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干货分享篇丨无线物联网之未来前景①---前言

2021-03-26   作者:Sunricher

很多进入物联网的公司目前都面临着一个艰难的选择,目前最关键的一个问题是他们需要对无线通信所采用的产品做一个决定。


就最基本的层面而言,物联网就是互通互联。我们的想法就是智能设备能够无缝地进行通信,在各个方面将产生巨大的效益,对我们的社会也会产品显著的影响。然而,现实与构想相差甚远。在市场发展的初期阶段,物联网是高度分散的,同时相互可操作性相对缺乏。来自McKinsey Global Institute (McKinsey 全球研究院)的一份调查报告,预测到2025年,物联网的经济影响可能每年达到11.1万亿美元的冲击,这意味着将占有全球经济的11%。与此同时,她也指出了物联网未来之路的几个阻碍。首先的问题就是各种标准多样化,这些标准阻碍了设备和系统之间的通信。据报道,相互互通性需要捕获大约40%的有价值信息,有某些情况下,在互通应用中可抓取60%的价值信息。相互互通操作性的问题不仅仅只是连接性协议,还包括缺乏标准的数据模式和一些通用的软件接口。然后,让智能设备互通和互操作是全球必须要满足的一个基本需要,必须要使之成为现实。


系统图1080.jpg

晟瑞科技(Sunricher)无线物联网系统图


许多无线通信技术试图主导智能家居和连接楼宇自动化市场,但是到目前为止还没有明确地看到哪种通信技术处于主流地位。每种技术都具有其代表性,并且每种技术在其挑战互通互作的过程中有着自己的方式方法。事实上,它们之间的差异往往是最根本的差异,以至于作一个直接的比较几乎是不可能的。现在还不确定在各行各业和环境是否能通过单一的通用连接方案来解决,所以只有适者生存,成为最终的物联网全球标准。这将有利于供应商和用户一样,有助于进一步的市场增长和加速大规模的相关产品的使用。


这种情况反映了初期的网络化技术所面临的问题和挑战。当时许多相互竞争的协议层出不穷,包括IBM的SNA,Xerox 的XNS, Novell的IPX/SPX,Apple的AppleTalk。还有其它的一些协议,但是后来TCP/IP的出现,才成为了大多数网络应用程序的首选,最终成为互联网的技术定义。如果没有协议和标准,互联网将不会是今天这个样子。


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有了物联网,历史正在重演,即便是规模大到无与伦比。最终,物联网的“东西”也需要学会相互交流,直到某一天,设备制造商在当前不完全成熟的环境下投入筹码,在如此复杂的环境下,这就产生了一定的风险,同时也有着无限的机会。一些通信技术随着时间的推移,不可避免地逐渐消失,迫使一些使用这些通信技术的公司向其它公司转移,同时也将其产品撤出市场。但是那些押注成功的公司将会在此次变动中获得技术领先的所有好处。


那么,哪一种通信协议才是最可靠的呢?哪一个才是供应最大的智能产品制造商,并有最大的潜力生存到最后,最终成为连接物联的热门技术?这里,我们将尝试着回答这些问题。我们觉得我们目前学到了一些重要的经验和教训我们将在这里就这些问题做一些分享。因为我们也同样要面对相同的困境,也充分意识到我们的决定将产生什么样的意义。我们所做的所有事情的背后都有无线通信的连接技术,因此我们付出了巨大的努力,以确保我们对可用的可行性方案了如指掌,并且能够分辨在其特定的应用中的优势和劣势。


我们的目的不是在于推广某一种通信协议,而是使一切可连接,而互通互联是实现这一目的的唯一途径。所以我们接下来陆续分享的各种无线通信技术内容实际上是互通互联操作性指南(无线通信通关秘籍)。希望这些资源能对那些犹豫不决,不知道该用哪种通信技术而渴求进入到这个行业的实力厂家有足够的价值。 


333 通关秘籍-01 22.jpg

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什么是通信协议?我们为什么要使我们的家庭和办公室变成智能化?简单来讲,通信协议是一组预定义的规则,网络中的两个,或者多个设备必须遵循这些规则来建立可靠的通信,并且成功地在彼此之交过程中能够交换数据。为了使物联网成为现实,这些通信很大一部分都是无线的,所以在过去的一些年里出现了各种各样的由机器到机器的无线连接技术。他们大多数的共同特点包括低能耗和低带宽要求,因此从根本上延长了电池的寿命,并能在有限的空间内使用多个设备。由于无线电是一种共享的媒介,所以频段是非常稀缺的资源。为了在一个既定的频段中植入更多的设备,对于它们的低带宽要求就显得格外重要了。由于许多流行的无线电协议有许多的重叠的特性,乍一看,它们似乎都在做相同的工作,但正如我们已经提到的,它们有着本质的区别。有些无线通信技术的功能与其它技术完全不同,它们的发展目标和设想也不相同。一旦我们了解了它们与OSI reference model的关系,这一点就变得很清晰了。


国际标准化组织(OSI)早在上世纪80年代就开发了系统互联(OSI)的模型,为通信标准的协调提供了一个框架。时至今日,它仍然是网络通信中的主要参考模型。OSI框架将网络通信过程分解为七个可管理的层次结构,每一个都有其特定的功能,处理明确定义的任务,并与其上下层级进行交互。七层OSI参考如下:


应用,演示,会话,传输,网络,数据连接,Physical(物理性的)

4 OSI参考模型 1080.jpg


每一层的名字都说明了其中提供的服务类型。这些服务和任务,在这一点上,我们不会全部描述;  OSI模型已经存在很长时间了,而且它的详细信息遍布互联网。不过,我们在本段中将继续回到上面的话题,解释OSI模型上的的特定连接解决方案以及这对厂商和终端用户所带来的结果。那是因为OSI模式是各个协议之间的根本区别的来源。


一些希望连接物联网的标准只定义了七层OSI的一小部分,同时也依赖于其它可用技术来处理通信的其它方面。其它的从物理层一直到应用层,就其本身而言,这并不能使它们中的任意一个变得更好,或者更差。这意味着它们通常基于完全不同的原则,这是人们在试图回答“哪种技术最适合我时?”应该注意的。另外一个比较重要的事情是,没有完美的技术。不同的应用有不同的要求,没有绝对的一个方案能解决所有应用。


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晟瑞科技(Sunricher)无线物联网应用案例(日本)


回到OSI,为了更好地可视化这个七层概念以及协议如何适合这个模式,您可以将其定义为人与人之间通信的框架。它可能不是我们过于关注的东西,而是在明确的规则下两个想要相互交流的人,就像协议一样。与OSI模式类似,这些规则也可以轻松地分解成若干层级。从最底层开始,即物理层,人类还需要一个可以称为物理性的基础设备的东西来进行通信。除了口头的交流,通常还包括一些语音或者声音等媒介。人类的语言器官也是位于OSI转低层级的部分,随着我们向上层移动,我们的通信规则将变得更狭窄,比如电话,音位,多义词,语法结构等等。OSI的顶层结构是应用层,应用我们灵活的言语交际及隐含意义,应用层级是上下文差异化发生的地方。正是对我们是谁,我们在哪里,我们在做什么等等的意识,使得上下文交流和信息交流能以这样一种方式进行,即参与过程的双方对给定信息的理解完全相同,并且能够在没有任何理解意义差异的情况下进一步传递信息,或者根据对方的信息采集采取一些相关的行动。这正是我们为了通信和数据交换而将设备相互配对时想达到的目的。要实现这种上下文的对话,智能设备还需要知道它们是什么,它们会做什么样的反应或者行为,能处于什么状态,如何调整等等。


晟瑞科技无线物联网应用案例(意大利)1080.jpg

晟瑞科技(Sunricher)无线物联网应用案例(意大利)


每一个层级都很重要,每一层都定义了作为通信过程中所组成部分的任务。它们通过必要的网络管理和维护,安全,数据交换等来实现同一协议下的设备之间的通信。不过,应用层是互通互联的关键。如果没有定义应用层,设备就不会知道通信的上下文,也永远不会理解彼此,除非某些特定的产品供应商之间达成某种协议进行互通。这就解释了为什么互通互联操作性问题在两个不同的协议下面是不能进行交流的。问题是,即使他们是在同一个协议下,如果特定的协议没有定义OSI模式的最顶层,它们仍然是无法进行通信的。


现参与进来的制造商,越来越意识到应用层在克服物联网目前所面临的互操作挑战的重要性。这几年出现了一些旨在解决OSI顶层问题的方案参与者,其中包括LoTivity或AllJoyn(现合并在开放连接基金会领导的一个项目下),传输层不可知的框架,这些框架位于现有的无线技术之上,能够实现跨越产品品牌,平台或连接类型的通信。现在讨论这种方法是否正确还为时尚早,特别是考虑到目前现有的这些方案还在开发中。我们肯定会在某一点上会考虑到他们,但是首先我们需要看看当今物联网最常见的无线通信标准。


接下来我们会陆续分享WiFi, Z-Wave, Zigbee, Thread, BLE等物联网无线通信技术的优缺点,敬请期待。

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