如何選擇一個適合需求和規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

責(zé)任編輯:zsheng

2019-03-03 10:05:01

摘自:電子發(fā)燒友網(wǎng)

距離第一臺非官方的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備問世以來,已經(jīng)過去了近30年。1991年,劍橋大學(xué)特洛伊計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室樓下的咖啡壺被改造成了聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,科學(xué)家們編寫了一套程序,并在咖啡壺旁邊安裝了一個便攜式攝像機(jī),鏡頭對準(zhǔn)咖啡壺,利用計算機(jī)圖像捕捉技術(shù),將咖啡壺的狀態(tài)信息傳遞到實(shí)驗(yàn)室的計算機(jī)上,以方便工作人員隨時查看咖啡是否煮好,省去了上上下下查看的麻煩。幾十年后的今天,物聯(lián)網(wǎng)還沒有從襁褓中走出來,只是慢慢朝著我們期待的大范圍內(nèi)被部署所發(fā)展。

 

如何選擇一個適合需求和規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

 

在過去的10年里,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得更加經(jīng)濟(jì)有效。設(shè)備成本更便宜、更節(jié)能,體型也更小,而且功能也越來越優(yōu)化,可以在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中扮演特定的角色,以創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)模型。在接下來的20年里,我們可以將一萬億臺設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上。連接的設(shè)備越多,就越能夠發(fā)現(xiàn)更多的業(yè)務(wù)改進(jìn)機(jī)會,并利用物聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)這些機(jī)會。

現(xiàn)在,必要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)接近成熟,功能性物聯(lián)網(wǎng)解決方案也正在加速落地。一股物聯(lián)網(wǎng)的浪潮已經(jīng)開始沖擊市場,它們有著各種各樣的架構(gòu)、功能集和應(yīng)用程序。雖然在投資物聯(lián)網(wǎng)硬件或完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案時需要考慮諸多因素,但了解物聯(lián)網(wǎng)傳感器可用的協(xié)議,以及前瞻性的商業(yè)決策者如何做出協(xié)議的最佳選擇,無論是目前還是長期,都是至關(guān)重要的。

如何選擇物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)使用的網(wǎng)絡(luò)語言,對物聯(lián)網(wǎng)解決方案的整體部署的可行性至關(guān)重要。協(xié)議規(guī)定了物聯(lián)網(wǎng)解決方案通信的范圍、格式和復(fù)雜性,并在確定成本和功能性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

因此,如果你對部署你自己的物聯(lián)網(wǎng)感興趣,那應(yīng)該如何選擇一個適合的需求和規(guī)模的協(xié)議呢?有兩個關(guān)鍵要素需要考慮:

功耗——傳感器需要在電池供電的情況下使用幾天、幾個月或幾年?他們需要多久發(fā)送一次數(shù)據(jù)?是否考慮使用一次性設(shè)備,還是使用可替換或可充電的電池?

連通性——通信必須覆蓋哪些范圍,以及它們需要在每條消息中發(fā)送多少數(shù)據(jù)?蜂窩網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商是否能維護(hù)我們的連接,或者你更愿意構(gòu)建私有網(wǎng)絡(luò)來運(yùn)行數(shù)據(jù)?當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)部署的需求涉及連通性時,通常會考慮:最低要求的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)置?用于聯(lián)網(wǎng)的是家庭或辦公室?是否可在普通Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行?所有組件均需連續(xù)供電?

對于需要小容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮^大區(qū)域,如農(nóng)場、校園或城市,獨(dú)立的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)是最理想的解決方案——LoRaWAN和SigFox是最流行的兩種低功耗廣域網(wǎng)。當(dāng)談到覆蓋區(qū)域和跨越邊界時,像NB-IoT或Cat-M這樣的蜂窩協(xié)議可能看起來更實(shí)用。

當(dāng)涉及到功耗、覆蓋范圍和成本時,兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。

讓我們研究一下LPWAN技術(shù)的具體用例,以及蜂窩物聯(lián)網(wǎng)部署,以了解這些協(xié)議應(yīng)用于未來物聯(lián)網(wǎng)解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

LPWAN優(yōu)化的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

如果需要管理一個大型項(xiàng)目,如建筑項(xiàng)目、煉油廠周燈類似的項(xiàng)目,工作人員需要在危險的環(huán)境中進(jìn)行工作時,那跟蹤這些工作人員就是很有必要的??赡苣阋呀?jīng)考慮啟用自己的物聯(lián)網(wǎng)。也許是經(jīng)營著一家工廠或倉庫;也許是管理著一個農(nóng)場或其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域;也許是負(fù)責(zé)著一個大的學(xué)?;蛘ㄔO(shè)項(xiàng)目。在所有這些行業(yè)中,物聯(lián)網(wǎng)將產(chǎn)生持久的商業(yè)影響,可以創(chuàng)造更高效的流程、節(jié)省資金并創(chuàng)造新的收入。對于連接區(qū)域比單個小建筑物更大的網(wǎng)絡(luò),LPWAN技術(shù)通常更具優(yōu)勢。

如果用戶部署了一個LoRaWAN網(wǎng)絡(luò),而不是連接到蜂窩物聯(lián)網(wǎng),那么很可能支付相同或更少的費(fèi)用,且在部署中擁有更多的元素。雖然成本效益模式將根據(jù)業(yè)務(wù)模式而有所不同,但是LPWAN通常會為用戶所期望的覆蓋區(qū)域提供一個專用區(qū)域網(wǎng)絡(luò):用戶擁有所有的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。所以,當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)宕機(jī)或發(fā)射塔故障時,用戶不必?fù)?dān)心物聯(lián)網(wǎng)部署失敗,也不必等待供應(yīng)商來修復(fù)它。

若用戶安裝了自己的LPWAN,那么當(dāng)出現(xiàn)問題時,用戶將負(fù)責(zé)監(jiān)視、支持、維護(hù)和修理。用戶還必須確定如何保護(hù)自己的網(wǎng)絡(luò)。鑒于這些原因,強(qiáng)烈建議你們?nèi)ゲ渴鹨粋€LPWAN,該LPWAN包含打包在一起的整個解決方案。這意味著傳感器、網(wǎng)關(guān)、云和應(yīng)用程序是由一家公司創(chuàng)建的,而不是零碎組裝的。其優(yōu)點(diǎn)是,所有的東西都是預(yù)先集成的,可以安全地一起工作。

另一個顯著的區(qū)別是,與蜂窩數(shù)據(jù)包不同,LPWAN傳輸并不總是等待接收確認(rèn)。這可能是一種優(yōu)勢,也可能是一種劣勢。用戶可以在沒有確認(rèn)的情況下在系統(tǒng)上獲得更多的數(shù)據(jù),但有時會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)擁塞而丟失數(shù)據(jù)包。

最熱門的兩個LPWAN協(xié)議是LoRaWAN和SigFox。在這兩家公司中,LoRaWAN和LoRa技術(shù)近年來增長最快,未來五年的增長潛力也最大。SigFox主要在歐洲運(yùn)營,與LoRaWAN相比,SigFox的數(shù)據(jù)有效負(fù)載更小,因此每臺設(shè)備的功耗比LoRaWAN要低,但也限制了SigFox用戶使用LoRa技術(shù)應(yīng)用某些行業(yè)的關(guān)鍵功能,如執(zhí)行器支持和即時更新。

對于LoRa和LoRaWAN來說,優(yōu)點(diǎn)就是廣泛支持、多功能性和前景。500多家領(lǐng)先的科技公司加入了LoRa聯(lián)盟。LoRa技術(shù)正在不斷發(fā)展,以適應(yīng)不斷優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和新的用例。

遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)與蜂窩協(xié)議

想象一下,您正在從事備災(zāi)或環(huán)境監(jiān)測工作,需要從傳感器和數(shù)據(jù)源組成的跨區(qū)域網(wǎng)絡(luò)分析信息?;蛘吣憬?jīng)營一家租賃公司,需用一種方法在一個不可預(yù)知的廣闊空間里更密切地跟蹤你的設(shè)備和車輛。在這些用例中,蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可以改變游戲規(guī)則,從遙遠(yuǎn)的端點(diǎn)收集數(shù)據(jù)。

雖然有可能出現(xiàn)其他技術(shù),并獲得仍在發(fā)展中的市場份額,但占據(jù)最多市場份額和討論最多的兩種協(xié)議是Cat-M和NB-IoT。

其中,窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)的電池功耗低,訂閱價格可能更低。它提供了更接近LoRa配置要求的低功耗通信和數(shù)據(jù)大小,從而更容易實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)提供商對LPWAN和蜂窩用例的兼容性。

相反,Cat-M可滿足更高的數(shù)據(jù)速率和低延遲通信,如果用戶需要從特定的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集大文件,或?qū)⒋罅扛峦扑偷轿锫?lián)網(wǎng)端點(diǎn),Cat-M不失為最佳選手。Cat-M可滿足高質(zhì)量的語音,并將更多地應(yīng)用于實(shí)時應(yīng)用程序,如車聯(lián)網(wǎng)。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議提供了一種在區(qū)域、全國甚至跨大陸范圍內(nèi)利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的方法,而不需要預(yù)先建立網(wǎng)關(guān)來覆蓋區(qū)域。相反,供應(yīng)商已有的基站將傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。這也意味著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將會有和蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣的盲點(diǎn),如果網(wǎng)絡(luò)連接被中斷——出于維護(hù)、訂閱限制、緊急情況或其他原因,用戶的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也會宕機(jī)。盡管如此,部署的易用性和覆蓋范圍常常是消費(fèi)者選擇它的理由。

前景

NB - IoT和Cat-M協(xié)議的普及程度還有待觀察。這兩者的推出時間都相對較短,而且還在不斷增長,兩者的可用性將在很大程度上取決于蜂窩運(yùn)營商的規(guī)劃。最終,NB-IoT的低功耗通信將為大多數(shù)人以合適的成本提供正確的效益,并最終使其它蜂窩協(xié)議相形見絀。然而,LPWAN和LoRaWAN仍有一席之地,特別是對于那些想要覆蓋大片地區(qū)或擁有專用網(wǎng)絡(luò)的公司。

也許我們將看到更多的物聯(lián)網(wǎng)公司轉(zhuǎn)向與協(xié)議無關(guān)的模型。在這種模型中,用戶不需要針對要部署的物聯(lián)網(wǎng)解決方案來選擇通信協(xié)議,傳感器可以支持多協(xié)議。著眼于未來的兼容性,當(dāng)前部署物聯(lián)網(wǎng)時,請注意可以考慮哪些協(xié)議,并選擇一個適合物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的規(guī)模、功耗和連接性需求以及該技術(shù)的未來都有意義的協(xié)議

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