選擇無(wú)線(xiàn)連接物聯(lián)網(wǎng)設備的最佳方式

2020-05-06

如今，我們有多種選擇可以與地球上幾乎任何地方的其他人聯(lián)系。有些幾乎是即時(shí)的（固定電話(huà)，手機，VoIP電話(huà)，視頻會(huì )議），而另一些則使我們可以親自見(jiàn)面或發(fā)送貨物（鐵路，飛機，公路運輸）。其中很大一部分是由物聯(lián)網(wǎng)驅動(dòng)的，它不僅使人們能夠進(jìn)行全球通信，而且還促進(jìn)了機器對機器（M2M）的通信。實(shí)際上，全球已經(jīng)有數十億已部署的物聯(lián)網(wǎng)設備可以無(wú)限制地進(jìn)行通信，無(wú)論是發(fā)送數據還是接收和執行指令。

為了促進(jìn)這種前所未有的連接水平，將需要多種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)連接物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)，具體取決于其功能和位置。

鑒于已部署的物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)種類(lèi)繁多，因此其在連接方面的需求也非常多樣化就不足為奇了。但是，有一些關(guān)鍵要求適用于當今幾乎所有使用的設備：

無(wú)線(xiàn)是首選媒體

連接范圍應相當長(cháng)-在城市環(huán)境中應為數公里，而在農村地區則應達到40公里

功耗必須微不足道，以使一個(gè)小的電池可以使用數年，或者允許該節點(diǎn)通過(guò)能量收集來(lái)供電

設備的部署和維護（包括其無(wú)線(xiàn)連接）必須簡(jiǎn)單且成本低廉

物聯(lián)網(wǎng)涉及的數字驚人。根據研究公司的報告，到2023年，全球活躍的物聯(lián)網(wǎng)連接將從2018年的70億增加一倍，達到158億。其報告繼續估計，將有11.5億臺設備使用低功率廣域網(wǎng)（LPWAN）連接到更廣闊的世界。

LPWAN協(xié)議概述

短距離無(wú)線(xiàn)連接（藍牙，Wi-Fi和Zigbee）不太適合將節點(diǎn)遠程放置的物聯(lián)網(wǎng)應用，而蜂窩網(wǎng)絡(luò )（2G，3G和4G）通常太耗電，無(wú)法滿(mǎn)足電池壽命要求物聯(lián)網(wǎng)。

諸如Sigfox，LoRa和Weightless之類(lèi)的LPWAN技術(shù)的范圍比無(wú)線(xiàn)連接更長(cháng)，并且功耗比蜂窩電話(huà)低，這使其成為物聯(lián)網(wǎng)的理想“的地點(diǎn)”。還有窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT），它在GSM或LTE網(wǎng)絡(luò )上使用蜂窩LTE協(xié)議。但是，NB-物聯(lián)網(wǎng)能夠雙向傳輸小數據包，同時(shí)消耗少量功率。

適用的正確協(xié)議

為給定的應用選擇的LPWAN技術(shù)時(shí)，要考慮幾個(gè)因素。這些包括網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍和范圍，延遲，能效和服務(wù)質(zhì)量（QoS）以及可擴展性和成本。

遠程傳感器，例如農業(yè)/農業(yè)傳感器，將具有最小的傳輸，但需要較長(cháng)的電池壽命或能量收集的能力。由于LTE覆蓋范圍最多可能是零散的，因此最有可能在此處選擇Sigfox和LoRa。

在工廠(chǎng)或其他室內設施中，對設備的監視將需要多種具有不同通信需求的傳感器類(lèi)型?？梢允褂?/span>Wi-Fi和以太網(wǎng)，但是在無(wú)法使用的情況下，NB-IoT即使在頻繁傳輸的情況下也能夠提供高QoS。

同樣，在不需要高QoS或大量數據的智能建筑（如工作場(chǎng)所或住宅）中監視緩慢移動(dòng)的環(huán)境參數時(shí)，LoRa或Sigfox可能是選擇（取決于覆蓋范圍和室內滲透率）。

不少物聯(lián)網(wǎng)部署將從基于意法半導體STEVAL-FKI001V1的某種形式的混合LPWAN解決方案中受益開(kāi)發(fā)/原型平臺，可促進(jìn)基于Sigfox，藍牙低功耗（BLE）和1 GHz以下技術(shù)的系統設計。該套件包括一個(gè)可編程的Jorjin Technologies WS2118模塊，該模塊嵌入用于BLE功能的BlueNRG-1片上系統（SoC）和用于低于1GHz功能的S2-LP收發(fā)器。微小的有源RF和MCU電流，以及用于降低電流消耗的低功耗模式，可延長(cháng)電池壽命，允許使用紐扣電池或通過(guò)能量收集長(cháng)期運行。STEVAL套件與Arduino屏蔽板兼容，包括包含MEMS運動(dòng)傳感器，環(huán)境傳感器和飛行時(shí)間（ToF）測距傳感器的板。

另外，設計人員可以利用意法半導體的B-L072Z-LRWAN1 STM32 LoRaWAN發(fā)現板（結合了Murata的集成開(kāi)放模塊LoRaWAN解決方案）來(lái)開(kāi)發(fā)基于LoRa和/或FSK / OOK技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。隨附經(jīng)過(guò)認證的I-CUBE-LRWAN嵌入式軟件，可建立全面的LoRaWAN節點(diǎn)。

跟蹤或監視移動(dòng)資產(chǎn)的狀態(tài)需要較長(cháng)的電池壽命和低成本的解決方案，這意味著(zhù)LoRa或Sigfox可能是極好的解決方案。如果資產(chǎn)經(jīng)常移動(dòng)（卡車(chē)，貨盤(pán)等），那么LoRa很可能是最可靠的解決方案。