物联网如火如茶,LoRa、Sigfox、NB-IoT三大物联网技术谁能称雄?

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无线通信技术是物联网的传输基础,随着智慧城市大应用成为热门发展,各种技术推陈出新,纷纷抢占物联网市场。在LPWAN技术里,最热门的莫过于LoRa、Sigfox和NB-IoT。

在物联网趋势中,这三种技术各自具有什么优势。

谁才会是你专业领域的最佳拍档?

物联网、大数据、AI人工智能这几个词汇,相关产业人员想必娴熟于心。
在物联网的技术架构中,“感测”是最基础的核心源头,无论在农业、工业、建筑、交通、医疗等领域,要让感测到的数据透过AI分析,进而形成相关应用,首先必须部署适合的传输技术与网域,才能搜集并回报巨量的环境数据。

在无线通信技术里,WI-FI、bluetooth、ZigBee、Z-Wave这几项较早推出的应用已经于不同领域中奠定发展基础。

WI-FI适用于大数据量的传输,比如影音传输或者A R/V R等领域,同时也是一般无线网络的基础,缺点是耗电量大;蓝牙多用于个人穿戴式装置,在声音领域的应用较为成熟

ZigBee和Z-Wave则是在工业、建筑等自动控制应用中成果丰硕。

谈到无线网络,大家脑中想到的,除了WI-FI之外,大概就是手机的移动式通信网路了。
如今的通讯技术即将迈入5G,讲求更大带宽、更高速率、更低延迟,当然也更耗电,由于是对应人与人之间的通讯,因此数据传输较密集、交换量也更为庞大。

针对M2M的通讯,由于装置的部署范围通常更宽广,且无线装置必须避免频繁更换电池,LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗广域网)技术顺势而生,其小数据量、长距离传输及省电的特性,在物联网应用领域中大放异彩。

较早期的无线传输技术,如WI-FI、ZigBee和Z-Wave,通讯传输距离顶多只有100公尺,用在智能家居领域,必须再加装讯号加强的天线或中继站。

若是要满足智能城市的相关应用,例如环境监测或资产追踪,传输距离可达20公里的LPWAN技术显然能大幅缩减布建成本,只要几个基站就能覆盖大面积的范围;以电池作为电力来源,则省略了布线问题,让传感器的安装步骤更简易。
目前最受关注的LPWAN技术分别是LoRa、Sigfox和NB-IoT,这三种技术具有各自的优势,业主可根据不同领域及使用需求,选择最适合的通讯技术。

蓝牙低功耗(BLE)功能,是利用蓝牙低功耗特性新发展的技术。

手机上要利用蓝牙低功耗技术,一般是通过 BLE 配件产商发布的 BLE 配件和其配套 APP,配合使用。

比如:BLE 运动手环、运动手表、体重计、计步器、智能腕带等。

BLE低功耗蓝牙具有以下要求的应用:

1通信距离长达100米左右。很多低功耗蓝牙需要使用纽扣电池运行。很多的物联网设备需要使用标准纽扣电池运行很多年。BLE低功耗蓝牙可实现超低的峰值、均衡和空闲模式的功耗。另外,低占空比设备还能节省更多电能。

2多智能厂商互 *** 作性。作为一个标准协议,BLE低功耗蓝牙与此前的蓝牙版本一样,也得到了主设备制造商的广泛采用。也有很多的物联网从设备也支持BLE低功耗蓝牙。安卓、iOS、Windows 10、Linux等主流 *** 作系统均原生支持BLE低功耗蓝牙。预测,到2020年,95%的智能手机都将支持BLE低功耗蓝牙。而这个生态系统将有助于实现多厂商互 *** 作性。

3BLE低功耗蓝牙是搭建集体、家庭、个人网络的最佳选择,可通过无线方式将供电型智能设备连接至手机或计算机。因此,越来越多的智能穿戴设备、计算机/手机外设和医疗监测设备将BLE低功耗蓝牙视为了首选通信协议。在蓝牙技术联盟的网站上也列出了很多不同支持智能蓝牙协议的产品和蓝牙智能设备产品。这直接表明了BLE低功耗蓝牙通信协议在物联网应用领域的重要性。

在互联网时代,Wi-Fi如同我们生活中的氧气一般无处不在。它是当今使用最广泛的无线网络传输协议,承载了全球一半以上的流量。Wi-Fi是一个包罗万象的术语,用于描述不断发展的80211协议家族。


而Wi-Fi联盟是推动Wi-Fi发展的组织,他们通过数字命名法简化了Wi-Fi名称,例如Wi-Fi 6对应80211ax、Wi-Fi 5则是80211ac、Wi-Fi 4为80211n。



5G的到来,开启了万物互联的时代,像自动驾驶、智慧城市、远程医疗、智能可穿戴等,都是物联网的应用场景。 为了能够更好地满足这类市场的需求,Wi-Fi联盟推出了覆盖距离更广、功耗更低的Wi-Fi HaLow认证方案。


Wi-Fi HaLow是基于IEEE 80211ah技术的认证标准,同时也是针对IoT市场量身打造的低功耗Wi-Fi技术。



众所周知,适用于物联网的低功耗传输标准,还包括ZigBee、Z-Wave、蓝牙以及Thread。ZigBee和Z-Wave的缺点在于频宽较低,并且两者在设定时的d性较弱。以ZigBee为例,它无法进行跳频,在网络布建时容易受到干扰。因此,ZigBee不太适合射频环境不稳定的物联网或M2M应用(基于特定行业的终端)。 而Wi-Fi HaLow单个节点最多连接设备超过8000个,同时还具备一定的抗干扰能力和墙壁穿透性。


至于蓝牙,它的缺点在于通讯距离,一般不会超过10米。 而Wi-Fi HaLow的最大传输距离达到了1000米。




作为远距离无线传输技术的一种,Wi-Fi HaLow低功耗、长距离的特性,除了适用于工业物联网、无人机、安防监控等领域外,还可以用于智能可穿戴设备。


目前,主流的智能可穿戴设备大致可分为三大类:TWS、智能手表和智能眼镜。 首先是TWS, 消费者在选购TWS耳机前,通常会比较在意耳机的音质、降噪以及续航能力。


为了更好的便携性,TWS耳机的体积基本上做得都比较小,大概只有一根大拇指那么大。在有限的体积下,TWS耳机内部需要塞入很多元器件,包括音频单元、降噪芯片、电池等。



现在,市面上绝大多数TWS耳机,单次使用时间基本都能达到5~8个小时。想要进一步提升TWS耳机的续航能力,厂商的做法有两种:一种是增大电池容量;另一种则是引入快充技术。


虽然增大电池容量并不难,但是这种简单粗暴的方法存在很多问题,比如随着电池容量的增加,电池的体积也会增大,这样一来,耳机腔体部分也会变大、变重,不仅牺牲了部分便携属性,还会影响耳机的佩戴舒适度。而且,在TWS上加入更多的功能,也会加快电池消耗的速度。


至于引入快充技术,并不能从根本上解决TWS耳机的续航问题,因为用户需要将耳机放入充电盒,等待5分钟后,才可以继续使用1小时。 而Wi-Fi HaLow低功耗的特性有助于改善TWS耳机的续航能力,尽管不难带来质的提升,但是最起码要比以前更好一些。



其次是智能手表。 以Apple Watch为例,它可以通过e-SIM功能脱离手机独立运作,而且拥有专门的应用商店,用户可以根据自身需求下载对应的App,这些 *** 作均离不开移动蜂窝数据和Wi-Fi。


传统Wi-Fi最大的瓶颈在于功耗问题。Wi-Fi HaLow在功耗表现方面,由于采用了700~900更低的频率,以及更窄的频道占用宽度,使得功耗与蓝牙、ZigBee等短距离无线传输技术处于同一水平线上。


也就是说,无论是下载安装应用还是长时间使用需要联网的App,支持Wi-Fi HaLow标准的智能手表功耗表现会更低,与之对应的就是续航能力的提升。



最后是智能眼镜。 现在,市面上比较常见的智能眼镜有家用或户外使用两种类型,前者主要用来影音 娱乐 ,比如看、玩 游戏 等;后者则更倾向于接打电话和听歌。


而Wi-Fi HaLow除了低功耗的特性外,还支持远距离传输、多设备连接、更好的穿墙能力以及更强的抗干扰性。 对于家用型智能眼镜,如果路由器位于客厅,在房间内使用时,WiFi连接性会变差。再加上如果家里不止你一人,路由器又不支持Wi-Fi 6的情况下,使用智能眼镜可能会因为网络拥堵问题影响用户体验。如果家用型智能眼镜支持Wi-Fi HaLow标准,上述问题或许都能得到解决。


对于像华为Eyewear这类户外使用的智能眼镜而言,其最大的问题在于网络连接的稳定性。 举个例子,在地铁、公交等信号复杂的应用场景下,使用户外型智能眼镜听歌时,可能会受到外界信号的干扰,导致设备经常断连。相比传统Wi-Fi和蓝牙,Wi-Fi HaLow拥有更强的信号抗干扰能力,可以大幅降低外接信号对智能眼镜的干扰性。




其实,相比智能可穿戴设备,Wi-Fi HaLow更多的作用在于布局AIoT市场。比如智能安防,由于Wi-Fi HaLow最大传输距离为1000米,并支持最多1万台设备同时接入同一连接点,大型商场只需要在一个位置搭建Wi-Fi HaLow的接入点,即可覆盖一公里以内所有支持该标准的监控摄像头。对于商家来说,布局安防监控成本会更低。


而且Wi-Fi HaLow有助于提升智能家居的使用体验,现阶段的智能家居,体验上都不是太好,不是经常断连,就是受到家里其他设备的信号干扰,导致实际使用起来延迟偏高。如果智能家居全部支持Wi-Fi HaLow标准,那么这些问题可能都会得到解决。



事实上,Wi-Fi HaLow并不是什么新技术,早在2016年,Wi-Fi联盟就已经公布了这项标准,只是没有厂商愿意去跟进, 直到2020年,国内珠海泰芯半导体才推出了全球首款基于Wi-Fi Halow标准的量产芯片,但应用场景与普通消费者没有太多联系。


说实话,Wi-Fi HaLow在定位上,与Wi-Fi 6多少有些重叠,毕竟室内应用场景,两者区别并不大。相较之下,Wi-Fi HaLow更适合户外场景。很显然,Wi-Fi联盟在这个时间节点再次宣布该标准,是一个很正确的决定。


不过,考虑到之前该标准从公布到芯片量产再到商用的进度,厂商们可能没有那么跟进并推出相关产品。虽然加入Wi-Fi联盟的厂商不在少数,包括上游芯片厂商英特尔、高通等,下游终端品牌厂商包括微软、苹果、华为等,但是Wi-Fi HaLow标准是否会应用于智能可穿戴领域,最终还要看厂商们愿不愿意,毕竟已经有了“前车之鉴”。

第一,频段。LoRa工作在1GHz以下的非授权频段,在应用时不需要额外付费,NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的频段是授权的,是需要收费的。
第二,电池供电寿命。LoRa模块在处理干扰、网络重迭、可伸缩性等方面具有独特的特性,但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量。NB-IoT出于对服务质量的考虑,不能提供类似LoRa一样的电池寿命。
第三,设备成本。对终端节点来说,LoRa协议比NB-IoT更简单,更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了,并且还会有升级版本陆续出来。
第四,网络覆盖和部署时间表。NB-IoT标准在2016年公布,除网络部署之外,相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索。LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了,产品也处于“蓄势待发”的状态,同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。


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