如何為物聯網應用選擇合適的連接解決方案

如今有很多非常不同的物聯網應用，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)送數兆字節(jié)數據的無人駕駛汽車等。許多應用都依賴于良好的連接性，那么問題出現了。什么是良好的物聯網連接性？

在規(guī)劃物聯網網絡時，有三個主要因素可供選擇，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(wěn)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，將它們進行分組：

1、未經許可：WiFi、藍牙、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的物聯網應用選擇合適的連接解決方案：

1、未經許可

未經許可的網絡不需要頻率調節(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網絡，相比之下，智能手機可以連接到許可的4G LTE基站。LTE頻率由您的運營商許可，實際上每年的費用相當高。有人可能會問：人們?yōu)槭裁匆獮榭梢悦赓M得到的東西付費呢？通過使用未經許可的解決方案，您的傳輸功率會受到限制，因此無法傳輸到很遠的地方，并且通常您也會受到其他用戶的干擾，因為沒有人保護/限制其他用戶使用相同的頻率。（來源：物聯之家網）然而，如果您不想向電信運營商支付任何費用，那么未經許可絕對是建立小型專用網絡的好方法。流行的未經許可的頻帶是433 MHz、868 MHz、915 MHz、2.4 GHz、5.4 GHz和60 GHz。

最流行的未經許可的標準是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，還為物聯網開發(fā)了新的Wi-Fi標準：WiFi HaLow（802.11ah）和HEW（802.11ax）。

另一個非常流行的未經許可網絡是藍牙和藍牙低功耗（BLE），它們是物聯網的理想選擇，但覆蓋范圍比較?。ㄐ∮?0m）。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版帶來了許多有用的功能，比如4倍的范圍，2倍的速度，它支持網格，所以比以前更容易建立更大的藍牙網絡。

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

2、蜂窩/許可

蜂窩許可網絡基于所謂的3GPP標準（第三代合作伙伴項目），2G/GSM、3G UTMS、4G LTE以及現在的5G大部分移動通信也都是基于該標準。如今的智能手機大多使用4G LTE網絡，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絡標準。最著名的兩種類型是LTE CAT-M和NB-IOT。這些網絡提供基于SIM卡的服務，并且它們提供與4G LTE網絡相似的覆蓋率、安全性和服務質量水平。蜂窩物聯網網絡的最大優(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國家，而市場上的其他一些新進入者則必須花費大量時間和精力從頭開始構建網絡。

3、LPWAN（低功耗廣域網）

當今最流行的LPWAN標準之一是LoRa。LoRa使用未經許可的《1 GHz頻率，因此可以實現良好的覆蓋和室內滲透。LORA采用擴頻技術，增強了鏈路對干擾的穩(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15公里的距離（農村/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。用于構建區(qū)域范圍或全國范圍網絡的開放協議稱為LoRaWAN（廣域網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。與開放標準的LoRa相反，sigfox是一種專有協議，并且是一個封閉系統，所以sigfox會在每個國家或地區(qū)指定一個網絡運營商，并控制后端和連接，而物聯網客戶只需使用該系統并支付連接到sigfox網絡的費用。SigFox還使用未經許可的《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/或長達20年的電池使用壽命。SigFox不適用于任何經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常從基站向傳感器發(fā)送數據的應用程序。

其他LPWAN技術有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設備。如果需要更高水平的服務質量和全球覆蓋范圍，那么蜂窩網絡肯定是首選。

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（比如在非常偏遠的地區(qū)，在公海上的船只或平臺上，或者當安全非常重要時，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(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網的網關，而不是傳感器。

5、混合/組合

在現實世界中，物聯網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。第一部分稱為訪問，它包括從傳感器/設備到本地網關的所有內容。這里使用的通信通常是WI-FI或LoRa，但也可以是藍牙或ZigBee。

第二部分稱為回程，因為它包括從網關到互聯網的部分。這里通常使用4G LTE路由器、可用的光纖、非常偏遠地區(qū)的衛(wèi)星。

結論

綜上所述，現在有30多種連接類型（標準、協議）為物聯網網絡而設計，要選擇正確的連接，您應該考慮功耗、范圍、當前和未來的覆蓋范圍、所需帶寬、延遲成本和可靠性。（來源：物聯之家網）人們必須非常小心，不要將其物聯網解決方案建立在“錯誤”的標準基礎上，這種標準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。