作者@@：Walter N. Maclay, 总裁@@, Voler Systems，文章转载自@@：Digi-Key
物联网@@在现代社会中既是已知的@@@@，也是未知的@@@@。虽然物联网@@在科技领域和@@企业界是个常用词@@，但鲜有普通民众会提及@@，尽管物联网@@早已融入人们的@@日常生活@@。物联网@@就是将诸如@@设备@@@@、车辆@@、建筑@@、电子@@设备@@@@、网@@络等实际物体连接起来@@，使其能够互动并收集@@、交换数据@@。这种连接适用于数百万种不同的@@事物@@，包括已经过升级但之前未连接互联网@@的@@传统产品@@。
本文将为大家介绍多种能让这些设备@@进行无线通信的@@方法@@。
将数据连接到云的@@三种方法@@
物联网@@面临的@@挑战之一就是将来自设备@@传感器的@@数据送到云@@，并在云端使用@@、处理和@@存储这些数据@@。智能@@手机使得@@ Wi-Fi 和@@蓝牙的@@使用无处不在@@，加之信号塔和@@公共@@@@ Wi-Fi 接入点的@@普及@@，让物联网@@传感器相比以前能更多地访问云@@。有三种基本方法可将数据发送到云@@。
从传感器到网@@关@@@@，再到云@@。在某些应用中@@，理想的@@选择是先将传感器数据发送到网@@关@@@@，再由网@@关@@将数据高效地传输到云@@。根据应用需求@@，网@@关@@的@@范围可以从简单的@@中继系统到执行更多计算密集型功能的@@@@“智能@@”平台@@。其中@@，计算密集型功能被称为@@“边缘处理@@”。像停车场传感器和@@办公桌利用率传感器之类的@@设备@@@@，通常依靠网@@关@@来传输数据@@。例如@@@@，Wi-Fi 就是一种网@@关@@@@。如@@果在家中使用@@，需要安装一个@@ Wi-Fi 网@@关@@。在已经安装网@@关@@的@@公共@@场所@@，Wi-Fi 可以直接操作云端@@。如@@蓝牙等其他类型的@@无线通信是需要网@@关@@的@@@@。例如@@@@，Hatch Baby Grow 就是家庭@@ Wi-Fi，这是一种智能@@换尿布垫和@@联网@@式体重秤@@。它利用@@ Wi-Fi 将数据从换尿布垫中的@@秤传送到家庭互联网@@上@@。家长和@@儿科医生可以通过安卓或@@@@ iOS 应用追踪基于云的@@信息@@。
从传感器到手机@@，再到云@@。某些情况下@@，手机可作为网@@关@@@@。具有@@ Wi-Fi 或@@蓝牙功能的@@智能@@手机可以作为网@@关@@@@，用于向云发送数据@@。例如@@@@，Voler 可以帮助开发监测老人身体平衡的@@耳塞@@。他们将数据通过低功耗蓝牙无线技术@@传输至安装了相关应用程序的@@智能@@手机@@。数据也会从智能@@手机发送到云端@@，并在云端做进一步处理或@@者进行共享@@。
智能@@设备@@直接连接云@@。传感器可以使用@@ NB-IoT、LTE-M 或@@ LoRa 等技术@@直接与云连接@@。只要数据速率@@低@@，这些技术@@就能以极低的@@功耗@@实现数英里传输范围@@。这些技术@@通过通常安装在信号塔上的@@设备@@与互联网@@连接@@。它们的@@工作方式与手机大同小异@@，只是数据速率@@和@@功耗要低得多@@。每个月都需收费@@，但一般非常少@@。
规划物联网@@无线通信策略时@@，需要考虑的@@因素包括@@：数据传输量@@、数据源到互联网@@的@@距离@@、需要多大的@@功率@@，以及服务成本@@的@@高低@@（如@@有@@）。智能@@手机的@@广泛使用以及可选择@@ Wi-Fi 或@@蓝牙无线电标准使得连接非常方便@@。NB-IoT 和@@ LTE-M 等较新的@@标准为未来的@@物联网@@提供了更多的@@选择@@。
为什么需要新技术@@@@？
物联网@@仍在不断发展@@。每一次的@@更新换代都会实现更低的@@功耗@@@@、更长的@@无线通信时间和@@更好的@@功能@@。新设备@@可以利用新技术@@@@，并达到更好的@@性能@@。
应考虑如@@何取舍@@
Voler 每次设计可穿戴设备@@或@@任何采用@@电池供电的@@设备@@时@@，客户都会提出如@@下要求@@：
- 长时间工作@@
- 长距离传输大量数据@@
- 采用@@微小型电池@@
这些要求会相互制约@@，需要作出适当取舍@@。工程就是用来作取舍的@@@@。考虑系统功能要求并根据系统要求进行必要的@@工程取舍@@，以获得最佳性能@@。同时提供令人满意的@@用户体验@@，这点非常重要@@。这样做的@@结果@@，就是从众多选择中获得最佳的@@折中设计@@。
权衡考虑@@
- 数据速率@@
- 传输距离@@
- 电池大小@@
- 成本@@
- 许可与未许可频段@@@@@@
- 运营商部署与客户部署@@
- 终端设备@@的@@密度@@
- 在哪里部署@@
- 固件更新@@
- 操作系统的@@驱动程序@@
- 元器件@@/模块选择@@
- 天线@@
- 技术@@成熟度@@
Voler 最近与一家初创公司合作@@，以延长其互联产品的@@@@电池寿命@@。它基于@@Murata 的@@ impModule™，采用@@ Arm® 处理器和@@@@ Wi-Fi 收发器@@。他们需要具有@@数周的@@电池寿命@@@@，实际却是完成原型设计后不到一周@@。Voler 修改了代码@@，以满足所需的@@电池寿命@@@@。原先的@@代码无法按照预期要求工作@@。
在无线传输中@@，必须管理好三件事@@：传输所需的@@功率@@、数据速率@@和@@传输距离@@@@。选择合适的@@无线标准很重要@@。为物联网@@设备@@设计选择无线标准时@@，请参考下表@@@@。该表@@列出了物联网@@设备@@常用的@@无线标准及其特点@@。
表@@ 1：常用无线标准及功能@@。（表@@格来源@@：Voler）
不同的@@无线标准对功率的@@要求不尽相同@@。所需功率取决于数据速率@@和@@传输距离@@@@@@。例如@@@@，参考表@@@@ 1，设备@@使用@@ LTE 蜂窝技术@@以每秒@@ 100 比特的@@传输速率将数据传输一公里@@时@@，可能消耗@@ 120mW。但使用低功耗蓝牙传输@@ 1 米时@@，设备@@可能只需要@@ 0.15 mW 的@@功耗@@。
物联网@@无线标准之比较@@
表@@ 2：无线物联网@@标准比较@@。（表@@格来源@@：Voler）
常见无线选项的@@功率要求@@
如@@果一个设备@@只需在@@ 10 米以内传输数据@@，低功耗蓝牙或@@者蓝牙就足够了@@。但是@@，诸如@@用于库存管理等用于工业@@、商业的@@物联网@@设备@@或@@者用于健康监测的@@可穿戴设备@@就可能需要传输距离@@更远的@@通信技术@@@@，如@@ NB-IoT 或@@ LTE-M。如@@果设备@@需要发送大量数据@@，如@@摄像机@@，低功耗蓝牙无等技术@@就无法满足其要求@@。此时@@，需要选择@@ Wi-Fi 和@@ LTE 等高功率技术@@@@。
另一方面@@，蜂窝无线协议@@ NB-IoT 和@@ LTE-M 可使物联网@@设备@@以低功耗方式将数据传输到很远的@@地方@@。SigFox 也是如@@此@@，其数据传输距离@@可以达到@@ 50 公里@@。但与蜂窝标准的@@高数据速率@@不同@@，SigFox 每秒最多只能传输@@ 300 比特数据@@。
私人@@网@@络与公共@@网@@络@@
私人@@网@@络有一个网@@关@@@@，由提供商为一个或@@有限数量的@@用户负责网@@关@@的@@安装和@@控制@@。一个公共@@网@@络有一个网@@关@@@@，且很多用户使用时可以按月支付费用@@。例如@@@@手机服务@@。
公共@@网@@络需要安装信号塔等基础设施@@。由于信号塔的@@广泛安装@@，目前手机已经广泛普及@@，很容易进行漫游@@。SigFox 和@@ LoRa 在美国的@@基础设施有限@@，因此@@采用@@这种技术@@的@@设备@@在大多数地方无法使用@@。采用@@ LoRa 技术@@时@@，确实可以选择使用了网@@关@@的@@私人@@网@@络@@。
2019 年@@，NB-IoT 和@@ LTE-M 的@@基础设施安装涵盖了@@ 90% 以上的@@美国人口@@。这种技术@@已接近了蜂窝覆盖率@@。这种技术@@已经存在多年@@@@，目前终于可以在新设备@@中使用了@@。世界上大多数主要国家都有基础设施@@。预计@@ NB-IoT 和@@ LTE-M 的@@使用量将迅速增加@@。Sigfox 和@@ LoRa 在公共@@基础设施的@@安装方面远远落后@@。
以下是私人@@和@@公共@@无线选择的@@总结@@。
私人@@
- 通信两端为私人@@所有@@
- 可以安装在任何地方@@
- 未许可频段@@@@
- 安装基站和@@端点的@@费用@@
- 无月费@@
公共@@
- 供应商所拥有的@@网@@络@@——例如@@@@，蜂窝网@@络@@
- 仅存在于有基站的@@地方@@
- 漫游方便@@
- 许可频段@@
- 使用网@@络时按月付费@@
电池技术@@何时才能提高@@@@？
如@@果有更好的@@电池@@，这些取舍问题会迎刃而解@@。化学储能已接近其效率极限@@。不过@@，在更高的@@密度和@@安全性方面@@，目前正在进行大量研究@@。
如@@果电池在过去的@@@@ 50 年@@里像半导体一样发展的@@话@@，你现在就会有一种成本@@只有一美分@@，能为汽车提供动力的@@@@、针头大小的@@电池@@。毋庸置疑@@，这种技术@@根本就没有@@，也永远不会有@@。因此@@，设备@@受到化学储能所需空间@@的@@限制@@。
今天的@@电池约占最终化学能源存储量的@@@@ 10％，就像汽油一样@@。然而@@，汽油有一个安全问题@@。另一个更有效的@@选择是核能@@，但同样存在安全问题@@，更不用说便携性了@@。未来的@@电池会有渐进式改进@@，但这种变化会很缓慢@@。
考虑成本@@@@
许多物联网@@设备@@制造商为了保持产品的@@价格优势和@@更快的@@产品上市时间@@，而造成了在安全方面投资不足@@。在开发阶段整合安全问题会大大增加开发成本@@和@@时间@@。然而@@，以薄弱的@@物联网@@安全性构建物联网@@设备@@@@，不仅会给客户造成更多的@@破坏性后果@@，还会给制造商的@@品牌带来破坏性结果@@——具体表@@现为生产力削弱@@、法律@@/合规性罚款@@、声誉受损和@@货币损失@@。
为物联网@@设备@@选择的@@无线标准会显著影响其性能@@、可用性@@、安全性和@@可靠性@@。最适合的@@物联网@@设备@@标准取决于其应用@@。了解设备@@的@@用途有助于确定构建设备@@时的@@关键要求@@，例如@@@@需要多大的@@功率@@才能有效地运行@@，应该以多快的@@速度传输数据@@，以及电池需要多长的@@续航时间等@@。
Voler System 的@@物联网@@设备@@开发专家团队可以在如@@何选择合适的@@物联网@@及其无线标准方面为设计人员提供指导@@。立即联系物联网@@专家@@，了解更多关于为任何物联网@@设备@@设计选择合适的@@无线标准的@@信息@@。
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