优化物联网无线解决方案的SWaP-C平衡

作者：e络盟技术团队

物联网领域的所有创新，从医疗设备到工业设备，再到消费类产品，都需要集成方案以优化无线技术的应用。随意增加无线连接将导致不必要的开支，既浪费了电力也增加了成本。虽然终端设备的形状和尺寸千差万别，但大家普遍会考虑成本，其次是尺寸和重量。不过，所有这些要求都很容易被低功耗这一基本需求所掩盖，无论技术规格如何，都必须进行战略性权衡，以便在开发过程中成功解决 SWaP-C（尺寸、重量、功耗和成本）的难题。

在军事和航空航天领域，平衡 SWaP-C是非常好理解的，而在物联网领域，也同样适用。物联网中的许多终端设备都被设计成适合长时间运行，无需维护，包括更换电池。由于终端设备最可能采用某种形式的无线连接，选择无线技术将成为 SWaP-C计算的主要部分。不管贵公司要推出的物联网产品采用何种规格，您都需要进行战略性权衡，以成功解决 SWaP-C的难题。其中，关键在于理解各种无线技术的差异，以及哪种技术适合您的产品。

物联网无线连接技术

丰富的无线连接解决方案

为复杂产品选择合适的无线技术绝非简单的“一对一”对应关系。换言之，通常需要将 Wi-Fi、蓝牙、LPWAN和蜂窝技术等多种配置组合起来。从单个节点的角度来看，向网络服务器发送消息所需的功耗，是由整个网络中所有积极参与的节点共同承担的。

例如，在一定规模的自我修复型网状网络中，一条消息可能会被多个节点接收并转发，这在某些情况下可能会导致不必要的能耗。这种特性常见于采用网状拓扑结构的个人局域网（PAN）和局域网（LAN）无线技术，如蓝牙和ZigBee。我们当然清楚这一点，但 Wi-Fi网络的覆盖范围通常受到频率、传输功率、天线类型、位置和环境等多种因素的限制。虽然Wi-Fi已经非常成熟，但作为新一代技术，Wi-Fi 6为新产品开发带来了颠覆想象的可能性。

这种特性在 WAN无线技术，如：蜂窝和低功耗广域网 (LPWA)中并不常见，因为这类技术专为数公里距离的数据传输而设计，而不是像 PAN或 LAN那样只覆盖几米的范围。这包括为授权频谱开发的技术，如 LTE-M和 NB-IoT，以及在非授权频谱中运行的 LPWA，如Sigfox和LoRaWAN。

由于在授权频谱中构建和运营蜂窝网络的成本极高，因此至少在部署初期，出于成本考虑，可以排除开发如 LTE-M和 NB-IoT这样的解决方案。同样，那些依赖大量本地节点以确保连接性和扩展覆盖范围的网络（如蓝牙和 ZigBee），尤其是在覆盖大面积或长距离场景时，也可能会增加整体拥有成本 (TCO)。

Sigfox和 LoRaWAN等技术提供的解决方案力求克服这些限制，方法是为低带宽消息（数十个字节）提供长距离连接（数十公里），同时保持非常低的功耗（单颗电池可使用数年），并且不需要承担网络运营商的责任。虽然在传统意义上不能将它们视为蜂窝网络，但在非授权频谱中运行的 LPWAN确实需要基站提供覆盖。

我们知道这些技术可以相互融合，但为了优化性能和进行 SWaP-C权衡，需要根据具体的用例需求，以及某项功能为目标市场带来的价值，选择合适的技术和进行合适的配置。选择哪种无线技术及其组合，仅是需要考虑的众多因素之一。值得一提的是，每种连接解决方案都有其优缺点，显然没有“一刀切”的方法。更重要的是要了解可用的各种选项，以及影响决策的其他因素，比如数据传输速率、延迟、移动性、传输距离、覆盖范围、安全性等等。此外，物联网应用的基本用例需求可能会在其生命周期内发生变化，因为在分析数据模式后，从机器等设备收集的数据量或数据类型可能需要进行调整。