MQTT 是一種用于連接物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的流行協(xié)議。但它與窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）不兼容，窄帶物聯(lián)網(wǎng)是大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中越來越流行的通信標(biāo)準(zhǔn)。它在原型設(shè)計(jì)過程中工作正常，給公司一種錯(cuò)誤的印象，即MQTT是正確的協(xié)議選擇。

但是，使用 MQTT 的產(chǎn)品在現(xiàn)場時(shí)很可能會遇到性能問題或完全故障。許多制造商和系統(tǒng)集成商沒有意識到隨之而來的風(fēng)險(xiǎn)，這一事實(shí)加劇了這個(gè)問題：高費(fèi)用的支持工作、重新吸引開發(fā)團(tuán)隊(duì)的需求、將固件更新分發(fā)到設(shè)備隊(duì)列的問題以及產(chǎn)品召回。

NB-IoT是一種蜂窩技術(shù)，適用于受限（通常）電池供電的設(shè)備，屬于低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）網(wǎng)絡(luò)類別。與LTE等更傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)相比，它承諾低成本，長電池壽命和卓越的覆蓋范圍。它是資產(chǎn)跟蹤、智能計(jì)量、智能城市和其他需要很少數(shù)據(jù)（如地理位置、傳感器數(shù)據(jù)或錯(cuò)誤代碼）的連接設(shè)備的理想選擇，并且已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中使用，部署每天都在增加。

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)目前在64個(gè)國家（包括美國、中國、澳大利亞和歐洲大部分地區(qū)）運(yùn)營，全球166家運(yùn)營商正在投資擴(kuò)大這一覆蓋范圍。但是，盡管它有好處，但仍然存在一個(gè)未宣傳的潛在障礙，如果在產(chǎn)品開發(fā)早期沒有發(fā)現(xiàn)，可能會阻止10年或更長時(shí)間的穩(wěn)定產(chǎn)品生命周期。

NB-IoT的工作方式與互聯(lián)網(wǎng)的其他部分不同

NB-IoT針對用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）進(jìn)行了優(yōu)化，但大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)使用傳輸控制協(xié)議（TCP）進(jìn)行基本通信。TCP 是某些項(xiàng)目（如網(wǎng)站、文件下載和電子郵件）的不錯(cuò)選擇，因?yàn)樗ＷC數(shù)據(jù)到達(dá)，順序正確，并允許在損壞時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測和重新傳輸。

但是TCP需要設(shè)備本身更多的處理能力，導(dǎo)致更多的能源消耗，并且消耗更多的流量。如果您的設(shè)備想要發(fā)送單個(gè)字節(jié)（例如，指示燈打開或關(guān)閉，以 1 或 0 的形式發(fā)送），則開銷 TCP 元數(shù)據(jù)是另外 40 個(gè)字節(jié)。實(shí)際上，數(shù)據(jù)很少以單個(gè)字節(jié)發(fā)送，但值得注意的是，因?yàn)榉涓C數(shù)據(jù)傳輸是一種沉重的能源消耗，必須在電池供電的設(shè)備上最小化。

更糟糕的是，如果存在來自其他設(shè)備的無線電干擾，如果設(shè)備位于地下室等接收不良的區(qū)域，或者數(shù)據(jù)丟失或損壞，TCP的重傳機(jī)制就會啟動，并且消耗更多的數(shù)據(jù)。這些場景在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中很常見，這意味著設(shè)備再次發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)包，這相當(dāng)于兩倍的流量和兩倍的能量。

這些特性使TCP成為電池供電設(shè)備或受限硬件的糟糕選擇。由于NB-IoT針對受限設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，因此3GPP將其標(biāo)準(zhǔn)化為全球UDP。

在 NB-IoT 上使用 MQTT 時(shí)的陷阱

許多產(chǎn)品制造商選擇 MQTT 作為設(shè)備和云之間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，因?yàn)樗玫搅嗽铺峁┥毯臀锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用支持平臺的廣泛支持。他們也經(jīng)常選擇 MQTT，僅僅是因?yàn)樗麄冊谑褂?Wi-Fi 或 LTE 開發(fā)以前的連接產(chǎn)品時(shí)使用了它。

但MQTT依賴于TCP的糾錯(cuò)和重傳方案，并且可以很好地與Wi-Fi，LTE和以太網(wǎng)配合使用。這并不是說TCP與NB-IoT不兼容，但是當(dāng)公司嘗試該技術(shù)時(shí)（例如，在構(gòu)建原型時(shí)），它們的工作條件并不能反映設(shè)備在其部署生命周期后期會遇到的情況。

因此，如果您擁有“足夠好”的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，MQTT 和 TCP 效果很好。而且由于大多數(shù)辦公室不在地下和/或位于大城市，那里有很多無線電覆蓋，問題很少，許多公司認(rèn)為MQTT將自動用于他們的特定用途。畢竟，原型是成功的，所以他們在不知不覺中向市場發(fā)布了一個(gè)低于標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

然后，一旦部署，他們開始收到遇到問題的客戶的投訴，因?yàn)樗麄儾恢缹⒅С諲B-IoT的設(shè)備放置在接收不良的地下室的后果。

像任何技術(shù)一樣，TCP連接可能會失敗，從而導(dǎo)致重復(fù)的數(shù)據(jù)重新傳輸。這會導(dǎo)致實(shí)際業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以外的開銷浪費(fèi)流量、電池壽命縮短和用戶體驗(yàn)不佳。

對于使用TCP的項(xiàng)目來說，還有另一個(gè)定時(shí)炸彈：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)變得越擁擠，TCP連接失敗的頻率就越高。因此，即使公司針對不良的本地接收優(yōu)化其設(shè)備，性能也會隨著時(shí)間的推移而下降。

解決業(yè)務(wù)影響

起初看似良好的產(chǎn)品發(fā)布現(xiàn)在可能注定要發(fā)生災(zāi)難。高延遲會導(dǎo)致糟糕的用戶體驗(yàn)，并且根據(jù)用例的不同，可能會完全破壞項(xiàng)目。然后最終用戶理所當(dāng)然地抱怨他們的設(shè)備沒有按預(yù)期工作。

因此，必須重新組建開發(fā)團(tuán)隊(duì)，或者必須組建一個(gè)沒有系統(tǒng)先驗(yàn)知識的新團(tuán)隊(duì)進(jìn)行改進(jìn)。然后必須推出新的解決方案，這對于脫機(jī)的設(shè)備來說很棘手，因?yàn)檫@意味著客戶必須退回產(chǎn)品，或者必須派遣技術(shù)人員到設(shè)備位置執(zhí)行升級。無論如何解決，此過程都會產(chǎn)生大量的時(shí)間和金錢費(fèi)用。

這個(gè)復(fù)雜等式中的另一個(gè)小因素可能是與數(shù)據(jù)超額相關(guān)的成本，但使用的流量可能會超過合同約定的限制，并觸發(fā)運(yùn)營商的額外費(fèi)用。金額取決于合同、運(yùn)營商和設(shè)備隊(duì)列的規(guī)模，但這也不能被忽視。

但最大的代價(jià)是不滿意的客戶群。很難衡量這種情況對他們對品牌的忠誠度或印象的影響，但它可能會產(chǎn)生長期的影響。

實(shí)際針對NB-IoT優(yōu)化的協(xié)議

公平地說，上面概述的大多數(shù)要點(diǎn)適用于所有連接的設(shè)備，而不僅限于NB-IoT上的MQTT。然而，這是一個(gè)更大的問題，因?yàn)槠髽I(yè)只是沒有意識到風(fēng)險(xiǎn) - 他們只是對MQTT太舒服了，不知道他們錯(cuò)過了什么。

產(chǎn)品制造商和系統(tǒng)集成商應(yīng)選擇UDP友好的協(xié)議，例如CoAP或輕量級M2M（LwM2M）。這些協(xié)議針對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，并將TCP的大部分優(yōu)勢帶到UDP。這些協(xié)議都支持?jǐn)?shù)據(jù)重傳、錯(cuò)誤檢測和階次保證。此外，LwM2M 在構(gòu)建連接產(chǎn)品（尤其是受限設(shè)備）方面提供了比 MQTT 更廣泛的功能。

通過設(shè)計(jì)這些NB-IoT友好協(xié)議，公司和工程團(tuán)隊(duì)可以開始進(jìn)行廣泛的測試，以檢查設(shè)備在現(xiàn)場各種情況下的運(yùn)行方式。此測試必須涵蓋許多環(huán)境，并且計(jì)劃在每個(gè)國家/地區(qū)推出，但無論如何，這可能是調(diào)試基于 NB-IoT 問題的 MQTT 的時(shí)間和資源。

審核編輯：郭婷