發布日期：2022-05-25 點擊率：44
究了幾個我們認為有非常大前景的行業和技術，物聯網讓我們感覺到最振奮。
互聯網的出現把人們連接起來， 讓人們可以通過它進行分享和溝通；自然而然地，人們試圖把物也聯結起來，這樣就可以通過網絡來更好地掌控“物”，更好地為人類服務，因此，這是符合人類本性的，也因為此， “物聯網”概念一經提出，便迅速風靡全球，成為人們最津津樂道的概念之一。
讓我們興奮的不僅僅因為物聯網有個巨大的市場，而是它被大家寄予厚望， 但其普及的程度和其聲名卻反差太大， 用雷聲大雨點小來形容毫不為過。我們走訪了一些業內人士， 發現原因其實并不復雜：就是在多數物聯網也用場景下，人們所能獲得的解決方案并不能提供比現狀更好的投資收益比，因此，在很多場景里， 人們并沒有動力來大規模使用物聯網。
技術應用普及就必須要過“投資收益比”大關！
投資收益比，英文縮寫為“ROI（Return On Investment）”， 是商業社會里用來衡量某個事物對人類的價值常用的指標。 物聯網作為信息技術的一種應用，在我們判斷其何時能夠被人們廣泛使用時，ROI也成了其價值大小的分析主要依據。
把“物”連接在一起并不是難事， 現有的很多技術都可以勝任，無非是有線網絡和無線網絡兩種，當然從部署的經濟性和難易度來看， 無線方式顯然是人們的首選，因此可以預見，物聯網的連接技術也將是無線方式占主流。 因此，讓我們著重討論無線物聯網。
常見的無線網絡有多種協議，例如WiFi、藍牙（特別是低功耗藍牙BLE）、蜂窩網絡（2/3/4/5G、NB-IoT、eMTC等）、sigfox、LoRa、zigbee/zwave、802.15.4g等。
上述的所有協議都能夠滿足某些方面的需求。WiFi非常普及， 速度快，成本低廉，但用戶容量低、覆蓋范圍小、功耗很大； 藍牙和WiFi一樣也是一種主流的無線技術，相比于WiFi功耗更低，速度較低但對于音頻等中速需求能夠很好地滿足， 毛病同樣是用戶容量低、覆蓋范圍小；蜂窩網絡中的2/3/4/5G也是我們常用的無線技術，覆蓋范圍較大， 速率較高， 但遺憾的是由于蜂窩協議自身的因素，功耗居高不下，因此，基于蜂窩技術的 NB-IoT、eMTC等針對低數據量低頻次單向通訊和提高覆蓋范圍下了功夫，提高了糾錯能力和靈敏度，但卻降低了傳輸速率，但在雙向實時或準實時的通信場景中功耗卻沒有什么改善； sigfox和LoRa技術來看差不多， 其針對的場景是超低功耗單向低頻通信， 由于sigfox的模式是做網絡運營商， 在歐洲等地區有相當多的抄表類的應用客戶，這種模式面臨著與電信運營商的NB-IoT網絡的激烈競爭， 而LoRa技術脫胎于sigfox， 采用aloha網絡模型和線性擴頻技術， 且主要使用subG頻段， 因此，覆蓋范圍相對比較大， 其功耗表現比NB-IoT好多了，因此對于有大量需要低數據量單向低頻通信終端（endpoint）的用戶來說，LoRa是現在的第一選擇；zigbee、zwave等技術屬于短距低速率無線通信標準， 后者是前者的簡化版，在智能家居等領域有一定的應用，可以進行自組網，但由于覆蓋距離小，支持的連接數量少， 因此應用場景也比較有限。
無線通信技術已經發展了很多年了， 遠遠早于互聯網的誕生。但以前主要解決的是較大數據量的傳輸，例如音視頻、特別是像WiFi、藍牙、2/3/4/5G等基本幾乎成了我們日常生活中的必需品。也有部分是針對物體之間的連接，例如，zigbee等協議也在室內定位、短距離物聯網通訊等方面應用得非常廣泛；而最近比較受關注的低功耗廣域網（LPWAN， Low Power Wide Area Network）協議也越來越受到行業的關注和追捧，sigfox在全球多個國家運營抄表等業務， LoRa聯盟已經獲得了數百個有影響力公司的加盟，NB-IoT更是被中國的運營商們大力推廣。
但即使如此，遺憾的是，人們對物聯網的需求至今沒有得到很好地滿足，甚至可以說，人們對物聯網這么多年的表現失望透頂！主要原因很簡單，人們希望物聯網讓生活環境變得更加智慧，而智慧項目的第一步就是廣泛的物聯網連接， 然后是讓人們更好地把控這些“物”。 但現狀很無奈：人們很容易找到辦法或者方案來連接和把控這些“物”， 可是成本卻很高昂。 具體表現在物聯網的demo很多，但真正落地大規模使用的卻只有很少的領域，分析深層的原因，就是“投資收益比”不佳，當然，這樣的分析還是流于表面的。我們進行了更深的思考。
提升投資收益比的方式說起來很簡單， 就是盡可能地提高收益， 盡可能地降低成本。 物聯網中抄表類的業務發展較好， 主要原因就是用于該項業務的低功耗廣域網（LPWAN）可以實現足夠低成本的覆蓋， 終端成本足夠低， 使用成本也很低， 綜合成本低到比傳統的人工服務的成本還要低的地步， 而低功耗廣域網也在一定程度實現了無人化和自動化， 也就是實現了更高的收益， 這顯然讓這項業務發展得比較好。 但這類低功耗廣域網卻存在一個很大的問題， 其犧牲通訊的靈活度和速率來換取更遠的覆蓋距離和更低的功耗。 但問題是， 我們需要更加智慧的萬物，需要它們及時響應我們的指令，抄表類的單向通訊模式并不能滿足這類規模大得多物聯網需求，他們需要的是實時或者準實時的雙向通訊。至于那些短距離覆蓋的通信協議，例如zigbee/zwave等，難以大規模部署，就基本不在大規模物聯網的考慮之內了，暫不討論。
對于現有的低功耗廣域網標準來說，雙向通訊意味著NB-IoT就不能使用eDRX或者PSM模式， LoRa也只能采用Class C模式， 我想用某公司的實踐來說明一下他們的表現： NB-IoT在雙向通訊時跟2G的表現差不多， 非常耗電（想想手機），導致維護工作量非常大（想想要每天去給電池充電），無法大規模使用；LoRa情況好一點，他們部署了2000個終端（endpoint），采用兩萬毫安時的可充電鋰電池供電， 但也只能使用三個月左右， 比NB好些，但同樣要命的是這兩千個終端光盤點一下，就需要耗時37分鐘！所以LoRa也無法在他們希望的智慧物流、智慧倉儲、資產或人員管理中使用。 而LoRa還面臨著其工作主要頻譜無法在中國使用的尷尬。但除了這兩個， 他們沒有其他選擇！ 這樣的結果讓他們的物聯網需求實際落地， 雖然他們有著非常迫切的需求。
這些現實都折射出物聯網領域的大量需求面臨著“投資收益比”不佳的境況，而這也是目前物聯網領域雷聲大雨點小的根本原因。 因此， 我們迫切需要提高大規模物聯網應用的投資收益比。 如何提升呢？ 一般來說， 某個場景的收益是相對固定的（例如抄表， 其最高收益就是以前花費在抄表上的人工等成本）， 所以最簡單和可靠的辦法就是降低投資成本。
如何降低物聯網大規模部署的投資成本？
我們主要討論主流的無線物聯網的情況。 無線物聯網的投資成本主要包含了以下幾個方面：硬件成本、部署成本、使用成本、服務成本和維護成本。
硬件成本一般包含終端硬件和網關硬件，NB-IoT等蜂窩通訊、SigFox等一般由運營商建設網關（也就是基站）， 所以不需要網關成本，但要增加服務成本；部署成本則是部署終端的人工、建安等成本；使用成本主要是使用過程中的成本，主要是電池或者電力成本等； 服務成本是對于運營商運營的網絡而言， 對于網關由運營商部署的物聯網而言，一般都有月租費或年費； 維護成本則包含了維持物聯網正常運行的人工成本、物料成本等。
除了硬件成本和服務成本外， 其他三種成本都跟功耗嚴重相關。 目前來說，部署成本最低的是用紐扣電池供電的物聯網無線終端，這樣，就不要布線，終端體積小，這些都意味著部署方便，方便就意味著省錢。 使用成本和電池成本顯然是密切相關的，一般的物聯網終端，最理想的情況是生命周期內不用更換電池， 至少做要做到少換電池，讓電池等成本變得盡可能少，這對終端的能耗要求非常高。 維護成本中的更換維修故障設備和更換電池（或充電）占據了該成本的主要份額，生命周期內不換電池或者少換電池是降低維護成本的關鍵。
例如，有個做智慧停車的公司， 做的項目中分別采用了NB-IoT和LoRa來進行數據傳輸， 功耗的主要部分就是無線通訊，1萬毫安時的電池， NB-IoT兩三個月就要換一次， LoRa可以支持10多個月， 本身智慧停車的施工時非常麻煩的， 慣常的事需要在車位那邊挖洞，把地磁感應和數據傳輸設施埋進去， 為了美觀和防水需要在面鋪上一層水泥；而由于電池更換，需要把設施再挖出來，更換好電池后再埋進去， 然后鋪水泥， 基本就相當于重新施工一次，這種維護工作量相當大， 維護成本當然就非常高。 這還是對終端設備體積要求不高的場景， 還可以用大號的電池來支持比較長的一段時間。 但物聯網的很多場景對體積還是有要求的，有的甚至要求非常高。 例如用于畜牧業上的耳標，用于行李追蹤的有源RFID等。但總體來說，我們總希望物聯網終端的體積能小不要大。
因此，理想的物聯網終端體積是很小的，在現階段來看，就是用紐扣電池供電，并且要做到生命周期（5-10年）內免維護（不用更換電池）或者少維護。如果能夠做到， 就意味著綜合成本比較低， 也意味著可以顯著地促進規模應用。 這是經過實踐證明的。
抄表類物聯網應用的規模就很大，這種應用可以容忍高時延， 數據量很少，傳送頻次很低，也不需要雙向通信，而LoRa、SigFox、甚至NB-IoT在這種模式下是可以做到小號電池或者紐扣電池長時間使用的， 這使應用綜合成本足夠低，因此，這類物聯網業務發展非常迅速， 規已經達到很大的規模。但這種場景并不多，物聯網多數場景中所需要的還是雙向實時/準實時通訊。
現有的通訊技術——包括經過優化的NB-IoT和LoRa——在智慧項目所要求的雙向實時/準實時通訊中，是無法用紐扣電池供電的。那么“如何降低物聯網大規模部署的投資成本？”這個問題在目前的情況下實際上可以轉換成：在雙向實時/準實時通訊的模式下， 如何把功耗相比于現有最節能的LoRa大大降低？降低一點是沒有什么效果的，要“大大降低”，比如降低兩個甚至三個數量級以上！
對行業來說， 這看起來似乎是個不可能完成的任務。既要保持實時/準實時的網絡連接，又要保持極低的功耗，在現有的通訊協議里，這兩者實質上是相互排斥的。 例如NB-IoT如果要做到實時/準實時雙向通訊，其功耗就和2G的功耗差不多，無法用紐扣電池或者小號電池； LoRa的Class C模式也可以實現雙向通訊， 但功耗很大，也無法使用紐扣電池供電。 那就更不要談其他的比較長距離通訊協議了。 所以，實現在雙向實時/準實時通訊模式下的紐扣電池長期供電通過現有的技術是無法實現的， 只能另找他法。
可以說， 誰解決了這個問題，誰就會在物聯網領域里大放異彩，取得絕對的領先優勢。
正是基于這個認識， 我們自15年開始就一直試圖找到解決之道， 而經過三年多的殫精竭慮和潛心開發，我可以很自豪地說：我們已經成功地解決了這個問題……具體就不展開了，有人要罵我在寫軟文了……
作者：diobook
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： LoRa技術快速普及 推
