五大无线技术标准取长补短 争抢物联网山头

        物联时代,无线连接成为基本要求。面对众多新老无线技术以及各联盟间的竞争、合作,如何实现不同设备、不同厂商、不同通信协议间的互联互通,成为迎接物联网时代到来时亟需解决的问题。

        从各种联盟、科研机构到各大芯片厂商、设备厂商,都在努力推举出一款即有利于自身发展,又能更广泛被其他厂商所接受、支持的技术协议。从不久前蓝牙大会上宣布蓝牙4.2将兼容WiFi,到之前高通宣布加入Thread联盟,引发AllSeen与Thread合作猜想,以及WiFi联盟发布临近感知技术WiFi Aware、WiFi Direct,和蓝牙Beacon技术的兴起,物联网连接技术正经历着从诸侯征战到一统天下中最激烈的时期。

        物联网涉及近距、远距,以及各种创新应用,对自组网、邻近感知、P2P传输、支持IPv6等方面提出需求,推动了无线技术的不断出新。新的无线技术也使物联网应用的形式更加多样化,从工业应用、智能家居,到支付、零售、社交、交通等等,几乎涵盖生产、生活的方方面面。

        下面我们将从应用和技术架构两个方面,比较 AllJoyn和ZigBee、Bluetooth、WiFi、Thread几种主流协议的发展情况。

WiFi:向点对点直连和临近感知演进


        WiFi是目前所有无线技术中具有最广泛应用基础的一支,传输距离长,传输速度高,但功耗大、组网差一直是其进入物联网的一道门坎。在芯片厂商推出低功耗WiFi的同时,WiFi联盟也先后推出了WiFi Direct和WiFi Aware标准,提供一对一连接功能。

        WiFi Direct是WiFi联盟2010年发布的一项标准,允许无线网络中的设备无需通过无线路由器即可相互连接,支持一对一直连,并支持所有WiFi设备,从11a/b/g至11n。它与蓝牙技术点对点类似,但在传输速度与传输距离方面则效果更好,缺点是耗电量仍较蓝牙高。可以让两个兼容该标准的设备快速连接到一起,进行图片和视频的分享。

        而今年推出的WiFi Aware技术,则更针对物联网应用。在不具备无线网路连接的环境之下,它可探索邻近位置的其他设备、应用程序或相关资讯,并拥有低耗能、永远在线、在地即时、多元应用等特性,类似蓝牙Beacon。

ZigBee:向ipv6的IP组网和应用协议融合演进


        ZigBee具有低复杂度、自组网、高安全性、低功耗等特点,在智能家居领域一直倍受青睐。今年其发布了ZigBee3.0,纳入ZigBee IP,全面统整此前ZigBee Pro应用规格,包含家庭自动化、建筑物自动化、LED照明、医疗看护、零售、智慧能源等各个方面,并宣布将在Thread网路架构上实现ZigBee的应用层协议的合作事宜。

蓝牙:向提高速率和1对多传输演进


        蓝牙从1.0版本升级到最新的4.2版本,加强了物联网应用特性(特别是家居),支持基于IPv6协议的低功耗无线个人局域网技术,低功耗下传输速率大幅提升,无需现有硬件进行更新,只需固件升级即可支持。另一方面蓝牙推出的Smart Mesh技术实现了标准化的mesh网络功能,完善了组网差的不足。

        蓝牙Beacon锁定室内近距离感知应用上,包括室内导航、移动支付、店内导购、人流分析等。通过低功耗蓝牙技术, Beacon基站创建一个信号区域,设备进入该区域时,相应的应用程序就会提示用户是否需要接入这个信号网络。Beacon基站内有加速度计、闪存、ARM架构处理器及蓝牙模块,其功耗极低,一颗巨口电池可为基站提供约2年左右续航时间。Beacon技术术语一点对多点网络。

Thread:欲打通多个协议


        新兴的Thread联盟是有谷歌旗下NEST发起的一个物联网联盟,Thread标准是基于ZigBee基础组件改造的一种衍生协议,不久前也公布了1.0版,该联盟表示,Thread 是网络层协议,与应用层无关,它是被设计为与不同的应用层协议一起工作或是提供支持。未来Thread或许与AllSeen联盟有合作机会。但Thread门槛较高,除Zigbee外,底层协议(802.15.4)与wifi(802.11b)和蓝牙(802.15.1)不同,需要设备更换芯片。

AllJoyn:属于软件框架,在应用层实现互联互通


        AllSeen联盟是Linux基金会下的一个协作项目组织,旨在推动物联网应用与创新的跨行业联盟。AllJoyn是高通主导的一个开源项目,主要用于近距离无线传输,通过WiFi或蓝牙技术,定位和点对点文件传输,2013年捐给AllSeen联盟。高通作为AllSeen联盟重要成员,在物联网上不断加紧布局。在8月26日举办的“智造万物 物联未来”的创客研讨会上,高通联合AllSeen联盟主席薛国栋,先后介绍了高通最新智能连接解决方案--集成了AllJoyn软件框架的QCA401X WIFI片上系统,以及AllJoyn开放源架构。

        AllJoyn是一个独立于操作系统、开发语言、通信协议的开放源码的软件框架。它适用于Microsoft Windows、Linux、ios和Android等所有HLOS高级操作系统,以及各种内存和处理能力极度受限的嵌入式RTOS操作系统,解决了异构分布式系统中的难题,被称作是“中性平台”。

        AllJoyn的特点在于其开源的灵活性,以及处于应用层,与传输层无关。AllJoyn框架运行在本地网络上,无需通过云对身边设备进行连接,保证应用程序和设备互相交谈时,直接、快速、高效、安全,即便没有互联网连接的情况下,设备之间也能互联互通;在远程需要与云连接时,通过AllJoyn网关代理连接到互联网,减少连接到互联网上的设备数量。AllJoyn物理层支持WiFi、Thread、PLC、以太网、蓝牙,解决了WiFi的自组网问题,后期可能还会扩展更多其他协议,是否真的能在应用层一统江山,让人拭目以待。

图:物联网面临的问题:随着智能家电、智能硬件产品越来越多,设备间不能互相互联,将导致每个设备都要在手机上装一个APP,并对应一个设备云。这样科技不但没将生活简易化,反而增加了新的复杂性,且无法方便地建立丰富的场景。而跨品牌、种类、操作系统的设备无法互通也不能充分体现物联智能。

 图:AllJoyn软件架构:定义用户体验的应用层、可交互操作的跨平台模块和定义设备间通用接口的服务框架层、为设备提供发现和连接能力的核心库层。

图:AllJoyn的两种架构版本:标准版、瘦版(网络中需要一个AllJoyn路由器)。

图:AllJoyn架构使智能设备之间能跨品牌、种类、操作系统进行连接、管理、交互操作,说一种语言,实现互联互通。

近端物物交互:AllJoyn架构下的单一协议使得产品及其APP能释放出其功能并与其他设备和APP进行交互动作;远端联网:AllJoyn网关代理可以为所有支持AllJoyn的设备和APP提供远程连接、管理、以及隐私控制功能。

AllJoyn应用案例:支持AllJoyn的设备在近端网络可本地直接互相交互(手机在近端时可直接通过AllJoyn与设备进行本地连接);手机远程连接时可通过AllJoyn网关

        WiFi/ZigBee/BT/Thread/AllJoyn取长补短,争抢物联网山头

        物联网的到来考验了各大无线通讯协议,从而使得设备之间能够实高效和安全的解决连接、联通、兼容、功耗等问题,同时也迫使所有无线通信技术取长补短都在朝着更符合物联网应用的点对点互联、自组网、IPV6等特性靠拢。

图:几种主流无线通信协议在应用领域中的扩展

 

        综上所述,各主要无线技术均在各自基础上发展完善原有体系,但我们也看到了一些合作机会,统一标准短时间内还看不到方向,融合或将是现阶段物联网实现的一条必走之路。

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