電子發燒友App
如果聯網（將數據傳輸到云端）是嵌入式IoT設備的基本功能，那么選擇一種具有彈性和成本效益的網絡技術至關重要。LPWAN技術有很多選擇，但往往沒有一種聯網方式適合所有人。Amazon Sidewalk等專為本地社區而建的專用網絡，與既有的蜂窩標準相比又如何呢？
將數據連接到云端已成為IoT存在的理由。在此前提下，嵌入式IoT設備開發者必須回答兩個問題：哪些無線網絡與你的設備兼容？你的設備每次向云端發送數據的成本是多少？
在智能手機中，蜂窩網總是隨叫隨到，用于數據傳輸。在室內使用的消費類IoT小工具可以依靠家中的Wi-Fi向云端發送數據。
但是，當寵物追蹤器、街道攝像頭、太陽能電池板控制器、泄漏傳感器或其他戶外設備需要將數據傳輸到云端時，應該找誰？哪些網絡是最佳選擇？
傳統上，將此類低帶寬、低功耗設備連接到互聯網的方法采用LPWAN（Low-power wide area network）技術。全球聯網的最佳LPWAN選擇是NB-IoT和LTE-M，它們是專為IoT設備設計的蜂窩網絡標準。
NB-IoT是LPWAN的4G/5G蜂窩版本。LTE-M將網絡和許可頻譜擴展到機器。蜂窩技術為跟蹤、移動和定位提供了成熟的基礎設施。然而，蜂窩運營商要求的付費訂閱模式阻礙了蜂窩IoT的應用。嵌入式設備開發者不知道誰會為蜂窩網埋單。是用戶、制造商還是服務供應商？
這種兩難處境至今仍未解決。
Amazon Sidewalk于2019年宣布推出低帶寬“社區”網絡，這讓問題變得更加復雜。它使用的是小區里已安裝的Amazon IoT設備（包括Echo和Ring）的一小部分網絡帶寬。
現在，Amazon已將Sidewalk作為聯網小工具的平臺開放。Nordic、Silicon Labs和TI等IoT芯片供應商已經簽約加入。Silicon Labs上月發布了新的Amazon Sidewalk SoC和開發工具。
Amazon Sidewalk的神奇之處在于，它允許IoT設備免費搭載鄰居的帶寬向云端發送數據。
能夠“免費”使用數據網絡，對消費者和嵌入式系統供應商來說都是一種福利。
對AWS來說，這是一個更大的勝利，因為Sidewalk可以幫助許多嵌入式IoT設備直接向Amazon的核心業務AWS發送數據。
Sidewalk提供了一個介于智能家居和智能城市之間的專用數據網絡，使許多遵循Amazon Sidewalk安全性和兼容性規則的非Amazon IoT設備可以共享數據。
說白了，其他LPWAN技術也有很多選擇。它們包括Wi-SUN（完全開放、全球可用的網狀拓撲結構）、LoRa（一種專有的ISM波段LPWAN技術，提供長距星形拓撲結構）、Wirepas（一種用于企業IoT的非蜂窩5G連接技術，使用1.9GHz的專用頻譜）和Mioty（類似于Lora，一種基于聯盟的解決方案，用于地下等惡劣環境中的連接）。
在本文中，我們將重點討論Amazon Sidewalk和蜂窩IoT網絡，它們是對立的，免費網絡與訂閱網絡、專用網絡與公共網絡。
Amazon Sidewalk
Amazon Sidewalk采用的無線傳輸技術包括：用于短距和高能效的BLE（Bluetooth Low Energy）、用于長距低功耗通信的LoRa，以及與傳統家用電器（如車庫門開關）兼容的900MHz移頻鍵控（Frequency-shift keying）。Amazon Sidewalk將所有這三種物理層無線網絡協議合并為一個應用層，稱為“Sidewalk應用層”。
Sidewalk專注于本地。目前，其使用范圍僅限于美國。
據Amazon稱，Sidewalk“覆蓋了美國90%以上的人口”。不過，網絡覆蓋范圍的增長速度如何還不得而知。Amazon發言人拒絕對“未來計劃”發表評論，只說：“我們因開發者社區對該網絡的濃厚興趣而深受鼓舞。”
建立新網絡
Sidewalk網絡的擴展與Amazon Sidewalk設備的激增有直接關系。
客戶可使用兩種設備訪問Sidewalk，Sidewalk Bridge和支持Sidewalk的設備。Sidewalk Bridge（包括Amazon精選的Echo和Ring設備）可提供與Sidewalk網絡的連接。使用Sidewalk Bridge的客戶可貢獻少量網絡帶寬。這些帶寬匯集在一起，就形成了一個共享網絡。而支持Sidewalk的設備則連接到Sidewalk Bridge來訪問網絡。
為了擴展Sidewalk網絡，Amazon需要更多的Sidewalk Bridge作為網關。Amazon解釋說：“當 Sidewalk Bridge接收到終端設備的信號時，它會將從Sidewalk終端接收到的信息路由到云端，云端再將信息路由到所需的目的地。”
潛在的挑戰在于這些支持Sidewalk的設備必須經過Amazon的認證。盡管Amazon今年早些時候向開發者開放了Sidewalk，但Sidewalk并非對所有人都免費。只有Amazon授權使用Sidewalk低帶寬連接的設備才能連接到Amazon Sidewalk。Amazon強調說：“開發者參與一項資格認證計劃，以確保開發者的設計符合Sidewalk協議的兼容性要求。”
Nordic、Silicon Labs和TI都有“現成的芯片”。Amazon表示，這些芯片合作伙伴“幫助分發SDK，將Sidewalk技術作為其平臺的一部分”。SDK使開發者能夠構建與現有芯片合作伙伴工具包集成的Sidewalk應用。
Silicon Labs的CTO Daniel Cooley解釋說，Amazon希望在其Sidewalk網絡中只允許使用他們想要的設備。Cooley聲稱Silicon Labs已經準備好了“市場上最安全的IoT無線芯片”，并補充說：“這么說吧，Amazon Sidewalk不希望它馬上就被黑客攻擊。”他解釋說：“作為一種潛在的情況，網絡上的一個壞設備可能會影響附近所有其他設備的服務質量。”
Amazon聲稱，通過Sidewalk，它可以保護客戶的隱私和安全。關于隱私，Amazon解釋說，Sidewalk Bridge設備所有者不會收到其他Sidewalk設備的信息。Sidewalk使用單向散列密鑰、加密算法和旋轉設備ID來最大限度地減少與客戶相關的數據。Sidewalk無法看到通過網絡發送的內容。
Amazon表示，Sidewalk有多個加密層來確保數據安全。Amazon補充說，這也適用于使用Sidewalk的第三方應用。
Sidewalk的基礎架構旨在允許第三方發布將設備與其目標應用連接起來的唯一身份，以防止未經授權的訪問。Amazon強調說：“如果第三方未能履行Sidewalk的安全義務，我們的公鑰基礎架構和訪問管理控制將提供撤銷特定設備或整個產品線的能力，直到安全問題得到解決。”
蜂窩IoT
蜂窩IoT是網聯的另一端。
Altair Semiconductor（現Sony旗下公司）產品管理SVP Dima Feldman解釋說，在專業工業IoT領域，重要的是要“提供極高的確定性”并“保證一定的服務質量”，以連接眾多可持續使用10年的嵌入式設備（如智能電表）。
Feldman說：“使用蜂窩網絡是最自然的方式，因為這些網絡已經部署完畢。有人已經支付了基礎設施費用。我們可以利用這個部署非常完善的蜂窩網絡來提供IoT服務，這些服務將從這個網絡中消耗少量數據。”
Feldman補充說，蜂窩IoT在連接嵌入式設備（甚至是室內設備）方面將被證明是有效的，即使是在別人的場所。當IoT設備從一家公司的園區移動到另一家公司的園區時，這些設備可以依靠蜂窩網絡發送數據，而無需申請加入不同的Wi-Fi網絡。
Feldman強調說，蜂窩IoT是室外通信最自然的方式，可用于智能停車場、計量和照明、資產跟蹤設備、車隊跟蹤等。
Feldman指出，IoT的聯網價格已經下降。他指出，與每月數十美元的智能手機服務相比，低帶寬嵌入式IoT設備的蜂窩網成本“每月不到10美分”。
他強調說，盡管并非完全免費，但價格“正在推動蜂窩IoT向前發展”。
多變的蜂窩IoT標準
對Feldman來說，聯網成本是最容易解決的問題。蜂窩IoT的難點在于理清其全球標準，了解哪些地區的哪些運營商正在部署哪些解決方案。
Cat-M（又稱LTE-M）在西方占據主導地位，而NB-IoT則主要由華為和中國供應商推動。
Feldman解釋說，盡管LTE-M和NB-IoT之間存在差異，但移動行業還是做出了妥協，將兩者都作為蜂窩IoT的標準。事后看來，這可能阻礙了人們對蜂窩IoT的接受。
LTE-M使用1.4MHz的窄帶寬，而普通LTE為20MHz。其結果是傳輸距離更遠，但吞吐量卻更小。LTE-M具有漫游能力，適合在多個地區運行的應用。
NB-IoT是一種不使用傳統LTE物理層的窄帶技術標準。它設計用于在LTE頻段內或周圍運行，并與其他LTE設備共存。它的帶寬為200kHz，與LTE-M和普通LTE相比，其傳輸距離更遠，吞吐量更低。
除了LTE-M和NB-IoT外，IoT市場正在部署另一種名為Cat-1 bis的蜂窩IoT標準，這讓問題變得更加復雜。
LTE Cat-1 bis是LTE Cat-1的衍生品，LTE Cat-1是多年前制定的標準，但尚未投入商用。據報道，Cat-1 bis使用單根天線（而Cat-1使用兩根天線），因此能夠開發出成本更低的芯片組和模塊設計。Cat-1 bis可連接全球任何LTE網絡。
Cat-1 bis芯片組市場由中國企業主導，并與即將被Renesas收購的法國公司Sequans Communications結盟。據報道，Qualcomm也將加入Cat-1 bis市場。
并非所有人都認為Cat-1 bis是蜂窩IoT的長期解決方案，因為5G eRedCap（enhanced Reduced）的出現有望取代基于4G LTE Cat-1和Cat-1 bis的應用。Feldman說，Sony已決定不采用Cat-1 bis，因為保證設備15-20年的使用壽命是IoT的基本要求。
評判標準尚未確定。拋開付費訂閱問題不談，在蜂窩IoT標準的迷宮中穿行仍然充滿挑戰。
沒人會把IoT應用硬塞進特定的LPWAN技術中。IoT網絡運營商需要找出一種方案，將多種聯網技術融合在一起，使Iot設備能夠輕松地將數據發送到云端，而不是選擇單一的贏家。
審核編輯：劉清
工商網監
評論