点。 
使用Wi-Fi等短距技术需要用户自己进行配置,匹配过程十分繁琐,要经历手机APP下载、账号注册登录以及设备匹配等诸多步骤,让用户不胜其烦。复杂的操作无法匹配用户对易用性的要求,随着时间的推移,往往出现Wi-Fi热点变化后家电无人维护而不再联网。最终导致使用频次堪忧,对于制造商和消费者而言,都无法实现其核心诉求。 
NB-IoT技术相较于Wi-Fi无线连接技术具有明显覆盖优势,能解决空调、冰箱、热水器等所处的边角地带信号不良的问题,甚至是地下室等Wi-Fi盲区,基本保证家里无覆盖盲区。NB-IoT智能空调通过运营商网络直连到云平台,开机激活一次即可自动完成配置连接。在连接手机等移动终端时,通过手机扫秒空调上的二维码,一步即可完成绑定,实现远程操控。
 
 
 
更进一步分析, 以往采用Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等局域网络技术的物联网场景中,厂商更多构建的是用户合适的使用场景,而对自己产品的生命周期管理缺乏更好的方式。 低功耗广域网络LPWAN在各类产品中商用后,厂商可以对自己已经卖出去的产品进行远程生命周期管理,或许基于此能够形成更好的商业模式。 
话说回来,同时使用NB-IoT和Wi-Fi两种通讯方案,与研发NB-IoT+Wi-Fi双模芯片毕竟是两回事,实践难度和应用场景都是不同套路。无论是为了提升产品生命周期管理能力、为了对原有解决方案进行纵向扩展,还是为了在复杂场景下提供更多选择,将NB-IoT与Wi-Fi在芯片层面进行集成都并非刚需。 
作为两种截然不同的技术,NB-IoT功耗低、速率低,相比之下Wi-Fi功耗和速率都要高得多,将这组矛盾共同体做在一个“片”上,将会面临成本高、功耗不易控制、体积较大等情况,使得应用场景极为受限。 
Sensoro把握的场景仍旧是基于位置的服务,设想中的方案采用电池供电,Wi-Fi仅在需要时启动。暮秋至,初冬近,北京雾霾又起。无论如何,NB-IoT+Wi-Fi融合之路,Sensoro已经起步,至于能在雾霾中前行多远,尚待时间的验证。

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