IoT設備網(wǎng)絡標準能夠殊途同歸嗎？

如果聯(lián)網(wǎng)（將數(shù)據(jù)傳輸到云端）是嵌入式IoT設備的基本功能，那么選擇一種具有彈性和成本效益的網(wǎng)絡技術至關重要。LPWAN技術有很多選擇，但往往沒有一種聯(lián)網(wǎng)方式適合所有人。Amazon Sidewalk等專為本地社區(qū)而建的專用網(wǎng)絡，與既有的蜂窩標準相比又如何呢？

將數(shù)據(jù)連接到云端已成為IoT存在的理由。在此前提下，嵌入式IoT設備開發(fā)者必須回答兩個問題：哪些無線網(wǎng)絡與你的設備兼容？你的設備每次向云端發(fā)送數(shù)據(jù)的成本是多少？

在智能手機中，蜂窩網(wǎng)總是隨叫隨到，用于數(shù)據(jù)傳輸。在室內(nèi)使用的消費類IoT小工具可以依靠家中的Wi-Fi向云端發(fā)送數(shù)據(jù)。

但是，當寵物追蹤器、街道攝像頭、太陽能電池板控制器、泄漏傳感器或其他戶外設備需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫藭r，應該找誰？哪些網(wǎng)絡是最佳選擇？

傳統(tǒng)上，將此類低帶寬、低功耗設備連接到互聯(lián)網(wǎng)的方法采用LPWAN（Low-power wide area network）技術。全球聯(lián)網(wǎng)的最佳LPWAN選擇是NB-IoT和LTE-M，它們是專為IoT設備設計的蜂窩網(wǎng)絡標準。

NB-IoT是LPWAN的4G/5G蜂窩版本。LTE-M將網(wǎng)絡和許可頻譜擴展到機器。蜂窩技術為跟蹤、移動和定位提供了成熟的基礎設施。然而，蜂窩運營商要求的付費訂閱模式阻礙了蜂窩IoT的應用。嵌入式設備開發(fā)者不知道誰會為蜂窩網(wǎng)埋單。是用戶、制造商還是服務供應商？

這種兩難處境至今仍未解決。

Amazon Sidewalk于2019年宣布推出低帶寬“社區(qū)”網(wǎng)絡，這讓問題變得更加復雜。它使用的是小區(qū)里已安裝的Amazon IoT設備（包括Echo和Ring）的一小部分網(wǎng)絡帶寬。

現(xiàn)在，Amazon已將Sidewalk作為聯(lián)網(wǎng)小工具的平臺開放。Nordic、Silicon Labs和TI等IoT芯片供應商已經(jīng)簽約加入。Silicon Labs上月發(fā)布了新的Amazon Sidewalk SoC和開發(fā)工具。

Amazon Sidewalk的神奇之處在于，它允許IoT設備免費搭載鄰居的帶寬向云端發(fā)送數(shù)據(jù)。

能夠“免費”使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，對消費者和嵌入式系統(tǒng)供應商來說都是一種福利。

對AWS來說，這是一個更大的勝利，因為Sidewalk可以幫助許多嵌入式IoT設備直接向Amazon的核心業(yè)務AWS發(fā)送數(shù)據(jù)。

Sidewalk提供了一個介于智能家居和智能城市之間的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，使許多遵循Amazon Sidewalk安全性和兼容性規(guī)則的非Amazon IoT設備可以共享數(shù)據(jù)。

說白了，其他LPWAN技術也有很多選擇。它們包括Wi-SUN（完全開放、全球可用的網(wǎng)狀拓撲結構）、LoRa（一種專有的ISM波段LPWAN技術，提供長距星形拓撲結構）、Wirepas（一種用于企業(yè)IoT的非蜂窩5G連接技術，使用1.9GHz的專用頻譜）和Mioty（類似于Lora，一種基于聯(lián)盟的解決方案，用于地下等惡劣環(huán)境中的連接）。

在本文中，我們將重點討論Amazon Sidewalk和蜂窩IoT網(wǎng)絡，它們是對立的，免費網(wǎng)絡與訂閱網(wǎng)絡、專用網(wǎng)絡與公共網(wǎng)絡。

Amazon Sidewalk??

Amazon Sidewalk采用的無線傳輸技術包括：用于短距和高能效的BLE（Bluetooth Low Energy）、用于長距低功耗通信的LoRa，以及與傳統(tǒng)家用電器（如車庫門開關）兼容的900MHz移頻鍵控（Frequency-shift keying）。Amazon Sidewalk將所有這三種物理層無線網(wǎng)絡協(xié)議合并為一個應用層，稱為“Sidewalk應用層”。

Sidewalk專注于本地。目前，其使用范圍僅限于美國。

據(jù)Amazon稱，Sidewalk“覆蓋了美國90%以上的人口”。不過，網(wǎng)絡覆蓋范圍的增長速度如何還不得而知。Amazon發(fā)言人拒絕對“未來計劃”發(fā)表評論，只說：“我們因開發(fā)者社區(qū)對該網(wǎng)絡的濃厚興趣而深受鼓舞?！?/p>

建立新網(wǎng)絡????

Sidewalk網(wǎng)絡的擴展與Amazon Sidewalk設備的激增有直接關系。

客戶可使用兩種設備訪問Sidewalk，Sidewalk Bridge和支持Sidewalk的設備。Sidewalk Bridge（包括Amazon精選的Echo和Ring設備）可提供與Sidewalk網(wǎng)絡的連接。使用Sidewalk Bridge的客戶可貢獻少量網(wǎng)絡帶寬。這些帶寬匯集在一起，就形成了一個共享網(wǎng)絡。而支持Sidewalk的設備則連接到Sidewalk Bridge來訪問網(wǎng)絡。

為了擴展Sidewalk網(wǎng)絡，Amazon需要更多的Sidewalk Bridge作為網(wǎng)關。Amazon解釋說：“當 Sidewalk Bridge接收到終端設備的信號時，它會將從Sidewalk終端接收到的信息路由到云端，云端再將信息路由到所需的目的地?！?/p>

潛在的挑戰(zhàn)在于這些支持Sidewalk的設備必須經(jīng)過Amazon的認證。盡管Amazon今年早些時候向開發(fā)者開放了Sidewalk，但Sidewalk并非對所有人都免費。只有Amazon授權使用Sidewalk低帶寬連接的設備才能連接到Amazon Sidewalk。Amazon強調(diào)說：“開發(fā)者參與一項資格認證計劃，以確保開發(fā)者的設計符合Sidewalk協(xié)議的兼容性要求?！?/p>

Amazon合作的半導體公司預計將發(fā)揮各自的作用。

Nordic、Silicon Labs和TI都有“現(xiàn)成的芯片”。Amazon表示，這些芯片合作伙伴“幫助分發(fā)SDK，將Sidewalk技術作為其平臺的一部分”。SDK使開發(fā)者能夠構建與現(xiàn)有芯片合作伙伴工具包集成的Sidewalk應用。

Silicon Labs的CTO Daniel Cooley解釋說，Amazon希望在其Sidewalk網(wǎng)絡中只允許使用他們想要的設備。Cooley聲稱Silicon Labs已經(jīng)準備好了“市場上最安全的IoT無線芯片”，并補充說：“這么說吧，Amazon Sidewalk不希望它馬上就被黑客攻擊。”他解釋說：“作為一種潛在的情況，網(wǎng)絡上的一個壞設備可能會影響附近所有其他設備的服務質量?！?/p>

Amazon聲稱，通過Sidewalk，它可以保護客戶的隱私和安全。關于隱私，Amazon解釋說，Sidewalk Bridge設備所有者不會收到其他Sidewalk設備的信息。Sidewalk使用單向散列密鑰、加密算法和旋轉設備ID來最大限度地減少與客戶相關的數(shù)據(jù)。Sidewalk無法看到通過網(wǎng)絡發(fā)送的內(nèi)容。

Amazon表示，Sidewalk有多個加密層來確保數(shù)據(jù)安全。Amazon補充說，這也適用于使用Sidewalk的第三方應用。

Sidewalk的基礎架構旨在允許第三方發(fā)布將設備與其目標應用連接起來的唯一身份，以防止未經(jīng)授權的訪問。Amazon強調(diào)說：“如果第三方未能履行Sidewalk的安全義務，我們的公鑰基礎架構和訪問管理控制將提供撤銷特定設備或整個產(chǎn)品線的能力，直到安全問題得到解決?！?/p>

蜂窩IoT??

蜂窩IoT是網(wǎng)聯(lián)的另一端。

Altair Semiconductor（現(xiàn)Sony旗下公司）產(chǎn)品管理SVP Dima Feldman解釋說，在專業(yè)工業(yè)IoT領域，重要的是要“提供極高的確定性”并“保證一定的服務質量”，以連接眾多可持續(xù)使用10年的嵌入式設備（如智能電表）。

Feldman說：“使用蜂窩網(wǎng)絡是最自然的方式，因為這些網(wǎng)絡已經(jīng)部署完畢。有人已經(jīng)支付了基礎設施費用。我們可以利用這個部署非常完善的蜂窩網(wǎng)絡來提供IoT服務，這些服務將從這個網(wǎng)絡中消耗少量數(shù)據(jù)?！?/p>

Feldman補充說，蜂窩IoT在連接嵌入式設備（甚至是室內(nèi)設備）方面將被證明是有效的，即使是在別人的場所。當IoT設備從一家公司的園區(qū)移動到另一家公司的園區(qū)時，這些設備可以依靠蜂窩網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)，而無需申請加入不同的Wi-Fi網(wǎng)絡。

Feldman強調(diào)說，蜂窩IoT是室外通信最自然的方式，可用于智能停車場、計量和照明、資產(chǎn)跟蹤設備、車隊跟蹤等。

Feldman指出，IoT的聯(lián)網(wǎng)價格已經(jīng)下降。他指出，與每月數(shù)十美元的智能手機服務相比，低帶寬嵌入式IoT設備的蜂窩網(wǎng)成本“每月不到10美分”。

他強調(diào)說，盡管并非完全免費，但價格“正在推動蜂窩IoT向前發(fā)展”。

多變的蜂窩IoT標準????

對Feldman來說，聯(lián)網(wǎng)成本是最容易解決的問題。蜂窩IoT的難點在于理清其全球標準，了解哪些地區(qū)的哪些運營商正在部署哪些解決方案。

Cat-M（又稱LTE-M）在西方占據(jù)主導地位，而NB-IoT則主要由華為和中國供應商推動。

Feldman解釋說，盡管LTE-M和NB-IoT之間存在差異，但移動行業(yè)還是做出了妥協(xié)，將兩者都作為蜂窩IoT的標準。事后看來，這可能阻礙了人們對蜂窩IoT的接受。

LTE-M使用1.4MHz的窄帶寬，而普通LTE為20MHz。其結果是傳輸距離更遠，但吞吐量卻更小。LTE-M具有漫游能力，適合在多個地區(qū)運行的應用。

NB-IoT是一種不使用傳統(tǒng)LTE物理層的窄帶技術標準。它設計用于在LTE頻段內(nèi)或周圍運行，并與其他LTE設備共存。它的帶寬為200kHz，與LTE-M和普通LTE相比，其傳輸距離更遠，吞吐量更低。

除了LTE-M和NB-IoT外，IoT市場正在部署另一種名為Cat-1 bis的蜂窩IoT標準，這讓問題變得更加復雜。

LTE Cat-1 bis是LTE Cat-1的衍生品，LTE Cat-1是多年前制定的標準，但尚未投入商用。據(jù)報道，Cat-1 bis使用單根天線（而Cat-1使用兩根天線），因此能夠開發(fā)出成本更低的芯片組和模塊設計。Cat-1 bis可連接全球任何LTE網(wǎng)絡。

Cat-1 bis芯片組市場由中國企業(yè)主導，并與即將被Renesas收購的法國公司Sequans Communications結盟。據(jù)報道，Qualcomm也將加入Cat-1 bis市場。

并非所有人都認為Cat-1 bis是蜂窩IoT的長期解決方案，因為5G eRedCap（enhanced Reduced）的出現(xiàn)有望取代基于4G LTE Cat-1和Cat-1 bis的應用。Feldman說，Sony已決定不采用Cat-1 bis，因為保證設備15-20年的使用壽命是IoT的基本要求。

評判標準尚未確定。拋開付費訂閱問題不談，在蜂窩IoT標準的迷宮中穿行仍然充滿挑戰(zhàn)。

沒人會把IoT應用硬塞進特定的LPWAN技術中。IoT網(wǎng)絡運營商需要找出一種方案，將多種聯(lián)網(wǎng)技術融合在一起，使Iot設備能夠輕松地將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，而不是選擇單一的贏家。