物联网(IoT)的主要任务是将事物——除人类之外的所有动物、植物和无生命物体——连接到网络上,以便人类获得更多信息,更好地控制它们。可见,“连接”是物联网的基础和必要功能,这种连接的普及标志着物联网的普及。但问题是,这些连接不是免费的,是有成本的。既然有成本,就必须有人投入。因此,从商业角度来看,连接的普及程度与连接的投资收益正相关:连接的成本越低,连接的价值越高,投资收益越高,越容易普及。因此,我们需要选择低成本和高价值的连接技术。那么哪些连接技术可以满足这个条件呢?
市场上有很多种连接技术。从信号传输介质来看,可以分为有线技术和无线技术。然而,显然,无线技术将是物联网连接的主流。原因很简单:从成本上看,无论是有线技术的建设成本还是维护成本,都远高于无线技术。连接越多,成本差异越大。然后,对于万物互联层面的海量连接,无线技术的成本优势更加明显。因此,无线连接是物联网连接的主要形式。因此,下面我们将重点介绍无线连接技术。

无线物联网至少包含两个部分:无线网关和无线终端。前者直接关系到无线物联网的成本,后者决定了这个物联网的价值。一个简单的逻辑是,降低无线物联网网络的成本,增加物联网的价值,可以增加物联网的投资收益。基于这个简单的逻辑,我们很容易得到提高物联网投资收益的两大措施:
整体成本最小化,网络价值最大化。下面简单解释一下。
最小化总成本
物联网的主要成本在于网络和终端的硬件、部署、应用和维护成本,所以降低整体成本就是降低网络和终端的这些成本。
降低网络成本无线物联网网络的核心组件是无线网关。因此,无线网络的建设成本主要是无线网关的软硬件成本和部署成本,以及这些网关在使用中的使用成本和维护成本。可以简单地看到,对于给定的覆盖区域,网关数量越少,网络的软硬件、部署、使用和维护成本越低,即无线物联网网络的成本越低。以及如何减少网关的数量?显然和网关的覆盖能力有关,也就是和所选无线连接技术的通信距离有关。
因此,通信距离长的无线技术是降低网络建设和使用成本的关键。
降低终端成本终端的成本主要是各种终端的硬件成本、部署成本、使用成本和维护成本。随着部署规模的扩大,硬件成本可以降低。对于部署来说,安装越简单,成本越低,免安装可以最大限度降低部署成本。使用成本一般就是能耗成本。对于大多数物联网终端来说,就是电池成本。电池成本与电池容量成正比,所以终端的功耗需要相当低。对于大规模部署,维护的工作量会变得非常大,甚至不像人的手机、电脑,人自己会管,但是东西不行,需要人力。在实际项目中,维护主要是保持供电、更新和维修等。免维护是维护成本最低的,所以是码头设计的终极目标之一。为了实现免维护,就要有尽可能少的零件来降低出错概率,就要有高度集成的零件。功耗需要相对较低,以便电池可以终身供电。
因此,降低终端成本的主要方法是提高组件的集成度,以减少组件数量和功耗,直到低容量电池可以持续使用。
最大化网络价值
网络价值从何而来?回答使用价值。如何提高使用价值,一句话总结就是让接入的终端数量越多越好。如何增加终端数量?必须满足两个条件,一是容量大,二是能够满足尽可能多的业务需求。
网络容量是接入大量终端的基本要求,很好理解,就不说了。但我需要强调的是,市场上宣传的网络容量要注意是静态容量还是并发容量。如果是前者,也就是注册用户数,只要有足够的存储空空间,实际意义不大;真正重要的是并发能力,即同时在线的用户数量,因为只有在线用户才能有效工作,这对于延迟要求高的业务来说非常重要,而满足不同延迟的业务要求也是提高网络价值的下一个关键点——适用于广泛的业务。只有网络容量大了,网络的广覆盖才有意义。
应用广泛。如果网络只能满足狭义的业务需求,就要求它们具有较高的集中度,比如仓储商品标签、大型超市的价格标签等。这些端子比较一致,密度比较高。所以,只要能符合他们特点的物联网技术,都会有很好的效益,其实也是目前物联网建设的重点业务。然而,这种高密度部署一个或几个业务的场景只是现实中的一小部分。而且,即使在这些业务的空房间里,也有环境监测、自动控制等物联网业务的需求。对时延、带宽、传感器等元器件、计算能力等都有不同的要求。如果一个网络能满足仓储商品标签、超市价格标签等主流需求,也能满足同样的要求。要做到这一点,就需要这种网络技术在一些常见指标上具有广泛的适应性,比如既能满足低时延又能满足高时延的时延,既能满足低速率又能满足高速率的带宽等等。这样只需要一个网络就可以满足各种业务的需求,这也是现实中更需要的网络技术。
综上所述,要提高物联网的投资收益,关键是要满足三个关键特性:广覆盖、低延迟、低功耗,三者缺一不可。

对于这样的结论,我们不妨这样理解:
如果满足广覆盖的特点,单个网关的覆盖范围就大。对于某个区域的网络覆盖,使用的网关数量会更少,也就是部署会更快,维护会更容易。这主要是为了降低网络的整体成本。
关于延迟,不同的物联网服务对延迟的要求是不同的。对于高延迟服务,可以使用低延迟技术,但是对于相反的服务,则不行。因此,低时延业务可以接入更多种类的物联网业务,从而在一定区域内接入更多的终端,提高网络的使用价值。这主要是提升网络的价值。
低功耗保证了终端设备可以在低容量电池的情况下持续很长时间,这意味着更小的尺寸、更容易的设计、更简单的部署和更低的成本。续航时间越长,维护工作量越少,降低了终端的整体成本。
因此,广覆盖、低功耗保证了投资成本的降低,低时延保证了物联网网络的使用价值。
图一 三大关键特性那么市场上有没有可以满足这三个关键特征的无线技术呢?
市面上能找到的无线技术主要有WiFi、蓝牙、802.15.4、蜂窝、LPWAN以及最近推出的超低功耗无线广域通信技术LaKi。下表显示了它们在一些关键参数上的性能。
备注:实时响应是指终端可以在大约一秒甚至更短的时间内响应网关指令。
然后,回到图1,我们可以根据这些无线技术的参数,把这三个特征框一个一个地填上,可以得到下图:
图二 主流技术对关键特性的满足du我们整理一下图2得到下图:
图三 整理后的主流技术关键特性满足度从这张图我们一眼就能看出来:
WiFI无法满足低功耗、广覆盖的要求,不适合物联网的部署。

Sigfox可以满足广覆盖、低功耗的要求,但是不能满足低延迟的要求,所以网络价值不高。
LoRa的A类和B类模式以及NB-IoT除DRX模式外的eDRX和PSM模式只能满足广覆盖、低功耗的要求。LoRa的C类模式和NB-IoT的DRX模式只能满足广覆盖、低延迟的要求。不能同时满足这三个特征。所以虽然应用范围比SIgfox更广泛,但并没有本质的提升,只能满足部分业务的需求。
蓝牙BLE和Mesh虽然在功耗和时延方面表现不错,但是无法广泛覆盖,只能适用于小范围的应用,比如家庭智能等。如果要大规模部署,基本不可能。
蜂窝网也是我们常用的手机网络。覆盖和时延没有大问题,可惜功耗高,达不到物联网的要求。
那么,只有拉基能满足这三个关键特征。根据LaKi的发明者千米电子团队的测试,LaKi的通信距离强于4G,最高数据速率可达1 Mbps——这个速率已经能够满足大部分应用对物联网的需求。它的模块是一秒响应的模式,假设每天上传30次几百字节的数据,500mAh的电量可以持续20年以上!功耗性能比类似工况下的NB-IoT和LoRa至少低三个数量级!LaKi有更优异的性能:由于带宽高,单信道每秒可以轻松统计2000多个终端,而LoRa根据某公司实测需要半个多小时。LaKi的量产芯片即将上市,希望能给物联网市场带来新的增长动力!


