物联网时代的无线协议，是单个出击还是走向融合？

本刊编辑部

引 言

蓝牙技术联盟8月份在上海举办了2015蓝牙亚洲大会，大会展示了蓝牙技术在物联网生态系统中的无限应用，还探讨了Bluetooth Smart传感器如何通过IPv6/6LoWPAN直接接入互联网，连接“我们周围的物件”。未来，无论是家居场景还是工业、零售业和建筑物，所有的物体都会实现互联互通。

现有的无线协议很多，包括 WiFi、ZigBee、红外、3G/4G、蓝牙等，物联网的实现需要依托这些无线协议，它们都希望能够搭乘“物联网”这趟顺风车，而物联网应用则需要很强的配对、定位和追踪能力，所以就会涉及到选择问题。

在很多面向物联网应用的芯片中，会加入一种或几种无线协议，工程师在开发中常常会很迷茫，到底该如何选择呢？物联网时代的无线通信应该是什么样的，是不是要将所有协议融合在一起，根据需要通过硬件或者软件来选择？但是这其中又涉及到成本问题，让我们来听听业内公司是怎么说的。

业界声音

CEVA公司投资者关系及企业传讯副总裁Richard Kingston

CEVA公司认为，目前来看，没有任何一种单一无线通信协议可以覆盖整个物联网市场，因为物联网涵盖了非常多不同终端的市场和应用，仅使用单一无线通信标准来支撑所有通信需求是不现实的。在战略上，CEVA决定专注于在物联网领域拥有巨大市场潜力的无线协议，包括Bluetooth、WiFi和LTE Cat0/LTE Cat-M等。这些协议已经在大众市场中得到广泛采用，到2020年它们将会用于超过250亿个设备。

CEVA认为，有些协议在硬件中实施会比较合适，而另一些协议则比较适合在软件中实施。例如，为了使Bluetooth Smart芯片满足超低功耗和紧凑尺寸的要求，就必须在硬件中实施；但是对于智能仪表的参考设计，使用一个可以在软件中支持多种无线协议（可能是 WiFi、Zig-Bee、LTE或802.15.4g等）的可编程引擎是比较合适的，这样就可以根据用户的需要来选择。

总之，CEVA认为物联网是一个百花齐放的巨大市场，在无线通信方面，通用的“万灵丹”是不存在的。对于应用中的每一部分，比如消费电子、工业、医疗、健身、公用事业等，都需要以尽可能高效的方式来应对，因此就需要混合各种硬件和软件解决方案，然后选择合适的选项来应对各个应用的需要。

Silicon Labs亚太区区域营销资深经理Desmond

Silicon Labs认为，物联网和家居互联市场将整合802.15.4技术（ZigBee和Thread）、WiFi和Bluetooth。Silicon Labs为物联网开发人员提供了多种无线连接解决方案，包括sub-GHz无线 MCU、收发器和2.4 GHz无线SoC，还提供无线IC支持多种协议，诸如802.15.4 Zig-Bee、Thread网络协议，以及sub-GHz频段内的多种新兴和专利协议（例如Wireless M-Bus和Wi-SUN）。

为了帮助开发人员简化设计并缩短产品上市时间，Silicon Labs于2015年3月份推出了Blue Gecko解决方案，该解决方案包括超低功耗无线片上系统（SoC）芯片、嵌入式模块、Bluegiga软件开发工具包（SDK）和Bluetooth Smart软件协议栈。

而对于需要直接进行IPv6连接的网状网络应用来说，Thread协议是一个理想选择。作为Thread Group的创始成员和技术委员会主席，Silicon Labs一直持续积极参与和推动Thread标准规格的定义和开发，并于2015年7月推出了Thread解决方案，提供给开发人员符合Thread标准的物联网产品。

数据缩放公司（DataXoom）共同创办人Rob Chamberlin

Rob Chamberlin认为，物联网可能需要一个全新的专用网络，因为物联网上大多数的网络家电对带宽的要求并不高，它们之间往往只是共享几个字节的简单数据，事实上，目前物联网仅占用约1%的网络带宽。然而，物联网的主要服务网络——3G和4G网络是为大流量数据连接而设计的，但是问题的实质不出自带宽，而是其价格。现今，大多数物联网设备一个月内所提供的收益，仅相当于一台普通智能手机所产生收益的一小部分。物联网的经济性是当今无线运营商所面临的一项挑战，而在未来10年内，随着连接设备数量呈指数增长，这个问题只会变得更加严重。

其实谷歌开发大使Don Dodge也认为需要一个新的、廉价的物联网专用网络。Don Dodge认为，尽管用无线网络（WiFi）连接各个设备的费用相当低，但是因为 WiFi仅限于在家庭或办公环境中使用，而物联网中的网络应在现实生活中随处可用。离开WiFi网络的覆盖范围时，用户只能被迫使用流量数据来连接宽带网络，这是完全不划算的，尤其未来物联网设备数量会非常庞大。

其实，高通公司正在研究一套远距离、低功耗无线网络新标准，像这样的网络可以帮助设备在更远距离和更低成本的条件下保持连接，以此支撑物联网的日益发展，让物联网能使业务客户最终收益。不过说到底，一套物联网网络新标准的成败还是取决于最终所需设备的数量。

但是也有相反观点出现，蓝牙技术联盟主席Suke Jawanda认为：建立一个单独的物联网网络是不必要的，甚至还会适得其反；一个单独的网络很可能阻止物联网成为现实，因为新的网络协议可能意味着设备之间不再能交换信息。Jawanda强烈建议，在充分改进的前提下，现有的3大网络——蜂窝广域网、本地无线网络和蓝牙智能个人网络是足以应付的。

编辑视角

物联网是对各种感知技术的广泛应用，整个网络上部署了海量的多种类型的传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性地采集环境信息，并且不断地更新数据，最后还需要将这些信息实时准确地传送出去，而保证数据正确及时地传送，无线通信协议功不可没。

到目前为止，应用比较多的几种无线通信协议包括蓝牙、ZigBee、WiFi、Thread等。

（1）蓝 牙

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作，其传输频段为全球通用的2.4 GHz ISM频段，提供1 Mbps的传输速率和10 m的传输距离。蓝牙技术发展到Bluetooth Smart和Bluetooth Smart Ready，低功耗成为其最大的特色。

（2）ZigBee

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，其主要特点包括低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。Zig-Bee网络中的设备可分为协调器（Coordinator）、汇聚节点（Router）、传感器节点（EndDevice）三种角色。光纤、ADSL、3G和WiFi是联网的主要动脉，但最后100 m的短距离接入则是通过短距离无线通信技术来实现的，而ZigBee被认为是目前适合传感器网络接入端的无线通信技术。

（3）WiFi

WiFi是一种可以将个人电脑和手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网络产品之间的互通性。WiFi的工作频率是2.4 GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段，速率达54 Mbps。WiFi可以帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的互联网技术，为用户提供无线的宽带互联网访问。

（4）Thread协议

2014年7月，谷歌旗下的家用恒温器制造厂商Nest提出了名为Thread的家庭物联网通信协议技术，致力于研发基于IP地址的无线网络协议来连接智能家居设备。智能家居设备之间的数据通信并不像WiFi那样，数据传输需要消耗太大的能量，而是使用最小化的能源来传输小容量的数据，所以Thread网络协议应运而生。Thread协议的另一个优点是该系统支持IPv6，意味着该网络能够在需要中心Hub或者类似智能手机设备的前提下，直接和互联网进行通信，在Hub出现崩溃的时候，网状的拓扑结构依然能够保持网络连接。

对常见的几种无线协议的特点有了大概了解，那么到底哪个才是物联网需要的？

进入物联网时代，由于每个人周围的设备可以达到1 000～5 000个，这些物体包含了大到飞机、轮船、汽车，小到台灯、手环、牙刷等，它们要时时在线，可随时随地互动。既需要时时在线，又要实现便携性，首先考验的就是功耗，所以物联网中的无线通信协议必须要低功耗，而且还要具备快速唤醒能力。综合比较几种常用的无线通信协议，在这一点上，蓝牙、ZigBee和Thread能够胜出。但是物联网中有数量如此庞大的物，要保证所有的物都能够时时在线，这个网就必须十分“坚强”，WiFi和Thread都支持IPv6，在编织一个强大网络方面具有先天优势。这样来看，每个无线协议都有非常独特的优势，是物联网在某一个点上所需要的，所以想用单个协议一统物联网世界的想法是不现实的。

既然没有简单的处理方法，工程师在开发芯片时又该如何做出取舍？一种方法是，针对不同的应用选取相对来说更加适合的协议；另一种方法是，所有通信协议都集成到芯片，需要哪种协议就选择哪种协议的接口。

目前而言，出于成本的考虑，在物联网发展初期，第一种处理方法非常适用，但是从长远来看，所有协议融合到芯片中会成为一种趋势，不过前提是融合成本降低到一定水平。这类似于GPS芯片的发展过程，因为融合成本降低到了市场可以接受的范围内，所以现在的GPS芯片大部分都会支持所有的卫星系统，因此，物联网中的无线协议最终会走向融合！当然关于另建网络的做法，就得需要行业领袖了，但短期来看，这种做法成本会更高。