选择物联网协议：深入了解LoRa，Cat-M和NB-IoT

导读

自1982年第一台非官方的物联网（IoT）设备——卡内基梅隆汽水机问世以来，已有超过30年的历史了。该设备被改装成向一群大学生报告其饮料余量，这些学生希望得到冰凉的可乐，但是他们往往到了汽水机后发现饮料没有了。几十年后，物联网还没有走出发展阶段，也没有实现我们所期待的大规模潜力。但这即将改变。

选择正确的物联网协议对您企业的物联网项目可能意味着一切。

在过去的10年中，物联网技术变得更加经济有效。设备本身成本更低、更节能、体积更小、并且越来越优化，以填补物联网架构中的特定角色，从而创造新的业务成果。在接下来的20年里，我们可以将多达一万亿台设备连接到互联网。我们连接的设备数量越多，我们能够通过物联网发现和实现业务改进的机会就越多。

现在，所需的技术已接近成熟，功能性物联网实施正在逐渐增加。物联网服务和系统的浪潮已经开始涌入市场，并充斥着各种各样的架构、功能集和应用程序。虽然在投资物联网硬件或完整的物联网解决方案时需要考虑许多因素，但要了解物联网传感器可用的协议，以及具有前瞻性思维的商业决策者如何做出最佳的协议选择，无论是现在还是以后，都是至关重要的。

物联网协议是物联网系统节点所使用的网络语言，对部署的整体可行性至关重要。该协议规定了物联网解决方案通信的范围、格式和复杂性，并在确定成本和功能方面发挥了主要作用。

因此，如果您对部署自己的物联网感兴趣，那么如何选择合适的协议—— 一个符合您需求和规模的协议？这里有两个主要因素需要考虑：

电源：传感器是否需要电池电源支持工作数天、数月或数年？它们需要多久报告一次？是否考虑使用一次性设备、或者是否可以使用可更换电池或可充电电池？

连接性：通信需要覆盖的范围，以及每条消息需要发送多少数据？网络提供商是否能够保证您的连接需求？

如果物联网部署的需求随着实际应用场景而下降，通常会表明他们应该考虑哪些协议以及预期的成本。最小且要求最低的物联网设置——用于连网的家庭或办公室——可以在普通的Wi-Fi网络上运行，所有组件都可以持续供电。近距离网络连接的其他选择是Zigbee、Z-Wave和蓝牙。

在功耗、范围和成本方面，每种方法都有不同的优点和缺点。

对于需要少量数据传输的农场、校园或城市等较大的区域来说，独立的低功耗广域网（LPWAN）是完美的解决方案——LoRaWAN和SigFox是两种最受欢迎的LPWAN。当谈到覆盖区域和跨越边界时，像NB-IoT或Cat-M这样的蜂窝协议可能看起来更实用。

让我们来看看LPWAN的具体实例，以及蜂窝物联网部署，以帮助了解哪些选项有助于未来的物联网优势和成长。

如果您管理大型项目，如建筑项目、炼油厂、或任何需要在广阔的区域上跟踪人员、设备和危险条件的类似操作，您可能已经考虑过启动自己的物联网部署。也许您经营着一家工厂或仓库；也许您负责监管牧场或其他农业区；也许您维护一个大型学校或政府园区。所有这些都是物联网似乎有望产生持久业务影响的行业——创造更高效的流程、节省资金并创造新的收入。对于连接面积大于单个小型建筑物的网络，LPWAN通常是最有意义的。

如果您部署像LoRaWAN这样的LPWAN而不是连接到蜂窝式物联网，那么您很可能会支付相同或更少的费用，并且您将在部署中拥有更多元素。虽然成本效益模型会根据您的业务模式而有所不同，但LPWAN通常会为您提供所需覆盖区域的专有区域网络：您拥有所有设备、网络和通过网络传输的数据。

如果您搭建自己的LPWAN，您将负责监控、支持、维护和维修所出现的故障，您还必须确定如何防护您的网络安全。出于这些原因，强烈建议您部署包含整个解决方案的LPWAN。这意味着由一家公司创建传感器、网关、云和应用程序，而不是零散地组装在一起。其优点在于，一切都是预先集成的，旨在安全地协同工作，而且当您需要支持和维护时，您将始终知道该打电话给谁。

另一个显著的区别是，与蜂窝数据包不同，LPWAN传输并不总是等待接收确认。这可能是一种好处，也是一种负担：您可以在没有确认的情况下在系统上获得更多流量，但有时您会因网络拥塞而丢失数据。

两种最流行的LPWAN协议是LoRaWAN和SigFox。其中，LoRaWAN和LoRa技术近年来增长最快，并且未来五年的增长潜力巨大。但这并不能低估SigFox，它主要在欧洲启动和运行，而且每台设备的功耗比要LoRaWAN低。SigFox的数据有效负载也比LoRaWAN小，使得更低的功耗成为可能，但也限制了SigFox用户使用LoRa技术所提供的某些行业和关键功能，如支持执行器和现场更新。

对于LoRa和LoRaWAN来说，最简单的例证是它们的广泛支持、多功能性和前景。超过500家领先的科技公司加入了LoRa联盟。LoRa技术不断发展，以满足不断变化的物联网方法和新应用实例。

想象一下，您负责为全市或全省范围的医院、零售商、机场或其他企业提供服务，并且可以从一致的清晰视图中获益；或者想象一下，您参与了备灾或环境监测，需要分析来自跨区域传感器和数据源的信息；也许您经营一家租赁公司，可以使用一种方法在不可预测的广阔空间内紧密跟踪您的设备和车辆。对于那些在广阔地域中经营，或者在他们无法合法地建立网关的领域，蜂窝协议将是首要选择。

虽然可能会出现其他技术，并在仍在发展中的市场中占有一席之地，但似乎占市场份额最大的两个协议是CAT-M和NB-IOT。

在这两者中，窄带物联网（NB-IoT）的电池效率更高，并且可能以较低的订阅价格提供。它提供了低功耗的通信和与LoRa配置文件更紧密匹配的数据大小，从而简化了希望涵盖LPWAN和蜂窝使用案例的物联网提供商的跨传感器的兼容性。

相反，Cat-M将允许更高的数据速率和低延迟通信，如果用户需要从他或她的物联网设备收集大型文件或将大量更新推送到物联网端点，这可能是至关重要的。Cat-M将允许低质量语音，并将更多地用于真正的实时应用，如智能车辆。

蜂窝物联网协议提供了一种在区域、全国甚至跨大陆范围内利用物联网数据的方法，而无需预先建立网关来创建覆盖区域。相反，可以利用供应商现有的基站传输物联网数据。这也意味着您的物联网将具有与蜂窝网络相同的盲点，并且如果网络连接中断（出于维护、订阅限制、紧急情况或其他原因），您的物联网也将中断。尽管如此，部署的便利性和覆盖范围往往超过了依赖蜂窝网提供商的成本和局限性。

NB-IoT和Cat-M协议的普及程度还有待观察。两者的推出都是相对较新的，而且还在不断增长，两者的可用性在很大程度上更依赖于蜂窝供应商的计划。最终，NB-IoT的低功耗通信将以适当的成本为大多数人所青睐，并最终使其他蜂窝协议相形见绌。但是，LPWAN和LoRaWAN仍然会存在，特别是那些想要覆盖大面积或拥有专有网络的公司。

也许我们会看到更多的物联网公司转向与协议无关的模式，在这种模式下，您无需选择某个协议来部署哪个物联网解决方案。您的传感器可以支持多协议。当您考虑部署物联网并着眼于未来的兼容性时，请注意您可以考虑哪些协议，并选择一个对您的规模、功耗和连接需求以及技术的未来更有意义的协议。