行业 | 大规模物联网设备部署的连接

现有许多蜂窝物联网(Cellular IoT)模块和网络可供选择，但并非所有模块和网络都是同等的。在选择物联网解决方案组件时，更深层次的考虑是很重要的。

众所周知，许多设备将作为物联网的一部分而连接起来。根据ITU-R、3GPP和GSMA标准组织，最高密度的设备将会出现在工业互联网和互连城市垂直设备中，支持智能建筑、智慧城市、智能电表和跟踪应用等等。

大规模物联网的要求

由于这些垂直应用中的设备密度很高，因此它们被称为大规模物联网(Massive IoT)类别。此类设备具有相似的较小数据量、广泛的覆盖范围、低成本、低功耗/长电池寿命(10年或更长时间)、深度室内/地下覆盖(例如智能建筑、石油和天然气等)、安全性(安全性和数据完整性)和更高延迟容差要求。

为了满足这些要求，ITU-R和3GPP已经定义了LTE-M(LTE机器类型通信(MTC))和NB-IoT(窄带IoT)低功率广域(LPWA)移动性标准，以支持预计部署的大量物联网设备。

5G Americas和Lux Research指出，到2020年基于蜂窝的NB-IoT将成为低功耗广域(LPWA)网络的主要标准，到2022年可能占全球LPWAN连接的90%以上。

物联网解决方案组件

物联网开发中最困难的任务之一，是为特定的物联网设备解决方案选择最合适的组件。每个物联网解决方案都由许多部分组成，需要考虑许多组件：

硬件：包括设备模块、接口和网关

边缘处理：边缘智能和分析，只允许将有意义的数据传输到物联网应用，并降低传输成本

网络连接：WiFi、蜂窝、其它LPWAN、卫星、Zigbee/Z-Wave

设备管理：设备配置、控制、费率计划和监控

数据管理：定义数据结构，包括建模设备和设备行为、处理非结构化数据和数据清理

物联网应用：垂直特定应用

分析：包括描述性、预测性和洞察

安全性：端至端安全框架、数据加密、数据隐私、设备认证等

监管：网络/行业认证、数据主权、永久漫游限制

其它组件领域：地理支持、可扩展性、可互操作/预集成等

对于大规模物联网部署，为了满足要较小数据量、扩展覆盖范围、低成本、低功耗和安全要求所必需，硬件和网络连接组件是两个最重要的决策领域。

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蜂窝技术是理想的选择

其它未经许可的低功耗广域网(LPWAN)技术(如SigFox和LoRa)要么是专有的、缺乏覆盖率或可靠性，要么只适合小众用例。包括LTE-M和NB-IoT在内的许可频谱中的蜂窝IoT(CIoT) LPWAN连接提供了针对全球物联网部署非常重要的可扩展性、互操作性和安全性功能，包括：

安全识别设备(身份管理)

身份验证和授权

使用公钥基础设施(PKI)对设备数据和信令进行端至端加密

必须选择适当的硬件来实现连接选择。根据大规模物联网应用，必须选择支持LTE-M或NB-IoT的CIoT模块，并具有满足特定部署的属性，包括小型或非常小的封装、极低的功耗、支持全球蜂窝频段、用户识别模块(SIM)接口和全球认证。

尽管可能有许多CIoT模块和蜂窝网络可供选择，但并非所有模块和蜂窝网络都是同等的。在选择物联网解决方案组件时，开发人员或解决方案架构人员必须更深入地进行考量。

蜂窝物联网连接和eSIM技术

与传统SIM类似，称为嵌入式SIM(eSIM)的计算模块控制下一代移动设备(例如智能手表、可穿戴设备、联网汽车等)的认证和服务访问。

然而，与传统SIM不同，eSIM是可远程编程的“电子”SIM。eSIM通常采用焊接到设备电路板中的“嵌入式”集成电路芯片的形式，但也提供传统的SIM封装，如智能手机中的微型和纳米级封装。eSIM带有一个名为嵌入式通用集成电路卡(eUICC)的智能卡容器，用于存储MNO凭证，并能够通过称为远程SIM配置(RSP)的进程，采用无线(OTA)方式对这些MNO凭证进行远程编程。

标准SIM 与 eSIM的对比

实施漫游专用解决方案的标准SIM可以提供接近全球的覆盖范围。但是，实际覆盖范围取决于底层移动运营商协商的漫游关系数目。仅漫游SIM仅利用一组操作员凭证，当需要高漫游费用位置或当地法规不允许永久漫游时，从商业或监管角度来看，仅漫游SIM可能是不实用的。

作为下一代SIM技术，eSIM面向未来，提供可编程SIM解决方案，能够在设备所在的任何地方使用本地配置文件。一旦在特定区域中检测到具有eSIM的设备，就可以通过空中远程添加本地配置文件，并且eSIM可以作为普通的本地或区域SIM卡操作，从而消除昂贵的漫游场景和监管问题。该解决方案还可以防止运营商费率变化，并确保接入所需要的移动技术。通过使用GSMA的eUICC标准，并与可信赖的合作伙伴合作实现平台和全球专用网络连接，可以确保最大的安全性。

最好的组件

除了是同类最佳产品之外，Nordic nRF9160和iBASIS Global Access for Things还进行了预先集成，以确保可互操作的解决方案集。与目前为LTE-M和NB-IoT应用推出的任何其它蜂窝物联网模块相比，nRF9160 系统级封装(SiP)器件的体积减小很多，功耗更低，并具有更多安全功能。

它已获得GCF认证，符合3GPP LTE规范的全球蜂窝网络互操作性以及单独要求的FCC和CE监管认证要求。这意味着nRF9160 SiP获批准用于全球范围蜂窝网络和蜂窝物联网产品应用部署。它集成了只用于运行应用的Arm Cortex-M33应用处理器、完整的LTE调制解调器、RF前端(RFFE)、先进的安全和电源管理系统，这些使得nRF9160成为市场上最紧凑、最完整、最节能的蜂窝物联网解决方案。