本刊編輯部

引 言

藍牙技術(shù)聯(lián)盟8月份在上海舉辦了2015藍牙亞洲大會，大會展示了藍牙技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的無限應用，還探討了Bluetooth Smart傳感器如何通過IPv6/6LoWPAN直接接入互聯(lián)網(wǎng)，連接“我們周圍的物件”。未來，無論是家居場景還是工業(yè)、零售業(yè)和建筑物，所有的物體都會實現(xiàn)互聯(lián)互通。

現(xiàn)有的無線協(xié)議很多，包括 WiFi、ZigBee、紅外、3G/4G、藍牙等，物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)需要依托這些無線協(xié)議，它們都希望能夠搭乘“物聯(lián)網(wǎng)”這趟順風車，而物聯(lián)網(wǎng)應用則需要很強的配對、定位和追蹤能力，所以就會涉及到選擇問題。

在很多面向物聯(lián)網(wǎng)應用的芯片中，會加入一種或幾種無線協(xié)議，工程師在開發(fā)中常常會很迷茫，到底該如何選擇呢？物聯(lián)網(wǎng)時代的無線通信應該是什么樣的，是不是要將所有協(xié)議融合在一起，根據(jù)需要通過硬件或者軟件來選擇？但是這其中又涉及到成本問題，讓我們來聽聽業(yè)內(nèi)公司是怎么說的。

業(yè)界聲音

CEVA公司投資者關(guān)系及企業(yè)傳訊副總裁Richard Kingston

CEVA公司認為，目前來看，沒有任何一種單一無線通信協(xié)議可以覆蓋整個物聯(lián)網(wǎng)市場，因為物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了非常多不同終端的市場和應用，僅使用單一無線通信標準來支撐所有通信需求是不現(xiàn)實的。在戰(zhàn)略上，CEVA決定專注于在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域擁有巨大市場潛力的無線協(xié)議，包括Bluetooth、WiFi和LTE Cat0/LTE Cat-M等。這些協(xié)議已經(jīng)在大眾市場中得到廣泛采用，到2020年它們將會用于超過250億個設備。

CEVA認為，有些協(xié)議在硬件中實施會比較合適，而另一些協(xié)議則比較適合在軟件中實施。例如，為了使Bluetooth Smart芯片滿足超低功耗和緊湊尺寸的要求，就必須在硬件中實施；但是對于智能儀表的參考設計，使用一個可以在軟件中支持多種無線協(xié)議（可能是 WiFi、Zig-Bee、LTE或802.15.4g等）的可編程引擎是比較合適的，這樣就可以根據(jù)用戶的需要來選擇。

總之，CEVA認為物聯(lián)網(wǎng)是一個百花齊放的巨大市場，在無線通信方面，通用的“萬靈丹”是不存在的。對于應用中的每一部分，比如消費電子、工業(yè)、醫(yī)療、健身、公用事業(yè)等，都需要以盡可能高效的方式來應對，因此就需要混合各種硬件和軟件解決方案，然后選擇合適的選項來應對各個應用的需要。

Silicon Labs亞太區(qū)區(qū)域營銷資深經(jīng)理Desmond

Silicon Labs認為，物聯(lián)網(wǎng)和家居互聯(lián)市場將整合802.15.4技術(shù)（ZigBee和Thread）、WiFi和Bluetooth。Silicon Labs為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員提供了多種無線連接解決方案，包括sub-GHz無線 MCU、收發(fā)器和2.4 GHz無線SoC，還提供無線IC支持多種協(xié)議，諸如802.15.4 Zig-Bee、Thread網(wǎng)絡協(xié)議，以及sub-GHz頻段內(nèi)的多種新興和專利協(xié)議（例如Wireless M-Bus和Wi-SUN）。

為了幫助開發(fā)人員簡化設計并縮短產(chǎn)品上市時間，Silicon Labs于2015年3月份推出了Blue Gecko解決方案，該解決方案包括超低功耗無線片上系統(tǒng)（SoC）芯片、嵌入式模塊、Bluegiga軟件開發(fā)工具包（SDK）和Bluetooth Smart軟件協(xié)議棧。

而對于需要直接進行IPv6連接的網(wǎng)狀網(wǎng)絡應用來說，Thread協(xié)議是一個理想選擇。作為Thread Group的創(chuàng)始成員和技術(shù)委員會主席，Silicon Labs一直持續(xù)積極參與和推動Thread標準規(guī)格的定義和開發(fā)，并于2015年7月推出了Thread解決方案，提供給開發(fā)人員符合Thread標準的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)縮放公司（DataXoom）共同創(chuàng)辦人Rob Chamberlin

Rob Chamberlin認為，物聯(lián)網(wǎng)可能需要一個全新的專用網(wǎng)絡，因為物聯(lián)網(wǎng)上大多數(shù)的網(wǎng)絡家電對帶寬的要求并不高，它們之間往往只是共享幾個字節(jié)的簡單數(shù)據(jù)，事實上，目前物聯(lián)網(wǎng)僅占用約1%的網(wǎng)絡帶寬。然而，物聯(lián)網(wǎng)的主要服務網(wǎng)絡——3G和4G網(wǎng)絡是為大流量數(shù)據(jù)連接而設計的，但是問題的實質(zhì)不出自帶寬，而是其價格?，F(xiàn)今，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設備一個月內(nèi)所提供的收益，僅相當于一臺普通智能手機所產(chǎn)生收益的一小部分。物聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟性是當今無線運營商所面臨的一項挑戰(zhàn)，而在未來10年內(nèi)，隨著連接設備數(shù)量呈指數(shù)增長，這個問題只會變得更加嚴重。

其實谷歌開發(fā)大使Don Dodge也認為需要一個新的、廉價的物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡。Don Dodge認為，盡管用無線網(wǎng)絡（WiFi）連接各個設備的費用相當?shù)?，但是因?WiFi僅限于在家庭或辦公環(huán)境中使用，而物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡應在現(xiàn)實生活中隨處可用。離開WiFi網(wǎng)絡的覆蓋范圍時，用戶只能被迫使用流量數(shù)據(jù)來連接寬帶網(wǎng)絡，這是完全不劃算的，尤其未來物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量會非常龐大。

其實，高通公司正在研究一套遠距離、低功耗無線網(wǎng)絡新標準，像這樣的網(wǎng)絡可以幫助設備在更遠距離和更低成本的條件下保持連接，以此支撐物聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)展，讓物聯(lián)網(wǎng)能使業(yè)務客戶最終收益。不過說到底，一套物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡新標準的成敗還是取決于最終所需設備的數(shù)量。

但是也有相反觀點出現(xiàn)，藍牙技術(shù)聯(lián)盟主席Suke Jawanda認為：建立一個單獨的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡是不必要的，甚至還會適得其反；一個單獨的網(wǎng)絡很可能阻止物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實，因為新的網(wǎng)絡協(xié)議可能意味著設備之間不再能交換信息。Jawanda強烈建議，在充分改進的前提下，現(xiàn)有的3大網(wǎng)絡——蜂窩廣域網(wǎng)、本地無線網(wǎng)絡和藍牙智能個人網(wǎng)絡是足以應付的。

編輯視角

物聯(lián)網(wǎng)是對各種感知技術(shù)的廣泛應用，整個網(wǎng)絡上部署了海量的多種類型的傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實時性，按一定的頻率周期性地采集環(huán)境信息，并且不斷地更新數(shù)據(jù)，最后還需要將這些信息實時準確地傳送出去，而保證數(shù)據(jù)正確及時地傳送，無線通信協(xié)議功不可沒。

到目前為止，應用比較多的幾種無線通信協(xié)議包括藍牙、ZigBee、WiFi、Thread等。

（1）藍 牙

藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，為固定設備或移動設備之間的通信環(huán)境建立通用的近距離無線接口，使各種設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作，其傳輸頻段為全球通用的2.4 GHz ISM頻段，提供1 Mbps的傳輸速率和10 m的傳輸距離。藍牙技術(shù)發(fā)展到Bluetooth Smart和Bluetooth Smart Ready，低功耗成為其最大的特色。

（2）ZigBee

Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，其主要特點包括低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點、支持多種網(wǎng)絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。Zig-Bee網(wǎng)絡中的設備可分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、匯聚節(jié)點（Router）、傳感器節(jié)點（EndDevice）三種角色。光纖、ADSL、3G和WiFi是聯(lián)網(wǎng)的主要動脈，但最后100 m的短距離接入則是通過短距離無線通信技術(shù)來實現(xiàn)的，而ZigBee被認為是目前適合傳感器網(wǎng)絡接入端的無線通信技術(shù)。

（3）WiFi

WiFi是一種可以將個人電腦和手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網(wǎng)絡產(chǎn)品之間的互通性。WiFi的工作頻率是2.4 GHz，與無繩電話、藍牙等許多不需頻率使用許可證的無線設備共享同一頻段，速率達54 Mbps。WiFi可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為用戶提供無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問。

（4）Thread協(xié)議

2014年7月，谷歌旗下的家用恒溫器制造廠商Nest提出了名為Thread的家庭物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議技術(shù)，致力于研發(fā)基于IP地址的無線網(wǎng)絡協(xié)議來連接智能家居設備。智能家居設備之間的數(shù)據(jù)通信并不像WiFi那樣，數(shù)據(jù)傳輸需要消耗太大的能量，而是使用最小化的能源來傳輸小容量的數(shù)據(jù)，所以Thread網(wǎng)絡協(xié)議應運而生。Thread協(xié)議的另一個優(yōu)點是該系統(tǒng)支持IPv6，意味著該網(wǎng)絡能夠在需要中心Hub或者類似智能手機設備的前提下，直接和互聯(lián)網(wǎng)進行通信，在Hub出現(xiàn)崩潰的時候，網(wǎng)狀的拓撲結(jié)構(gòu)依然能夠保持網(wǎng)絡連接。

對常見的幾種無線協(xié)議的特點有了大概了解，那么到底哪個才是物聯(lián)網(wǎng)需要的？

進入物聯(lián)網(wǎng)時代，由于每個人周圍的設備可以達到1 000～5 000個，這些物體包含了大到飛機、輪船、汽車，小到臺燈、手環(huán)、牙刷等，它們要時時在線，可隨時隨地互動。既需要時時在線，又要實現(xiàn)便攜性，首先考驗的就是功耗，所以物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信協(xié)議必須要低功耗，而且還要具備快速喚醒能力。綜合比較幾種常用的無線通信協(xié)議，在這一點上，藍牙、ZigBee和Thread能夠勝出。但是物聯(lián)網(wǎng)中有數(shù)量如此龐大的物，要保證所有的物都能夠時時在線，這個網(wǎng)就必須十分“堅強”，WiFi和Thread都支持IPv6，在編織一個強大網(wǎng)絡方面具有先天優(yōu)勢。這樣來看，每個無線協(xié)議都有非常獨特的優(yōu)勢，是物聯(lián)網(wǎng)在某一個點上所需要的，所以想用單個協(xié)議一統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)世界的想法是不現(xiàn)實的。

既然沒有簡單的處理方法，工程師在開發(fā)芯片時又該如何做出取舍？一種方法是，針對不同的應用選取相對來說更加適合的協(xié)議；另一種方法是，所有通信協(xié)議都集成到芯片，需要哪種協(xié)議就選擇哪種協(xié)議的接口。

目前而言，出于成本的考慮，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期，第一種處理方法非常適用，但是從長遠來看，所有協(xié)議融合到芯片中會成為一種趨勢，不過前提是融合成本降低到一定水平。這類似于GPS芯片的發(fā)展過程，因為融合成本降低到了市場可以接受的范圍內(nèi)，所以現(xiàn)在的GPS芯片大部分都會支持所有的衛(wèi)星系統(tǒng)，因此，物聯(lián)網(wǎng)中的無線協(xié)議最終會走向融合！當然關(guān)于另建網(wǎng)絡的做法，就得需要行業(yè)領(lǐng)袖了，但短期來看，這種做法成本會更高。