如何為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用選擇合適的連接解決方案

如今有很多非常不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，從每隔幾小時發(fā)送幾個字節(jié)的土壤傳感器，到不斷發(fā)送數(shù)兆字節(jié)數(shù)據(jù)的無人駕駛汽車等。許多應(yīng)用都依賴于良好的連接性，那么問題出現(xiàn)了。什么是良好的物聯(lián)網(wǎng)連接性？

在規(guī)劃物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時，有三個主要因素可供選擇，即功耗、范圍和帶寬/數(shù)據(jù)速率。如果您的傳感器可以連接到穩(wěn)定電源，那么很容易達(dá)到良好的范圍和帶寬，但在大多數(shù)應(yīng)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(quán)衡。其他重要因素包括通信芯片和設(shè)備成本，當(dāng)然還有可靠性?；谒羞@些因素和權(quán)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：

1、未經(jīng)許可：WiFi、藍(lán)牙、RFID/NFC、ZigBee、Z-Wave

2、蜂窩/許可：4G LTE、LTE Cat-M、Nb-IoT和5G

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

4、衛(wèi)星

5、混合/組合：前四種類型的組合

這五個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(dāng)?shù)奈锫?lián)網(wǎng)應(yīng)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(diào)節(jié)器的許可來使用頻率。一個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(jī)可以連接到許可的4G LTE基站。LTE頻率由您的運(yùn)營商許可，實(shí)際上每年的費(fèi)用相當(dāng)高。有人可能會問：人們?yōu)槭裁匆獮榭梢悦赓M(fèi)得到的東西付費(fèi)呢？通過使用未經(jīng)許可的解決方案，您的傳輸功率會受到限制，因此無法傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，并且通常您也會受到其他用戶的干擾，因?yàn)闆]有人保護(hù)/限制其他用戶使用相同的頻率。（來源：物聯(lián)之家網(wǎng)）然而，如果您不想向電信運(yùn)營商支付任何費(fèi)用，那么未經(jīng)許可絕對是建立小型專用網(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(biāo)準(zhǔn)是Wi-Fi。在最新的AC版本中，它可以提供超過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)開發(fā)了新的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)：WiFi HaLow（802.11ah）和HEW（802.11ax）。

另一個非常流行的未經(jīng)許可網(wǎng)絡(luò)是藍(lán)牙和藍(lán)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(shè)置更容易，抗干擾能力也更強(qiáng)（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(lán)牙，第5版帶來了許多有用的功能，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(lán)牙網(wǎng)絡(luò)。

其他未經(jīng)許可的標(biāo)準(zhǔn)是已經(jīng)上市超過10年之久的ZigBee以及非常類似的Thread，它們主要用于谷歌和Nest的智能家居應(yīng)用。還有Z-Wave，主要是為家庭自動化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。

2、蜂窩/許可

蜂窩許可網(wǎng)絡(luò)基于所謂的3GPP標(biāo)準(zhǔn)（第三代合作伙伴項目），2G/GSM、3G UTMS、4G LTE以及現(xiàn)在的5G大部分移動通信也都是基于該標(biāo)準(zhǔn)。如今的智能手機(jī)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，我們都知道我們每兩天甚至每天都要為智能手機(jī)充電。

為了克服這一功耗問題，3GPP發(fā)布了低功耗、窄帶但仍然許可的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。最著名的兩種類型是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(dāng)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(nèi)覆蓋整個國家，而市場上的其他一些新進(jìn)入者則必須花費(fèi)大量時間和精力從頭開始構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。

3、LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）

當(dāng)今最流行的LPWAN標(biāo)準(zhǔn)之一是LoRa。LoRa使用未經(jīng)許可的《1 GHz頻率，因此可以實(shí)現(xiàn)良好的覆蓋和室內(nèi)滲透。LORA采用擴(kuò)頻技術(shù)，增強(qiáng)了鏈路對干擾的穩(wěn)健性，并提供了良好的增益和覆蓋范圍。（來源：iothome）LoRa能夠支持長達(dá)15公里的距離（農(nóng)村/郊區(qū)，城市大多為1-2公里）和從幾百字節(jié)到50 kbps不等的帶寬。用于構(gòu)建區(qū)域范圍或全國范圍網(wǎng)絡(luò)的開放協(xié)議稱為LoRaWAN（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。

另一個主要的Lpwan玩家肯定是sigfox。與開放標(biāo)準(zhǔn)的LoRa相反，sigfox是一種專有協(xié)議，并且是一個封閉系統(tǒng)，所以sigfox會在每個國家或地區(qū)指定一個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，并控制后端和連接，而物聯(lián)網(wǎng)客戶只需使用該系統(tǒng)并支付連接到sigfox網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)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(shè)備可以具有更高的40 km覆蓋范圍和/或長達(dá)20年的電池使用壽命。SigFox不適用于任何經(jīng)常傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，并且由于它是為“上行鏈路”通信而設(shè)計的，所以不適用于必須經(jīng)常從基站向傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)的應(yīng)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(shè)備，并且只能上傳非常少量的數(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)的移動設(shè)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(wèi)星

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

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

5、混合/組合

在現(xiàn)實(shí)世界中，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常使用混合解決方案?；旌辖鉀Q方案將由兩部分組成。第一部分稱為訪問，它包括從傳感器/設(shè)備到本地網(wǎng)關(guān)的所有內(nèi)容。這里使用的通信通常是WI-FI或LoRa，但也可以是藍(lán)牙或ZigBee。

第二部分稱為回程，因?yàn)樗◤木W(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(yuǎn)地區(qū)的衛(wèi)星。

結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)在有30多種連接類型（標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議）為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計，要選擇正確的連接，您應(yīng)該考慮功耗、范圍、當(dāng)前和未來的覆蓋范圍、所需帶寬、延遲成本和可靠性。（來源：物聯(lián)之家網(wǎng)）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(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，這種標(biāo)準(zhǔn)可能會在某一天消失，因此最終的解決方案也可能會從市場上淘汰出局。