使用LoRa和BLE实现远程和低功耗物联网应用

随着物联网 （IoT） 的快速扩展，数字传感器和网络技术也越来越多地用于连接设备和系统以实现更多应用。

在消费者用例和智能家居中实现物联网的关键技术是无线技术，如 Wi-Fi、蓝牙和 5G。在所有可用的无线协议中，最流行和流行的技术是蓝牙低功耗 （BLE） 和 LoRa（远程）。

适用于短距离网络的 BLE 与适用于低功耗广域网的 LoRa 的结合，为部署当今的物联网应用提供了一种简单且安全的解决方案。

物联网部署如何演变

传统上，物联网部署发生在电信基础设施附近，通常位于城市或城镇。IoT 设备可以使用LTE-M 或 NB-IoT协议连接到现有的蜂窝网络。这些协议具有低带宽、低功耗、低成本的特点，非常适合将物联网设备连接到蜂窝网络。

典型的支持物联网的产品由便携式电池或插入交流电源插座供电。然而，部署在偏远地区的物联网设备和传感器对电池寿命和维护提出了后勤挑战。

现场技术人员通常无法访问远程物联网部署。工厂中可能部署了数百个传感器，因此手动检查每个传感器是不切实际的。

为了满足这些需求，行业领导者利用最新的无线趋势和技术，例如 BLE 和 LoRa。通过融合这些无线通信技术，组织可以以更低的成本更有效地在远程位置部署物联网应用程序，从而开辟新的机会。

物联网的未来

物联网的未来在于传感器设备到云的无线连接不必依赖城市的通信基础设施的边缘。BLE 等无线网络技术已经越来越多地成为许多物联网应用的基本组成部分。

由于 BLE 的小尺寸和高能效架构，它使小型无线传感器和控件能够在物联网网络上使用电池充电多年。与传统有线设备不同，用户几乎可以将支持 BLE 的设备放置在任何位置，而无需担心物理可访问性、技术难度或财务实用性。

然而，大多数基于 BLE 的物联网应用都依赖手机的蜂窝连接作为返回云端的网关。如果蜂窝网络不可达，则需要 LoRa 技术。

LoRa 可在视距条件下实现长达 10 英里的远程通信，并具有穿透混凝土和树叶的深度穿透能力。超低功耗要求使电池供电的设备能够使用五年以上。与其他调制方案相比，LoRa 具有极高的能效和抗干扰能力。小接收带宽和独特编码方案的结合使 LoRa 无线电能够实现低至 -140dBm 的接收器灵敏度。这些品质使基于 LoRa 的解决方案非常适合需要在许多具有低功耗要求且收集少量数据的设备之间进行远程通信的应用1。

LoRa 无线射频技术在低功耗广域网 （LPWAN） 上的物联网应用中派上用场。LoRa调制技术构成了基于LoRa的软件协议LoRaWAN的物理层。

LoRa 和 LoRaWAN 共同实现了跨工业应用的物联网设备的远程连接。

为什么要同时使用 LoRa 和 BLE？

BLE 和 LoRa 互补优势，使其成为各种应用的理想选择。

直到最近，BLE 的使用仅限于低吞吐量端点，如信标和可穿戴设备。但是，最新的蓝牙 5.0 可以发送大型数据文件或流式传输音频，而不会快速耗尽您的设备电池。另一方面，LoRa 满足了对需要远距离发送微小数据包的低成本和广泛部署的传感器的需求。

BLE 和 LoRa 是构成低功耗物联网应用的完整无线解决方案的关键要求。BLE 解决低功耗短距离连接，而 LoRa 解决低功耗远程连接。

另一个要求是超低功耗微控制器单元 （MCU）。Ambiq Apollo3 Blue 等 MCU 可以处理支持实时应用所需的低功耗边缘计算。这些技术共同实现了全球可靠、安全和节能的物联网部署。

更好的物联网解决方案

通过将超低功耗 MCU 与 Northern Mechatronics 等模块相结合，企业可以找到一种安全且经济高效的解决方案来远程可靠地部署物联网，而无需依赖现有的电信基础设施。

公司在决定最佳解决方案时应考虑以下因素：

可扩展性

根据现有物联网部署的有效性，可能需要在网络中设置额外的端点设备。但是，随着生成和传输的数据量增加，连接新端点可能会变得极其复杂。

边缘智能

边缘计算的兴起意味着您的端点设备可以在本地计算更多进程。然而，为了实现边缘计算和智能端点，物联网模块需要有一个功能强大的微控制器单元，可以实时处理数据。

随着需要在边缘处理的实时应用程序的增加，部署在现场的智能端点的数量也将增加。借助正确的边缘计算硬件，物联网设备可以自行做出节省成本的决策，例如在检测到爆管时关闭水阀。

安全

一流的安全性是云计算模块定期发送和接收数据的必要条件。然而，由于众多用例、网络架构类型和不同的部署选项，保持物联网解决方案的安全是一项巨大的挑战。

在某些应用程序中，物联网环境中的漏洞可能会泄露对业务运作或专有设备制造方式至关重要的信息。为了保护数据免受网络攻击和潜在的破坏，物联网合作伙伴应提供全面的工具，例如身份验证方法、登录访问控制和端到端加密。

能源效率

工业物联网 （IIoT） 解决方案必须正常运行并在多个电源之间无缝切换，例如交流墙壁插座和备用电池。这确保了无论有什么电源可用，正常的系统操作都是可靠的。

然而，远程物联网部署必须完全依赖电池供电，这需要持续数年才能最大限度地延长运行时间。对于低功耗物联网应用，物联网解决方案需要以最高能效标准运行。但是通过正确的物联网模块，企业可以从许多用例中的直接节能中受益。

构成因素

为满足当今物联网部署的环境和性能要求，物联网模块必须具有超小尺寸和高性能组件。尽管外形尺寸很小，但该模块需要与标准无线技术兼容，例如 Wi-Fi、BLE 和 LoRa。

对于极端温度下的物联网部署，例如冷供应链管理，物联网模块必须足够坚固以承受极端寒冷并防止潮湿和潮湿。工业温度耐受性是当今许多物联网应用的必需品。

成本

根据您的特定部署需求，您可能需要数百甚至数千个传感器，每个传感器都配备一个 LoRaWAN 网关。因此，物联网传感器设备需要具有成本效益才能实现广泛部署。

设置物联网系统可能是一个复杂的过程，而且部署和维护的成本会迅速增加，即使您不必支付传统的基础设施成本。因此，您选择的物联网解决方案需要提供足够的价值来支付实施和管理它的成本。

LoRa 和 BLE 的这种强大组合非常适合低功耗广域网，并支持关键任务应用，例如工业机器健康监测、交付密码箱和牲畜健康监测。

审核编辑：郭婷