如何为物联网应用选择合适的连接解决方案

如今有很多非常不同的物联网应用，从每隔几小时发送几个字节的土壤传感器，到不断发送数兆字节数据的无人驾驶汽车等。许多应用都依赖于良好的连接性，那么问题出现了。什么是良好的物联网连接性？

在规划物联网网络时，有三个主要因素可供选择，即功耗、范围和带宽/数据速率。如果您的传感器可以连接到稳定电源，那么很容易达到良好的范围和带宽，但在大多数应用中，情况并非如此，而且必须使用电池，因此必须进行某种权衡。其他重要因素包括通信芯片和设备成本，当然还有可靠性。基于所有这些因素和权衡，目前有多种连接选项可供选择，如Wi-Fi、LoRaWAN、NB-IOT、LTE等。

为了便于了解这些选项，将它们进行分组：

1、未经许可：WiFi、蓝牙、RFID/NFC、ZigBee、Z-Wave

2、蜂窝/许可：4G LTE、LTE Cat-M、Nb-IoT和5G

3、LPWAN：sigfox、LoRa/LoRaWAN、Ingenu、Weightless

4、卫星

5、混合/组合：前四种类型的组合

这五个组可以在带宽与范围图表上很好地显示，因此很容易了解并为适当的物联网应用选择合适的连接解决方案：

1、未经许可

未经许可的网络不需要频率调节器的许可来使用频率。一个典型例子是任何人都可以自由使用的Wi-Fi网络，相比之下，智能手机可以连接到许可的4G LTE基站。LTE频率由您的运营商许可，实际上每年的费用相当高。有人可能会问：人们为什么要为可以免费得到的东西付费呢？通过使用未经许可的解决方案，您的传输功率会受到限制，因此无法传输到很远的地方，并且通常您也会受到其他用户的干扰，因为没有人保护/限制其他用户使用相同的频率。（来源：物联之家网）然而，如果您不想向电信运营商支付任何费用，那么未经许可绝对是建立小型专用网络的好方法。流行的未经许可的频带是433 MHz、868 MHz、915 MHz、2.4 GHz、5.4 GHz和60 GHz。

最流行的未经许可的标准是Wi-Fi。在最新的AC版本中，它可以提供超过1 Gbps的速度，但其范围通常限制在100米。此外，还为物联网开发了新的Wi-Fi标准：WiFi HaLow（802.11ah）和HEW（802.11ax）。

另一个非常流行的未经许可网络是蓝牙和蓝牙低功耗（BLE），它们是物联网的理想选择，但覆盖范围比较小（小于30m）。但与Wi-Fi相比，BLE更省电，设置更容易，抗干扰能力也更强（在嘈杂的环境中工作更好），但它却具有更小的范围和更低的容量。最新版本的蓝牙，第5版带来了许多有用的功能，比如4倍的范围，2倍的速度，它支持网格，所以比以前更容易建立更大的蓝牙网络。

其他未经许可的标准是已经上市超过10年之久的ZigBee以及非常类似的Thread，它们主要用于谷歌和Nest的智能家居应用。还有Z-Wave，主要是为家庭自动化设计的标准。

2、蜂窝/许可

蜂窝许可网络基于所谓的3GPP标准（第三代合作伙伴项目），2G/GSM、3G UTMS、4G LTE以及现在的5G大部分移动通信也都是基于该标准。如今的智能手机大多使用4G LTE网络，可以提供100 Mbps以上的速率、大范围和良好的可靠性，但另一方面，我们都知道我们每两天甚至每天都要为智能手机充电。

为了克服这一功耗问题，3GPP发布了低功耗、窄带但仍然许可的网络标准。最著名的两种类型是LTE CAT-M和NB-IOT。这些网络提供基于SIM卡的服务，并且它们提供与4G LTE网络相似的覆盖率、安全性和服务质量水平。蜂窝物联网网络的最大优势之一是，当前的LTE基站可以很容易地升级到CAT-M或NB-IOT，因此可以在几天内覆盖整个国家，而市场上的其他一些新进入者则必须花费大量时间和精力从头开始构建网络。

3、LPWAN（低功耗广域网）

当今最流行的LPWAN标准之一是LoRa。LoRa使用未经许可的《1 GHz频率，因此可以实现良好的覆盖和室内渗透。LORA采用扩频技术，增强了链路对干扰的稳健性，并提供了良好的增益和覆盖范围。（来源：iothome）LoRa能够支持长达15公里的距离（农村/郊区，城市大多为1-2公里）和从几百字节到50 kbps不等的带宽。用于构建区域范围或全国范围网络的开放协议称为LoRaWAN（广域网WAN）。LoRa具有良好的安全级别，甚至可以在不使用GNSS的情况下用于粗略定位。

另一个主要的Lpwan玩家肯定是sigfox。与开放标准的LoRa相反，sigfox是一种专有协议，并且是一个封闭系统，所以sigfox会在每个国家或地区指定一个网络运营商，并控制后端和连接，而物联网客户只需使用该系统并支付连接到sigfox网络的费用。SigFox还使用未经许可的《1 GHz频率，但由于其容量甚至小于LoRa（约100 bps，每天最多140条消息），因此SigFox设备可以具有更高的40 km覆盖范围和/或长达20年的电池使用寿命。SigFox不适用于任何经常传输大量数据的应用程序，并且由于它是为“上行链路”通信而设计的，所以不适用于必须经常从基站向传感器发送数据的应用程序。

其他LPWAN技术有Ingenu、Weightless、SymphonyLink等。

由于其特性，Sigfox主要用于静态设备，并且只能上传非常少量的数据（智能电表等），延迟非常大。另一方面，LoRa更适合具有中等水平双向数据的移动设备。如果需要更高水平的服务质量和全球覆盖范围，那么蜂窝网络肯定是首选。

4、卫星

卫星通常使用微波频率，覆盖范围最大。由于成本高，所以在没有其他连接选择时（比如在非常偏远的地区，在公海上的船只或平台上，或者当安全非常重要时，例如军事或安全应用。）才使用这种解决方案。

除了成本较高之外，卫星可能还具有较差的延迟，它可能需要一个大碟形天线，而对于较高的频率，它可能是不可靠的。卫星通常不能由电池供电，所以它主要是用来连接到互联网的网关，而不是传感器。

5、混合/组合

在现实世界中，物联网应用通常使用混合解决方案。混合解决方案将由两部分组成。第一部分称为访问，它包括从传感器/设备到本地网关的所有内容。这里使用的通信通常是WI-FI或LoRa，但也可以是蓝牙或ZigBee。

第二部分称为回程，因为它包括从网关到互联网的部分。这里通常使用4G LTE路由器、可用的光纤、非常偏远地区的卫星。

结论

综上所述，现在有30多种连接类型（标准、协议）为物联网网络而设计，要选择正确的连接，您应该考虑功耗、范围、当前和未来的覆盖范围、所需带宽、延迟成本和可靠性。（来源：物联之家网）人们必须非常小心，不要将其物联网解决方案建立在“错误”的标准基础上，这种标准可能会在某一天消失，因此最终的解决方案也可能会从市场上淘汰出局。