从摩拜单车看懂不同物联网制式【王峰专栏-38】
【摘要】如何非常好的理清不同物联网制式的原理、制式特征以及应用场景？
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相比蜂窝网络，物联网的制式复杂而且不断变化，如何非常好的理清不同物联网制式的原理、制式特征以及应用场景，本文试图通过讲述智能车锁的应用进化，进行说明。
首先，我们看看物联网应用的主要业务是什么。LPWA业务的主要特征包括低功耗、低成本、低吞吐率、要求广（深）覆盖且所涉终端数量巨大，其典型应用包含抄表、环境监控、物流、资产追踪等，是全球各运营商争夺连接的主要市场。
那么，承载LPWA类业务的物联网通信技术包括哪些呢。LPWA承载技术包括：基于2/3/4G的物联网技术，如GSM、GPRS、LTE；基于LTE优化的物联网技术，包含针对成本进行了优化的LTE Cat 1、针对成本与功耗进行了优化的LTE Cat 0及eMTC技术；基于全新空口设计的物联网技术，如NB-IOT；基于非蜂窝承载的技术，如LoRa、Sigfox等。
最后，我们看看如何针对智能单车的智能锁，来区分下几种网络制式之间的区别。
第一代摩拜共享单车，车锁内置的是GSM 模块，用户手机扫描车体二维码，大约10秒左右，电机带动和锁鞘“啪”的一声，解锁成功。
GSM 模块的原理是采用短信解锁，智能车锁与插了SIM卡的功能手机类似，10秒左右的解锁时间也正是短信投递的时间。
短信解锁的方式有其优势，开锁比较稳定，开锁不需要通过GPRS/3G流量。
但同时，短信解锁的方式也有很大的劣势，比如锁需要始终与网络保持长连接的，就是说这个“手机”始终是开机的状态，时刻要接收信号，而目前GSM终端待机时长（不含业务）仅20天左右，这之间的耗电就需要通过其他方式转化为电能为其充电。
接下来共享单车的开锁速度有了明显提升，这主要是采用了由服务器通过GPRS/3G流量开锁的方式。
GPRS开锁的好处是等待时间明显剪短，从短信开锁的10秒左右，变成了3秒内开锁，提升了用户体验。而且随着网络流量价格的降低，在频繁使用过程中要比短信更便宜，获取的信息量也更大。
GPRS开锁的劣势是，GPRS信号覆盖并不是全方位的，一旦有了遮挡或者阻碍物，就会产生信号黑点，而且相比其他网络制式，GPRS网络的死角还相当多。
如果采用3G或者4G模块的话，解决了信号覆盖的问题，但是4G通信模块成本过高，一般需要200元人民币以上。随着物联网的兴起，虽然国内已经有多家蜂窝通信模块厂商，但现有蜂窝通信技术的高功耗、高成本的硬伤，还是不如其他制式更有优势。
蓝牙开锁的原理是通过业务层校验，手机下载指令加密包，再将包发送到蓝牙，从而完成解锁的。是让手机跟车锁直接交互的一种短距连接方式。
单纯的蓝牙解锁有大量的弊端，首先各家手机商（这里主要指安卓手机）蓝牙的芯片版本兼容太差，华为能开的话，魅族和小米不一定，何况市场上数十种安卓手机，同样是华为的在不同的版本都有兼容问题，目前的主要原因是因为采购的蓝牙芯片差异太大。
拿小蓝小鸣单车为例，除了IOS系统外，失败率高达80%，而且蓝牙的故障率相对较高。
蓝牙解锁的优点是，可以通过蓝牙辅助流量开锁。服务器只需用流量连接用户手机，再由手机蓝牙发送开锁指令到智能锁。这样一来，开锁功耗大大降低，也不需要依赖锁中模块的信号强度，提高稳定性。4G手机的流量速度也保证了开锁时间，开锁不稳定、开锁时间慢、耗电等所有问题都可以得以解决。
当然蓝牙解锁的很大问题是，用户需要手动打开蓝牙，并能够准确定位对应的车辆才行。
5月23日，国内开启首个 eMTC/NB-IoT/GSM（LTE Cat M1/NB1和E-GPRS）多模外场测试，摩拜单车参与了多模LTE IoT外场测试。
eMTC/NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。
我们先看一下其与上述几种物联网制式相比，显著的优势。
一是低功耗，软件方面可以通过物理层优化、新的节电特性、高层协议优化及操作系统优化实现；硬件实现低功耗可通过提升集成度、器件性能优化、架构优化等几种方式。最终的效果是，终端电池寿命理论状态将可以达到10 年。
二是低成本，相较于3G模组20美金成本，多模LTE IoT模组通过规模商用将使成本减半。目前NB-IoT芯片在—百万左右量产级别上，价格为5美元/个，在千万到亿量产级别上价格可以下降至1美元/个。同时，运营商模组补贴的政策也将大大降低产品价格，芯片和模组的成本在短期内会降低，从而替代传统的GSM、GPRS通讯模组场景，加速应用的落地。
三是广深覆盖，NB-IoT 覆盖半径约是GSM/LTE 的4 倍，eMTC覆盖半径约是GSM/LTE 的3 倍。
四是海量终端连接，eMTC/NB-IoT经过优化，基本可以达到5 万连接数/ 小区。
当然，摩拜单车选择eMTC/NB-IoT制式组网，也有显著的劣势。最直接的表述，就是小马拉大车。
NB-IoT更多适用于抄表等业务。在共享单车上部署NB-IoT有些挑战，基站的切换与耗电并没有比2G好很多，也并不优于eMTC。其NB-IoT对数据速率支持较差，移动性弱，在实测环境中，无法满足超过30km/小时的速度。对于共享汽车，甚至快递业使用，都可能会产生制约。
考虑网络的延时性、基站切换、功耗等因素，共享单车更适合于eMTC应用，但共享单车没有对大带宽的需求。从带宽供需角度看，共享单车并不需要1Mbps速率，eMTC看上去似乎也不太适合共享单车的应用。
因此，联合组网也许是个不错的方式，未来有更多的应用场景，也将使用到NB-IoT与eMTC互补，甚至需要短距连接互补的方式。综上所述，通过NB-IoT与eMTC互补+2G与eSIM结合，才能满足摩拜的多场景应用需求。
通过摩拜单车智能车锁的故事我们看到，未来组网方式并不是非此即彼的选择，同时不同垂直行业，不同应用场景下，对网络制式的选择还有很长的路需要摸索。随着产业的发展，并没有所谓完美的解决方案出现，适用于2G/NB-IoT/eMTC多种连接技术的多模蜂窝物联网模块，也许会成为短期内行业主流。
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