對(duì)于IoT網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)互連是最令人沮喪方面之一，在傳感器互相通信的周圍存在很多競(jìng)爭(zhēng)性的標(biāo)準(zhǔn)，它們大部分都是不兼容的。從邊緣到互聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)主要有兩種方式：無(wú)線運(yùn)行商和低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWANs），無(wú)疑它們存在著激烈的競(jìng)爭(zhēng)。LPWAN提供商使用的標(biāo)準(zhǔn)不止一個(gè)，有一些還是專屬標(biāo)準(zhǔn)，而蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展路線則是集中簡(jiǎn)單化并且提高當(dāng)前以長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）標(biāo)準(zhǔn)為核心的產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。因此雖然在這個(gè)長(zhǎng)期的市場(chǎng)中只有兩個(gè)基本的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但是對(duì)于每個(gè)競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)友有應(yīng)該有基本的了解，包括它們各自的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)以及各種具體應(yīng)用的適用性等。

為什么如此關(guān)注互連性？

為什么所有的關(guān)注都集中在連接性上？這取決于價(jià)錢：無(wú)線運(yùn)營(yíng)商和LPWAN提供商會(huì)對(duì)每一個(gè)連接的設(shè)備收取一定的費(fèi)用，而且物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的數(shù)量正在迅速的增加。對(duì)于全球無(wú)線運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)經(jīng)歷了超過(guò)30年的時(shí)間才達(dá)到目前23億的用戶，但是在物聯(lián)網(wǎng)興起的最近幾年，已經(jīng)有超過(guò)84的IoT終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)了連接，到2020年這個(gè)數(shù)字至少會(huì)達(dá)到200億。盡管并不是所有的IoT設(shè)備都會(huì)接入互聯(lián)網(wǎng)，但是“僅僅”其中的100億就會(huì)為服務(wù)提供商創(chuàng)造巨大的年收入。不用說(shuō)這是一個(gè)巨大的機(jī)遇，然而不同的IoT應(yīng)用之間存在著非常廣泛的差異，目前基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)和LPWAN的解決方案是不同的，因此沒(méi)有哪一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足所有的應(yīng)用需求。

為了說(shuō)明這些差異，如下圖（圖1）所示的智能電表，一個(gè)城市中有10萬(wàn)個(gè)家庭、商業(yè)和其他用水部分都要使用這種電表并接入到互聯(lián)網(wǎng)，這與在一個(gè)工廠中向250臺(tái)機(jī)器發(fā)送數(shù)據(jù)有著很大的不同，在一個(gè)巨大的農(nóng)場(chǎng)內(nèi)許多類型的傳感器分布在數(shù)英里范圍內(nèi)的土地上，而不是某個(gè)建筑，自動(dòng)駕駛汽車的出現(xiàn)必然會(huì)創(chuàng)造出獨(dú)特的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展環(huán)境，這個(gè)環(huán)境會(huì)非常復(fù)雜，需要車輛與固定的基礎(chǔ)設(shè)施之間建立連接。

圖1：在美國(guó)已經(jīng)有接近7千萬(wàn)的智能電表，每個(gè)都會(huì)通過(guò)LPWAN進(jìn)行周期性的更新，當(dāng)然不久也會(huì)使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)

然而無(wú)論是無(wú)線運(yùn)營(yíng)商還是LPWAN提供商提供的何種應(yīng)用、服務(wù)都有一個(gè)共同的目標(biāo)就是能夠在主機(jī)設(shè)備上安裝微型傳感器，比如閥門、電機(jī)和泵等，采用紐扣電池來(lái)供電并且在數(shù)年內(nèi)能夠周期性的與外部設(shè)備進(jìn)行通信，盡管這兩種類型的服務(wù)提供商采用不同的方式來(lái)攻擊這個(gè)問(wèn)題，但是它們都使用各種技術(shù)來(lái)搭建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，舉個(gè)例子，它們限制了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮『烷g隔周期，以及傳感器必須進(jìn)行通信的次數(shù)，而且它們也會(huì)采用非常低的數(shù)據(jù)傳輸速率，這樣就只需要非常窄的帶寬。

此外無(wú)線傳感器發(fā)送的低功率信號(hào)非常的微弱，檢測(cè)它們的基站接收器必須非常的敏感，基站本身也會(huì)使用一些技術(shù)，比如MIMO（多輸入多輸出技術(shù)），如圖2所示，某些情況下也需要使用高度定向天線來(lái)確保持續(xù)的連接性。

圖2：雖然多路徑傳播是非常不受歡迎的，但是MIMO技術(shù)卻采用它

通過(guò)在傳輸路徑兩端使用多個(gè)發(fā)送和接收天線，從而可以大大提高網(wǎng)絡(luò)容量，同時(shí)也會(huì)降低誤碼率并且優(yōu)化吞吐量。

最后很多小型基站（或者成為小單元）將需要縮短信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，這樣會(huì)降低延遲，幾乎可以達(dá)到IoT應(yīng)用瞬時(shí)響應(yīng)的水平。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)和LPWANs比較

蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在美國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)擁有了幾乎無(wú)處不在的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋，數(shù)十萬(wàn)個(gè)大型基站和三倍數(shù)量的小型基站單元長(zhǎng)期提供服務(wù)。在大多數(shù)情況下，更新這種基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通信需求只需要進(jìn)行軟件升級(jí)就可以了，而不是像RF和微波收發(fā)器那樣需要大量的硬件投資。此外，盡管之前IoT被廣泛認(rèn)為是下一個(gè)重大事件，其實(shí)無(wú)線運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)使用以前的第二代技術(shù)(2G)為無(wú)線傳感器提供通信連接。

該行業(yè)多年來(lái)也一直在努力適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)。第三代合作項(xiàng)目(3GPP)負(fù)責(zé)管理開發(fā)和發(fā)布無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，其中包括了在最新標(biāo)準(zhǔn)中為IoT提供的大量規(guī)范，該標(biāo)準(zhǔn)在2016年6月最后定稿。在第五代細(xì)胞的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將于2019年發(fā)布的時(shí)候，這些功能將繼續(xù)增強(qiáng)。到那時(shí)，無(wú)線運(yùn)營(yíng)商將在物聯(lián)網(wǎng)連接方面打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

相比之下，LPWAN提供商則沒(méi)有這樣的優(yōu)勢(shì)。它們是無(wú)線通信領(lǐng)域新興的一股力量，所以必須從頭開始構(gòu)建每個(gè)覆蓋范圍和每一個(gè)系統(tǒng)。而且留給它們?cè)陉P(guān)鍵地區(qū)(典型的城市)部署這些網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間也是非常有限的，因?yàn)榉涓C網(wǎng)絡(luò)行業(yè)正在迅速推出以IoT為中心的數(shù)據(jù)計(jì)劃。幸運(yùn)的是，與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，LPWAN系統(tǒng)的構(gòu)建和部署成本更低，并不總是需要擴(kuò)展空間，而且使用更少的基站就可以覆蓋更廣闊地理區(qū)域。

現(xiàn)在的問(wèn)題是，LPWAN供應(yīng)商能否在由蜂窩網(wǎng)絡(luò)所主宰的環(huán)境中搏得生存機(jī)會(huì)。大多數(shù)分析人士相信這是沒(méi)問(wèn)題的，因?yàn)樗麄兲峁╊愃朴诜涓C網(wǎng)絡(luò)的一些功能，比如電信級(jí)安全和其他強(qiáng)制性的功能特性，對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)成本會(huì)更具有競(jìng)爭(zhēng)性。分析師還建議說(shuō)至少一半的IoT案例將會(huì)使用LPWAN服務(wù)。因此，這是一個(gè)相對(duì)安全的押注，盡管蜂窩網(wǎng)絡(luò)在提供IoT連接方面占據(jù)著主導(dǎo)地位，但是對(duì)于LPWAN提供商仍有一席之地，在某些單一的市場(chǎng)可能會(huì)掀起價(jià)格戰(zhàn)。