NB-IOT物联网，网络传输变化很大！反向控制、心跳包、功耗分析

黎峰吖

正反两个传输方向

物联网中，我们会有“正向”和“反向”两个数据传输方向。

正向：终端设备发送数据给服务器，也叫上行。例如一个温度传感器向服务器上报温度数据。

反向：服务器给终端设备发控制命令，也叫下行。例如通过服务器给智能窗帘下发“关窗帘”的指令。

终端能找到服务器，但服务器找不到终端

不管是互联网还是物联网，都面临这个问题。

终端能通过IP地址、域名等方式找到服务器。但是终端自己没有域名，也没有独立不变的IP地址，服务器不能主动找到终端。

服务器要找到终端，就需要“长连接”

要想随时随地被服务器找到，就需要建立一个通道（长连接）。不管是Socket还是MQTT，都会建立这个长连接。例如微信、QQ这样的即时通信，以及摩拜单车的开锁等。

如果没有这个长连接，就不会收到微信推送的消息，单车也做不到立刻开锁。

要维持长连接，就需要“心跳包”

终端设备和服务器之间的这个“长连接”，实际上是个虚拟的连接，中间经过了无数道网络节点，每个节点都可能把这个长连接断掉。

因此终端设备需要定期给服务器发送一个心跳包，告诉服务器“我还活着、我在这里，不要把我踢掉！”。一般是几分钟一次。

但是，心跳包很耗电

对于手机，几分钟发一个心跳包，耗电不算大，还能接受。（iPhone只维持一个系统级长连接，而Android每个APP有自己的长连接，所以Android比iPhone更费电一些）

但对于电池供电的物联网设备，这个心跳包就非常耗电了。首先，不能断开和基站之间的信号连接，信号一断，连接就断了。其次，每次发送心跳包，至少要几秒钟的时间，需要大功率发射信号。

拿摩拜单车举例，虽然内置了超过5000mAh的锂电池，但是依然需要充电。第一代摩拜单车骑起来那么费劲，主要就是要通过骑行给电池充电。后面的单车，也免不了一块太阳能充电板来充电。

电池供电的物联网终端，如何省电？

想要省电，必须要把通信模块完全关闭掉，只维持RTC运行。此时是没有连接到网络上的。

终端设备定期唤醒一次，连上服务器，上报消息，接收指令，然后再关闭，继续休眠。

服务器无法随时随地找到终端，只有等终端唤醒之后才能联系上。

OFO的单车和远程抄水表终端，都是这样的方式。所以一节电池能用几年。

为什么手机不需要心跳包也能接电话？

2G网络下，手机的在网待机电流约2mA，挺大的。这是因为手机和基站之间本身就有“心跳包”，用来让基站随时找到手机。因此不需要TCP/IP的心跳包，也能够随时接收到电话，和短信。

NB-IOT的心跳包机制

NB-IOT和2G一样，基站都可以随时找到物联网终端。以现在国内最成熟的中国电信的NB-IOT系统为例，没有使用HTTP和MQTT传输数据，而是采用了最轻量化的CoAP传输协议。传一次就结束，不维持传统的TCP/IP长连接，也不需要额外的心跳包。采用了NB-IOT网络自己的长连接机制（DRX模式），使基站能够随时向终端发数据。

（NB基站已经做好了心跳包）

PSM极致省电模式

NB-IOT还有一个PSM模式，能过做到“1节电池用10年”，就是采用的OFO单车锁和远程抄表那样，定时唤醒系统的模式。此时基站也不能随时找到终端设备。

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