淺談物聯(lián)網(wǎng)各項協(xié)議的王者混戰(zhàn)

作者：Barry Manz

也許有一天，一個單一的協(xié)議便可適用于物聯(lián)網(wǎng)所有的應(yīng)用，但這種趨勢似乎并不明顯。如今，越來越多的解決方案蜂擁而出，如Google支持的線程協(xié)議等。

新詞“物聯(lián)網(wǎng)”可謂無處不在，您可能對它有些審美疲勞，但它確實是接下來的“一件大事”，它的出現(xiàn)將永遠改變?nèi)藗兊纳睢＿@里，關(guān)鍵字眼是“接下來”，因為使用物聯(lián)網(wǎng)的大多數(shù)應(yīng)用程序還在陸續(xù)發(fā)布中，或尚且需要一段時間才能問世。這并不是因為技術(shù)缺失，而是在于不兼容的協(xié)議不斷涌現(xiàn)，且暫時沒有一個協(xié)議脫穎而出。鑒于物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模巨大，這種情況并不讓人感到驚訝，況且也不是無先例可循(還記得Betamax-VHS之爭么?)。但這一次，是諸多協(xié)議一起混戰(zhàn)，爭奪市場領(lǐng)先位置。如今，線程協(xié)議也加入了這場戰(zhàn)役中。

“智能”恒溫器和煙霧/一氧化碳報警器制造商Nest Labs使用了線程協(xié)議()。Nest Labs于去年7月被谷歌以32億美元收購。一個月前，Nest宣布，將成立工作小組，與硅供應(yīng)商ARM、飛思卡爾半導(dǎo)體、三星及Silicon Labs合作，以及融合鎖制造商Yale的Big Ass解決方案，共同開發(fā)一款物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

自那時起，逾80多家公司以合作商或附屬公司的身份加入了董事會。這是富有前景的新協(xié)議，因為每個主要競爭者都有許多支持者，每家公司都在進行一場豪賭。實際上，Nest的恒溫器產(chǎn)品中已集成了一版線程，但尚未正式啟用。

線程是ZigBee、Z-Wave和藍牙低功耗(BLE)（通常也被成為藍牙4.1和智能藍牙）的強大競爭對手，它具有一些優(yōu)勢。首先，Nest/谷歌采用了ZigBee和Z-Wave所采用的方法，而不是創(chuàng)建基于IEEE 802.15.4無線標準和IPv6（最新版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP)的新方式。IPv6將IP地址的數(shù)量擴展到2^128，取代了先前的IPv4。2011年，IPv4 IP地址的數(shù)量達到了43億。線程架構(gòu)如圖1所示。

其次，在Nest的管理下，線程協(xié)議得到了谷歌的大力支持，獲得了大量的資源、市場影響力及資金。就在谷歌收購Nest之前，Nest買下了Dropcam。Dropcam是一家民營制造商，主打創(chuàng)新型且便于使用的基于Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)攝像頭和追蹤器。其用戶在任何地方都可以查看他們的連接攝像頭，并在云中存儲視頻文件，以便日后查閱。鑒于谷歌在數(shù)據(jù)收集和地理定位方面享受無限的資源，線程協(xié)議與Dropcam基于云的視頻監(jiān)控、基于Android的智能手機以及Nest關(guān)于用戶家庭和習(xí)慣的信息，這將是一個強有力的組合。不過，這個強強組合也引起一些人士的不滿。批評者指出，谷歌無法找到我們的相關(guān)信息(這一批評在物聯(lián)網(wǎng)也普遍存在)。

對于線程協(xié)議，BLE看似是最脆弱的目標。藍牙雖無處不在，但卻不針對個人網(wǎng)絡(luò)。藍牙相關(guān)的規(guī)范也體現(xiàn)了這一點。不過，目前，這一現(xiàn)象正在迅速發(fā)生改變。BLE最大的缺點是，它不能形成一個可以自修復(fù)的設(shè)備網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。如果設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)上的鏈接失效，為使系統(tǒng)處于啟動狀態(tài)，行動線路將會發(fā)生變更。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要，如家庭自動化應(yīng)用，包括恒溫器和安全警報器等，它們必須非常可靠。這同樣適用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，更適用于在公共安全或其他關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中運行的網(wǎng)絡(luò)，以及城市內(nèi)連接大量設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)等。

物聯(lián)網(wǎng)中使用BLE另一個主要劣勢是最大續(xù)航里程。它的續(xù)航里程限于330英尺左右，但實際操作中通常更少。在家庭自動化或其他網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這個范圍還算合理，但若沒有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，將產(chǎn)生很大的問題。相比之下，基于IEEE 802.15.4的物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以在100英尺左右的范圍內(nèi)運行，并通過連接網(wǎng)絡(luò)大幅擴展范圍。

由于線程、ZigBee等 (不是BLE)支持128-b IPv6尋址方案，它們在IP尋址方面或多或少都能適應(yīng)未來的發(fā)展趨勢，且隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的激增，這將是強制性的要求。不過，雖然BLE目前還不支持IPv6，但下一代產(chǎn)品將加以改進。

藍牙DOA是否適合物聯(lián)網(wǎng)？

當其他制定物聯(lián)網(wǎng)標準的團體和行業(yè)協(xié)會正競相鞏固自身的地位，并最終敲定其基于標準或開源的策略時，Bluetooth Special Interest Group、Broadcom、Qualcomm等公司則反其道而行，致力于打破這種統(tǒng)一標準對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的限制。

2010年發(fā)布的BLE可能有局限性，但它正不斷改進，其性能將超越傳統(tǒng)的藍牙，甚至不斷突破，超越自身。例如，2013年推出的藍牙4.1，其數(shù)據(jù)速率為1 Mb/s，比許多以物聯(lián)網(wǎng)為中心的同類競爭產(chǎn)品速度要快，但也比“傳統(tǒng)”的藍牙速度慢。藍牙4.1有標準的128-b AES加密功能，并將延遲從100毫秒減少到6毫秒或更少。

藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）也在為連接互聯(lián)網(wǎng)鋪平道路。今年2月，該聯(lián)盟發(fā)布了藍牙智能網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)工作組(得到了80多家公司的支持)，旨在為標準化的藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)建架構(gòu)。規(guī)范一經(jīng)發(fā)布，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用使用統(tǒng)一標準時缺乏網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的缺陷便得以消除。這將有效地將藍牙技術(shù)推向頂層競爭位置，其影響就如2003年EE時代的技術(shù)，自然而然，一氣呵成。

群體思維

Thread、 ZigBee和 Z-Wave所使用的IPv6、IEEE 802.15.4及6LoWPAN（基于IPv6的低功耗無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）相互互補。IEEE 802.15.4和6LoWPAN則構(gòu)思明確，主要服務(wù)于處理能力有限、數(shù)據(jù)率低、射頻輸出功率低及電源或電池功耗最小的設(shè)備。這樣一來，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計將相對簡單，成本更低。

所有這些標準都使用了對稱密鑰128-b AES加密功能，可能具有3.4 x1038種加密組合。若使用當前的超級計算機來破譯，則大約要花費149萬億年。國家安全局十分認可其安全性能，將其定義到保密級別。自倫敦Context Information Security Ltd公司宣布入侵智能手機控制的照明燈后，這種對安全的需求愈發(fā)凸顯。他們便是使用的6LoWPAN和WiFi作為無線傳輸方案。入侵事件對該公司的聲譽產(chǎn)生了極壞的影響。正如線程網(wǎng)及其他網(wǎng)站所述：我們對物聯(lián)網(wǎng)安全的需求正與日劇增 (來源:“入侵互聯(lián)網(wǎng)連接燈泡“)

并具備所有板載射頻組件。它是對無線控制或傳感產(chǎn)品的補充，與電源以及開關(guān)、致動器和傳感器等外圍設(shè)備一起，形成了一個完整的產(chǎn)品。

線程的其他特性包括：可以在網(wǎng)絡(luò)上容納250到300個設(shè)備，并在設(shè)備之間或設(shè)備與云之間進行通信，因此，經(jīng)過身份驗證的用戶及其移動和固定設(shè)備，通過任何基于Web的連接便可以訪問網(wǎng)絡(luò)。與同類競爭產(chǎn)品一樣，線程對物理層和MAC層進行了定義，而上層則對應(yīng)用程序開發(fā)公開。線程為低延遲，約為100毫秒，小于基于Wi-Fi的解決方案，并且可以讓任何設(shè)備立即做出反應(yīng)。

總之，線程占據(jù)了以下優(yōu)勢：網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)、基于云的方法、適用IPv6標準的無限制可用IP地址、128-b AES安全性能、適用IEEE 802.15.4標準的大型網(wǎng)絡(luò)、適用6LoWPAN的物聯(lián)網(wǎng)路由等，同時還具有低延遲特性及應(yīng)用程序開發(fā)的靈活性?？偟膩碚f，這些屬性使線程得以與ZigBee、Z-Wave和BLE相抗衡。當然，不可否認，谷歌可以利用其自身的影響力和資源來推動線程的發(fā)展。

線程具備這些優(yōu)勢并不意味著能打敗競爭對手，獨占鰲頭，成為物聯(lián)網(wǎng)世界的標準。盡管使用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，但這些都是早期的事情，還有許多問題有待解決。其中一個最大的問題是，在一個協(xié)議脫穎而出，占據(jù)市場之前，還要歷經(jīng)多長的時間。物聯(lián)網(wǎng)世界的最佳愿景是共享一種標準協(xié)議。但在這場角逐中，各個協(xié)議必將有一場爭奪。不過，預(yù)計物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模將足以支持各種解決方案，這些解決方案將匹配最合適的應(yīng)用程序。物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)期增長如圖4所示。

競爭產(chǎn)品

為了對線程有更好的認識，有必要先了解同類競爭產(chǎn)品的一些資訊。除了上述內(nèi)容，在美國、歐洲及世界其它國家和地區(qū)，許多機構(gòu)正在開發(fā)自身特色的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略，本文所提到的方案相對而言處于競爭上游。

ZigBee 3.0：以2.4 GHz運行的高度發(fā)達的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標準，有400家廠商支持。它的最大數(shù)據(jù)速率為250 kb/s，通過擴展，可以在100英尺范圍內(nèi)支持數(shù)千個節(jié)點 (由IEEE 802.15.4標準定義)，支持IPv6和128-b AES加密功能。其“3.0”版本已推出，并在2015年第三季度獲批?！?.0”版整合了以前所有獨立的應(yīng)用程序，包括ZigBee家庭自動化、ZigBee Light Link、ZigBee樓宇自動化、ZigBee零售服務(wù)、ZigBee醫(yī)療保健和ZigBee電信。先前，“ZigBee”變體的蔓延受到了許多競爭對手的詬病，而這一版本則解決了這些問題。ZigBee聯(lián)盟： 。

ZigBee Pro：ZigBee新的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)變體，在900 MHz無授權(quán)頻段和2.4 GHz下運行，每個網(wǎng)絡(luò)可以容納64000個節(jié)點，連接網(wǎng)絡(luò)后容納節(jié)點將翻倍。其捷變頻為16個頻道，支持多星拓撲和跨個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、擴展頻譜調(diào)制技術(shù)，可以避免干擾，并支持包括廣播在內(nèi)的各種傳輸選項。它具備“ZigBee綠色能源”選項，無電池的設(shè)備也可以加到網(wǎng)絡(luò)中，從而為極低功率操作提供了一種能量采集技術(shù)，如運動、光和振動。ZigBee聯(lián)盟： 。

Z-Wave：成熟的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)標準，以900 MHz 運行(各個國家略有不同)，有300多家公司支持。其在設(shè)計中加入了可操作性，不像ZigBee(3.0之前的版本)那樣必須針對特定的應(yīng)用程序。它的最大數(shù)據(jù)速率是100kb/s，支持多達232個節(jié)點，且節(jié)點之間的距離為100英尺。它還合并了IPv6和128-b AES加密功能。ZigBee聯(lián)盟：

AllJoyn：新興的開源合作軟件框架，在不考慮帶寬、類型、傳輸媒介和操作系統(tǒng)的情況下，允許開發(fā)者編寫物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，且不需要使用云或網(wǎng)絡(luò)。它支持WiFi、以太網(wǎng)、串行和電力線傳輸介質(zhì)。其支持的操作系統(tǒng)包括RTOS、Arduino、Linux、Android、iOS、Windows和Mac。該框架使用128-b AES加密功能，目前獲得120多家公司的支持。ZigBee聯(lián)盟：

CSRmesh?:由CSR(前身為劍橋硅無線電)創(chuàng)建，允許無限量的BLE設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，并由智能手機、平板電腦或PC控制，這是第一次有效地創(chuàng)建藍牙網(wǎng)絡(luò)。

開放互連聯(lián)盟：開源行業(yè)聯(lián)盟目前屬于Linux基金會，專注于改善互操作性，定義物聯(lián)網(wǎng)的連接要求。它使用了一個通用的通信框架，并在個人電腦和新興物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間進行無線連接及信息流動的管理，而不考慮形式因素、操作系統(tǒng)或服務(wù)提供商。該聯(lián)盟最近發(fā)布了loTivity規(guī)范預(yù)覽版。

市場是否會陷入混亂？

在這個快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)市場，要追蹤所有的角逐者十分困難，因為每一場角逐都是瞬息萬變。BLE、ZigBee、Thread和Z-Wave的王者之爭將會持續(xù)一段時間，因為它們都有自身的優(yōu)勢和支持者。也就是說，一旦BLE獲得Bluetooth SIG網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的支持，以上四種標準都將具備在物聯(lián)網(wǎng)世界立足的必要裝備，這樣，特定的選擇，而非技術(shù)上占優(yōu)勢的標準將獲得普遍支持。盡管如此，對于那些希望創(chuàng)建可兼容且可互操作的制造商而言，盡管方法不同，方式各異，開放源碼仍具有吸引力。