電子工程、半導體、資通訊產業為了盡快讓物聯網時代到來,已對現有多種主流技術作了許多調整設定,筆者觀察檢視了這些改變后,大體可以用“減肥、輕量化Light Weight”等字詞來形容。
在6LoWPAN之后有人提出uIP的微型化IP協定,以及lwIP的輕量化IP協定,同樣是著眼于嵌入式系統需求...
例如ZigBee打從2004年就開始發展,但原有傳輸設計一次最多只能傳遞128Bytes的封包資料,如此無法支援IPv6協定,而IPv6幾乎是物聯網的必備,因為IPv4幾乎用盡,要讓東西(Thing)可以上網,肯定要更多的IP。
針對此,業界提出6LoWPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks),將原有的IPv6協定進行減肥,把一些比較細膩的表達資訊舍棄,把一些重復表達的資訊舍棄,終于能擠入128Bytes的現有傳輸模式中,進行傳遞。
在6LoWPAN之后有人提出uIP的微型化IP協定(主要為Cisco與Atmel所提),以及lwIP的輕量化IP協定,同樣是著眼于嵌入式系統需求,而后因物聯網觀念興起而更被看重,如近期知名的ESP8266晶片即宣布支援lwIP。
類似的,LTE過往總追求高資料傳輸率,不斷推出更快速的終端裝置類別(Category),從Category 1一路到Category 15,但為了因應物聯網,開始訂立退化性標準的Category 0,速率從10.3Mbps~3,916.6Mbps降至1Mbps,后續更將降至200kbps。
協定方面還有更多的輕量化工作,例如業界提出CoAP(Constrained Application Protocol)協定,也是一種輕量化的作法,其傳輸上采行UDP(User Datagram Protocol)協定,而非TCP(Transmission Control Protocol)協定,此也有助于減少資料傳輸量,雖然這些輕量化也帶來一些犧牲,例如UDP協定不似TCP具備連線狀態,但對于不是很嚴謹的應用,這些犧牲尚能接受。
往CoAP的更上層,是應用資料的傳遞,此方面一樣有輕量化的工程,過往是以XML(eXtensible Markup Language)格式來傳遞各種不同欄位、屬性的資料,但XML格式使封包量大增,1MB原生實質資料,改以XML格式表達后,可能增至4~10MB資料量。
因此,業界提出JSON(JavaScript Object Notation)格式,以便在某些應用場合取代XML,有效減少傳輸量,目前許多新的物聯網技術也積極支援JSON格式,如Google提出的Weave協定也支援JSON格式,MediaTek的云端物聯網服務MCS(MediaTek Cloud Services)也支援JSON。
另外,為了管理物聯網的裝置,OMA(Open Mobile Alliance)提出其M2M的裝置管理協定,稱為OMA Lightweight M2M,從協定名稱也已看到“Lightweight,輕量”字樣,簡稱LWM2M。
再者,由IBM內部研究提出的MQTT(MQ Telemetry Transport)協定,也因為輕量特性而在近年來受到重視,很多云端大廠多開始支援MQTT,例如Facebook的傳訊功能Facebook Messenger即采行MQTT,或2015年10月Amazon的AWS (Amazon Web Services)也支援MQTT。
由此可知,物聯網協定不單只有產業聯盟的相互較勁,如AllSeen、OIC、Apple HomeKit、ECHONET Lite(由名稱也可看出已進行輕量化)、Google Weave等的叫戰之外,還需要對現行協定進行簡化,而越是輕量則越有潛在普及機會,因為再初階入門規格的硬體也能采行。
幸運的是,這些輕量化的標準,是針對各環節進行輕量化,相互之間的沖突性不高,或即便是屬于同一類型、同一取向的協定,至目前為止也沒有高度的敵對競爭態勢。
即便克服了運算負荷、傳輸負荷問題,挑戰也還沒結束,現行傳輸站能否負荷,也是個問題,所謂傳輸站包含LTE基地臺、家用Wi-Fi路由器等,Google為此提出高價、高規格的OnHub路由器,宣稱同時間可服務128個裝置的連線。
而LTE后續的5G,也明訂每平方公尺的覆蓋范圍內都能支援服務,也就是每平方公里要能支援100萬個裝置節點連線傳輸,這將成為下一個重要挑戰。