什么是良好的物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案

　　如今有很多非常不同的物聯(lián)網(wǎng)應用，從每隔幾小時(shí)發(fā)送幾個(gè)字節的土壤傳感器，到不斷發(fā)送數兆字節數據的無(wú)人駕駛汽車(chē)等。許多應用都依賴(lài)于良好的連接性，那么問(wèn)題出現了......什么是良好的物聯(lián)網(wǎng)連接性?

　　在規劃物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，有三個(gè)主要因素可供選擇，即功耗、范圍和帶寬/數據速率。如果您的傳感器可以連接到穩定電源，那么很容易達到良好的范圍和帶寬，但在大多數應用中，情況并非如此，而且必須使用電池，因此必須進(jìn)行某種權衡。其他重要因素包括通信芯片和設備成本，當然還有可靠性?；谒羞@些因素和權衡，目前有多種連接選項可供選擇，如Wi-Fi、LoRaWAN、NB-IOT、LTE等。
 

 

　　為了便于了解這些選項，將它們進(jìn)行分組：

　　·未經(jīng)許可：WiFi、藍牙、RFID/NFC、ZigBee、Z-Wave

　　·蜂窩/許可：4G LTE、LTE Cat-M、Nb-IoT和5G

　　·LPWAN：sigfox、LoRa/LoRaWAN、Ingenu、Weightless

　　·衛星

　　·混合/組合：前四種類(lèi)型的組合

　　這五個(gè)組可以在帶寬與范圍圖表上很好地顯示，因此很容易了解并為適當的物聯(lián)網(wǎng)應用選擇合適的連接解決方案：
 

 

　　1.未經(jīng)許可

　　未經(jīng)許可的網(wǎng)絡(luò )不需要頻率調節器的許可來(lái)使用頻率。一個(gè)典型例子是任何人都可以自由使用的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )，相比之下，智能手機可以連接到許可的4G LTE基站。LTE頻率由您的運營(yíng)商許可，實(shí)際上每年的費用相當高。有人可能會(huì )問(wèn)：人們?yōu)槭裁匆獮榭梢悦赓M得到的東西付費呢?通過(guò)使用未經(jīng)許可的解決方案，您的傳輸功率會(huì )受到限制，因此無(wú)法傳輸到很遠的地方，并且通常您也會(huì )受到其他用戶(hù)的干擾，因為沒(méi)有人保護/限制其他用戶(hù)使用相同的頻率。(來(lái)源：物聯(lián)之家網(wǎng))然而，如果您不想向電信運營(yíng)商支付任何費用，那么未經(jīng)許可絕對是建立小型專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的好方法。流行的未經(jīng)許可的頻帶是433 MHz、868 MHz、915 MHz、2.4 GHz、5.4 GHz和60 GHz。

　　最流行的未經(jīng)許可的標準是Wi-Fi。在最新的AC版本中，它可以提供超過(guò)1 Gbps的速度，但其范圍通常限制在100米。此外，還為物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)了新的Wi-Fi標準：WiFi HaLow(802.11ah)和HEW(802.11ax)。

　　另一個(gè)非常流行的未經(jīng)許可網(wǎng)絡(luò )是藍牙和藍牙低功耗(BLE)，它們是物聯(lián)網(wǎng)的理想選擇，但覆蓋范圍比較小(小于30m)。但與Wi-Fi相比，BLE更省電，設置更容易，抗干擾能力也更強(在嘈雜的環(huán)境中工作更好)，但它卻具有更小的范圍和更低的容量。最新版本的藍牙，第5版帶來(lái)了許多有用的功能，比如4倍的范圍，2倍的速度，它支持網(wǎng)格，所以比以前更容易建立更大的藍牙網(wǎng)絡(luò )。

　　其他未經(jīng)許可的標準是已經(jīng)上市超過(guò)10年之久的ZigBee以及非常類(lèi)似的Thread，它們主要用于谷歌和Nest的智能家居應用。還有Z-Wave，主要是為家庭自動(dòng)化設計的標準。

　　2.蜂窩/許可

　　蜂窩許可網(wǎng)絡(luò )基于所謂的3GPP標準(第三代合作伙伴項目)，2G/GSM、3G UTMS、4G LTE以及現在的5G大部分移動(dòng)通信也都是基于該標準。如今的智能手機大多使用4G LTE網(wǎng)絡(luò )，可以提供100 Mbps以上的速率、大范圍和良好的可靠性，但另一方面，我們都知道我們每?jì)商焐踔撩刻於家獮橹悄苁謾C充電。

　　為了克服這一功耗問(wèn)題，3GPP發(fā)布了低功耗、窄帶但仍然許可的網(wǎng)絡(luò )標準。最著(zhù)名的兩種類(lèi)型是LTE CAT-M和NB-IOT。這些網(wǎng)絡(luò )提供基于SIM卡的服務(wù)，并且它們提供與4G LTE網(wǎng)絡(luò )相似的覆蓋率、安全性和服務(wù)質(zhì)量水平。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的最大優(yōu)勢之一是，當前的LTE基站可以很容易地升級到CAT-M或NB-IOT，因此可以在幾天內覆蓋整個(gè)國家，而市場(chǎng)上的其他一些新進(jìn)入者則必須花費大量時(shí)間和精力從頭開(kāi)始構建網(wǎng)絡(luò )。

　　3.LPWAN(低功耗廣域網(wǎng))

　　當今最流行的LPWAN標準之一是LoRa。LoRa使用未經(jīng)許可的<1 GHz頻率，因此可以實(shí)現良好的覆蓋和室內滲透。LORA采用擴頻技術(shù)，增強了鏈路對干擾的穩健性，并提供了良好的增益和覆蓋范圍。LoRa能夠支持長(cháng)達15公里的距離(農村/郊區，城市大多為1-2公里)和從幾百字節到50 kbps不等的帶寬。用于構建區域范圍或全國范圍網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放協(xié)議稱(chēng)為L(cháng)oRaWAN(廣域網(wǎng)WAN)。LoRa具有良好的安全級別，甚至可以在不使用GNSS的情況下用于粗略定位。

　　另一個(gè)主要的Lpwan玩家肯定是sigfox。與開(kāi)放標準的LoRa相反，sigfox是一種專(zhuān)有協(xié)議，并且是一個(gè)封閉系統，所以sigfox會(huì )在每個(gè)國家或地區指定一個(gè)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，并控制后端和連接，而物聯(lián)網(wǎng)客戶(hù)只需使用該系統并支付連接到sigfox網(wǎng)絡(luò )的費用。SigFox還使用未經(jīng)許可的<1 GHz頻率，但由于其容量甚至小于LoRa(約100 bps，每天最多140條消息)，因此SigFox設備可以具有更高的40 km覆蓋范圍和/或長(cháng)達20年的電池使用壽命。SigFox不適用于任何經(jīng)常傳輸大量數據的應用程序，并且由于它是為“上行鏈路”通信而設計的，所以不適用于必須經(jīng)常從基站向傳感器發(fā)送數據的應用程序。

　　其他LPWAN技術(shù)有Ingenu、Weightless、SymphonyLink等。

　　由于其特性，Sigfox主要用于靜態(tài)設備，并且只能上傳非常少量的數據(智能電表等)，延遲非常大。另一方面，LoRa更適合具有中等水平雙向數據的移動(dòng)設備。如果需要更高水平的服務(wù)質(zhì)量和全球覆蓋范圍，那么蜂窩網(wǎng)絡(luò )肯定是首選。

　　4.衛星

　　衛星通常使用微波頻率，覆蓋范圍最大。由于成本高，所以在沒(méi)有其他連接選擇時(shí)(比如在非常偏遠的地區，在公海上的船只或平臺上，或者當安全非常重要時(shí)，例如軍事或安全應用。)才使用這種解決方案。

　　除了成本較高之外，衛星可能還具有較差的延遲，它可能需要一個(gè)大碟形天線(xiàn)，而對于較高的頻率，它可能是不可靠的。衛星通常不能由電池供電，所以它主要是用來(lái)連接到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，而不是傳感器。

　　5.混合/組合

　　在現實(shí)世界中，物聯(lián)網(wǎng)應用通常使用混合解決方案?；旌辖鉀Q方案將由兩部分組成。第一部分稱(chēng)為訪(fǎng)問(wèn)，它包括從傳感器/設備到本地網(wǎng)關(guān)的所有內容。這里使用的通信通常是WI-FI或LoRa,但也可以是藍牙或ZigBee。

　　第二部分稱(chēng)為回程，因為它包括從網(wǎng)關(guān)到互聯(lián)網(wǎng)的部分。這里通常使用4G LTE路由器、可用的光纖、非常偏遠地區的衛星。

　　結論

　　綜上所述，現在有30多種連接類(lèi)型(標準、協(xié)議)為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )而設計，要選擇正確的連接，您應該考慮功耗、范圍、當前和未來(lái)的覆蓋范圍、所需帶寬、延遲成本和可靠性。人們必須非常小心，不要將其物聯(lián)網(wǎng)解決方案建立在“錯誤”的標準基礎上，這種標準可能會(huì )在某一天消失，因此最終的解決方案也可能會(huì )從市場(chǎng)上淘汰出局。