本文簡要概述了目前市場上的一些選擇,並描述了每種選擇的優缺點,各個技術在傳輸距離、數據吞吐量、電池壽命與延遲之間的平衡。為物聯網設備選擇無線技術是令人頭疼的問題,只有充分考慮搭建的整個系統的每一個細節,才能全面了解其優勢和劣勢。
端點:
這就是物聯網中“物”。它可以是一個恆溫器、門鎖、GPS跟蹤器或洗碗機。它是通過傳感器收集數據、遠程控制或兩者兼而有之的能力來創造商業價值的設備。
接入點:
這是一種從一個或多個終端接收數據的無線設備,通常連接到互聯網。對於藍牙來說,它通常是一部手機。對於基於蜂窩網絡設備,接入點在信號塔上。對於WiFi來說,接入點是路由器。對LoRa來說,接入點被稱為網關,它們的功能類似於WiFi路由器。
后台服務器:
一旦無線數據到達訪問點,它通常被發送到互聯網上的服務器上——例如,“雲”——一個運行的程序。
選擇物聯網鏈接的關鍵問題
1、如何處理客戶和配置?
在工業物聯網應用中,弄清楚銷售渠道中的終端設備如何與特定客戶相關聯是一個重要的問題。同樣具有挑戰性的是,客戶的各種設備如何進一步細分為所需的位置、角色或配置。
2、如何保證傳輸安全?
由於任何人都可以接收到無線電波,因此傳輸加密通常是必須的。加密需要一些“秘密”
一開始雙方都知道。這個秘訣通常用於創建“會話”,因此每個端點的數據以不同的方式加密。在WiFi系統中,秘訣通常是AES
密碼。在移動終端上,可以在SIM卡上。對於藍牙,它可以是一個密碼或共享的應用密鑰。
3、與接入點技術相關的痛點是什么?
例如,對於蜂窩網絡,將不得不向移動運營商支付網絡訪問費用並在設備級別管理SIMS和連接。對於WiFi,您的系統只能在終端設備“知道”如何加入網絡的情況下運行。因為潛在的風險,注重安全的工業或企業客戶可能不願意在其網絡上啟用WiFi。對於網狀技術,面臨的挑戰是保證節點密度足夠高以確保可靠的性能。
WiFi
WiFi幾乎不需要介紹。很可能,幾乎每個讀這篇文章的人都非常熟悉WiFi。WiFi標准化是IEEE的最高成就之一,IEEE將WiFi標准化為802.11。已經有許多先進的WiFi,隨着時間的推移,“b”進展到更高的性能“ac”。(請注意,有許多WiFi標准從未被采用。)
WiFi的基本前提是互操作性。一個供應商的接入點幾乎總是與另一個供應商的WiFi端點一起工作。使用品牌名稱“WiFi”通常表示設備已被認證為符合標准且可互操作。
由於WiFi是完全基於TCP/IP協議,通過WiFi進行通信的設備被稱為“在互聯網上”。這意味着任何支持wifi的主機都是它所連接的局域網(LAN)的一部分。這可能會引發安全問題,因為IT部門可能無法像保護Windows筆記本那樣保護和管理與ios連接的WiFi端點。
許多企業都強烈認為,無線連接的第三方設備構成了巨大的安全風險。著名的黑客事件是由空調設備引起的,這些設備接入了公司WiFi網絡。
即使你成功地把你的無線連接設備賣給了一個允許使用WiFi的企業,你仍然面臨着一場艱巨的任務,花錢請人在每一個連接的設備中設置憑證是非常繁瑣的。如果更改,整個過程可能不得不重來,而如果放棄設置密碼,就會容易被侵入。
理想的工業WIFI用例
•工廠中的條形碼掃描器
•連接機器
優勢
•幾乎無處不在的企業網絡覆蓋
•便宜的芯片組和wifi模塊
•如果應用程序和輪詢率設計得很好,則可以是高效的
注意事項
•加入WiFi網絡的第三方設備容易被黑客利用
•憑證的提供是困難的
藍牙
和WiFi一樣,藍牙也是大多數設計師熟悉的東西。雖然藍牙在電子產品領域非常流行,但是我們已經看到了在工業領域中藍牙越來越被廣泛的應用。這主要是因為藍牙是市場上成本最低的無線技術,無需資費,只有模塊費用,一塊低功耗藍牙模塊不到20人民幣。
然而,藍牙是一種短程技術。只有在同一房間內使用時好使。因此,我們看到的許多客戶將藍牙與另一種無線技術進行配對:一個區域內的數十個端點連接到一個主設備,該設備充當藍牙接入點。然后,該設備使用另一種連接方式與后端通信。例如,工廠可能有一個用於照明的蜂窩和藍牙組合控制。我們稱之為藍牙橋接。然后,大量端點可以使用藍牙進行廉價的連接,而系統中只有少量設備需要更昂貴的連接技術比如4G。
顯然,藍牙也可以用來連接手機,盡管這在工業領域中並不常見。混合架構—藍牙端點在可用時使用手機,在不可用時使用橋接。
理想的藍牙用例
•燈光控制
•距離顯示器
優勢
•低成本:一次性或競爭性產品線。
•電池壽命長
注意事項
•很短的傳輸距離
•終端和接入點進行秘鑰協調
•需要接入點(特定於手機或專門的網關)
蜂窩網(M2M)
使用蜂窩網絡連接工業物聯網設備對許多公司來說是一個有吸引力的選擇。蜂窩網絡存在於大多數地方,網絡管理是別人的問題,但這些優勢是有代價的。
在4G或NB-IoT等先進技術進入市場之前,M2M終端機所占用的網絡資源往往超過其所占的份額——這些資源本可以更有利手機的使用。我們見過的每個月750kB數據的最低價格是每台設備不到5元,如果它符合您的商業模式,那就太好了。如果沒有,可能會非常昂貴。
蜂窩終端設備成本是一個重要的考慮因素
芯片認證是一個令人困惑和沮喪的領域。一種新的移動終端芯片將花費近百萬人民幣的認證和測試投入市場。即使是基於模塊的設計也要花費2萬美元甚至更多。
另一個需要考慮的問題是,蜂窩設備(目前已有協議)需要相當大的功率來維持網絡連接。這是3GPP致力於提高物聯網的蜂窩標准的主要原因之一(芯片成本是另一個原因)。
理想的蜂窩M2M用例
•GPS遠程信息處理追蹤器
•智能電表
•車聯網
優勢
•無處不在的網絡覆蓋
注意事項
•經常成本
•昂貴的芯片組
•電池壽命短
•昂貴的認證
Sigfox/LoRaWAN(低功耗廣域網)
我們已經寫了大量關於低功耗,廣域網(LPWAN)技術的文章。
這些網絡的最大缺點是它們並非無處不在。因此,它們僅適用於在特定地理區域的解決方案。想要在不同地點迅速部署物聯網解決方案的公司可能不得不等待網絡覆蓋的增加,等運營商把基站建過去。
這些網絡還需要做一些工作來簡化設備供應和身份識別。
如果沒有類似SIM卡的概念,每個端點和唯一ID號需要專門設置。
理想的用例
•自動抄表
•GPS跟蹤設備(在指定區域)
優勢
•權力有效
•便宜的芯片
•低認證成本
注意事項
•低數據吞吐量
•網絡並非無處不在
•未經許可的頻段不能保證服務質量。
•當前的供應和關鍵管理計划使大規模生產變得困難。
總之
無線連接市場上有幾家公司,但它們都有發展空間。WiFi、藍牙、蜂窩、ZigBee、Z-Wave、Thread、802.15.4、6LoWPAN、Sigfox、LoRaWAN、Ingenu、Symphony Link都有優缺點。在選擇無線技術之前,如果您能夠理解並識別與配置、安全性、成本、訪問以及上面概述的考慮因素有關的潛在問題,那么您就能夠為您的場景做出最佳選擇。