A Comparison of Low-Power Wide-Area Network Technologies
來源：物联网智库
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，在局域無線網路範疇內，有廣泛應用於可穿戴、家庭、企業等場景的BLE、WIFI、Zigbee、sub1G等;針對廣域無線網路，有專門應用於低速率、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的最新資料顯示，到2025年，所有物聯網連線中的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路，在2025年將佔據11%的物聯網連線。
多種技術廝殺，物聯網從業者應該如何取捨?很多晶片和模組廠商採用同時押寶多種協議的做法。
常見的比如同時支援BLE、Zigbee、蘋果Homekit和谷歌Thread等重要的局域IoT無線連線技術的單晶片，或同時支援NB-IoT、eMTC、E-GPRS等廣域技術的多模產品。無論怎麼組合，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。
然而有人卻另闢蹊徑，嘗試把BLE/ WIFI/ Zigbee等局域技術與NB-IoT/ LoRa等廣域技術在晶片或模組層面混搭在一起。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麼?”
“LPWAN本就是為了低功耗，你把它和WIFI混搭在一起還談什麼低功耗?”
……
關於問題的解答尚處於初始階段，本文展示一些有益的嘗試。
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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，積極佈局。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層軟體棧。除了充分發揮這些公司的軟硬體專業之長，ARM還投資了無線通訊設計，可以提供完整的NB-IoT晶片解決方案，從應用軟體一直延伸到天線。
併購之後，ARM豐富並完善了Cordio產品線，以NB-IoT為基礎，提供完整的低功率廣域網路解決方案LPWAN，並以Bluetooth 5和IEEE 802.15.4標準，為無線個人區域網路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組製造商。創客們能夠藉助於Pycom的新型硬體，運用多種技術快速設計並連線裝置，包括:近距離通訊技術Wi-Fi和BLE；LPWAN通訊技術LoRa、Sigfox、NB-IoT和Cat M1等。
例如，L01模組和LoPy開發板支援LoRa遠距離無線協議、Wi-Fi和藍芽連線。藉助於MicroPython指令碼，器件程式設計速度可提高10倍，而在用作LoRa Nano閘道器時，能連線5公里半徑範圍內多達100個LoPy裝置。
不過Pycom的產品定位於小型閘道器，主要面向開發者和極客，使其應用領域極為有限。
緊隨其後，Telit推出了LoRaWAN協議與BLE的組合模組，已經上市。新模組完全符合最新的LoRaWAN標準，是公共或專用網路、智慧表計、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的組合模組支援非授權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。該模組具備完全的無線傳輸能力，可通過遠端韌體安裝和升級跟隨標準的演變。
它是與之連線的BLE感測器裝置之間的天然閘道器，將資料傳送至LoRaWAN協議網路。RE866還與NE866(LTE Cat NB)模組針腳相容，可以極低或零成本快速地從授權標準轉換至非授權標準。
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看到這裡，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，到底可以解決什麼痛點，市場突破口又在哪裡?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名客戶交流之後，他們發現巨頭們紛紛大舉進入的智慧家居目前市場剛需並不明確，只有低於20%的客戶訴求。然而，與之形成鮮明對比的是，定位類裝置的需求量正在爆發。
於是他們跑到深圳，前前後後花了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，每年定位類裝置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佈，主要聚集於「人」、「車」、「物」這三類物件的定位需求。(當然，車也是物的一種，但它的特殊之處在於，它還是物的載體。)其中關於「人」的定位需求僅佔20%，大量的需求在於各種「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，佔到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?”隨後其自問自答道: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一體化組合晶片，已經可以量產。BLE短程技術與低功耗的LoRa結合，可以提供遠距離的資料中繼。兩項技術均為低功耗，無需頻繁更換電池:
BLE將小型無線裝置連線到任何需要的物理位置，建立一個整合的短距離網路，無需更換電池即可長時間工作，並可通過智慧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資料傳輸和通訊，它允許由BLE驅動的網路裝置，通過超低功耗的方式與整個物聯網網路進行較長距離的通訊。LoRa可以傳送和接收訊號的距離可以達到15公里，並可通過增加額外閘道器，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，應用在煙霧感測器中，將其作為室內錨點，LoRa負責遠端裝置管理通訊，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。
基於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:第一是晶片成本，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芽+LPWAN位置服務系統，通過iBeacon實現近場各類感知資料的採集，通過LoRaWAN將感測器採集資料進行回傳。
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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」：研發晶片級的NB-IoT+WIFI雙模晶片級產品。
說到這裡，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路(LPWAN)和區域網絡(LAN)之間的互補效應，並提出了多模通訊技術的混搭，有可能率先突破與支援的應用場景。
以智慧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等短距技術需要使用者自己進行配置，匹配過程十分繁瑣，要經歷手機APP下載、賬號註冊登入以及裝置匹配等諸多步驟，讓使用者不勝其煩。
複雜的操作無法匹配使用者對易用性的要求，隨著時間的推移，往往出現WIFI熱點變化後家電無人維護而不再聯網。最終導致使用頻次堪憂，對於製造商和消費者而言，都無法實現其核心訴求。
NB-IoT技術相較於WIFI無線連線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訊號不良的問題，甚至是地下室等WIFI盲區，基本保證家裡無覆蓋盲區。
NB-IoT智慧空調通過運營商網路直連到雲平臺，開機啟用一次即可自動完成配置連線。在連線手機等移動終端時，通過手機掃秒空調上的二維碼，一步即可完成繫結，實現遠端操控。
更進一步分析，以往採用WIFI、藍芽、Zigbee等區域網絡技術的物聯網場景中，廠商更多構建的是使用者合適的使用場景，而對自己產品的生命週期管理缺乏更好的方式。低功耗廣域網路LPWAN在各類產品中商用後，廠商可以對自己已經賣出去的產品進行遠端生命週期管理，或許基於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雙模晶片畢竟是兩回事，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週期管理能力、為了對原有解決方案進行縱向擴充套件，還是為了在複雜場景下提供更多選擇，將NB-IoT與WIFI在晶片層面進行整合都並非剛需。
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於位置的服務，設想中的方案採用電池供電，WIFI僅在需要時啟動。無論如何，NB-IoT+WIFI融合之路，Sensoro已經起步，至於能在霧霾中前行多遠，尚待時間的驗證。
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