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2022年面向物联网的热门无线网络——第二部分:非蜂窝方案

2022-06-08 15:13:58 Pablo Valerio 阅读:
虽然蜂窝技术(主要是4G和5G)可以满足大多数无线应用的连接需求,但考虑到成本、可用性、隐私和功耗等因素,许多组织都在寻找其他可能性。

使用LTE-M和NB-IoT部署基于蜂窝的低功耗连接为大规模物联网应用打开了市场,5G为关键物联网提供了无与伦比的性能和可靠性。然而,许多行业不需要蜂窝网络的高级功能,而是从其他无线技术中寻找更直接的解决方案。1S9ednc

在本系列的第1部分中,我尝试介绍了物联网的不同蜂窝连接模式,包括5G新空口的可能性。虽然蜂窝技术(主要是4G和5G)可以满足大多数无线应用的连接需求,但考虑到成本、可用性、隐私和功耗等因素,许多组织都在寻找其他可能性。1S9ednc

消费类设备的无线网络

在过去十年中,我们家中的联网设备的数量在呈指数级增长。十年前,大多数消费电子设备和电器都缺乏连接性。如今,万物都将互联。1S9ednc

智能音箱、智能电视、家庭安防系统、照明、咖啡机、洗碗机和许多其他智能家居设备都被连接到一个或多个家庭网络。1S9ednc

多年来,大多数设备通过WiFi和/或蓝牙连接到家庭。这些连接标准的优势显而易见:易于安装、价格低廉且随处可用。Thread和Zigbee所使用的另一种无线标准IEEE 802.15.4出现在了一些设备中,从而使这些设备能够直接相互通信。1S9ednc

2019年12月,包括亚马逊、苹果、谷歌和三星在内的几家顶级互联消费设备供应商组成了“IP互联家庭”(CHIP)工作组,现已被更名为“Matter”。1S9ednc

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Matter使能的设备结合使用WiFi、蓝牙低功耗(BLE)和Thread来实现设备和应用之间的互操作性。Matter在更多的物体之间创造了更多的连接,从而促进了制造商的发展和消费品的兼容性。1S9ednc

此外,每台经过认证的设备都来自其制造商,并内置了独特的身份和硬件安全性。将该设备添加到家庭网络非常简单,消费者也不需要处理和更新所有设备的复杂密码。1S9ednc

如今,智能家居设备制造商和OEM厂商可以轻松支持Matter。一些芯片组供应商提供了经过Matter认证的SoC,其中包含适用于不同无线标准的连接调制解调器。1S9ednc

面向大规模物联网应用的LPWAN

如上所述,蜂窝物联网可能不是许多工业、农业和政府应用的最佳选择。1S9ednc

农场中的数千个传感器、城市中的数百万个智能电表或数百个垃圾箱不需要持续进行连接并发送数据。在许多这些应用中,传输的数据量很少,通常是定期的数据突发。1S9ednc

其中许多传感器和执行器将在几年内无需人工干预即可运行,并且在许多情况下,使用相同的电池。1S9ednc

连接这些设备所需要的网络,必须要能在1GHz以下未经许可的频谱中运行,要能覆盖广阔的区域,并且只需设备提供非常少的功率就可以发送/接收数据。1S9ednc

一些连接标准似乎可以应对这个重要而又不断增长的市场,其中两个在全球范围内广受欢迎:LoRa和Sigfox。1S9ednc

LoRa特别适用于远程通信,它使用未经许可的1GHz以下无线电频段,如169MHz、433MHz、868MHz(欧洲)和915MHz(北美)。这些低频段可以实现0.3kbps到50kbps的数据速率。1S9ednc

最近,LoRaWAN已被联合国信息和通信技术(ICT)专门机构——国际电信联盟(ITU)批准为一种标准。该标准名为《ITU-T Y.4480建议书:广域无线网络的低功率协议》,由国际电联电信标准化部门(ITU-T)第20研究组——ITU“物联网、智慧城市和社区”研究组负责。1S9ednc

LoRa作为大多数机器对机器(M2M)应用的新标准进行销售。它使用基于微微蜂窝和网关的未授权无线电,独立于蜂窝运营商工作,这使得LoRa对在广泛区域部署物联网设备的OEM厂商来说非常有吸引力。1S9ednc

LoRaWAN网络在全球大多数国家/地区运行。任何组织若希望使用支持LoRa的设备,都可以设置自己的网络,这类似于WiFi接入点。但是,中小型用户应该得到网络运营商的帮助。通常,每台设备的成本只是蜂窝连接的一小部分。1S9ednc

用户可以下载规范并加入LoRa联盟,任何硬件或网关制造商都可以构建符合LoRa规范的模块或网关。LoRa联盟认为开放能带来采用,因此其成员强调任何人都可以加入联盟并构建硬件来支持它。1S9ednc

最近,亚马逊推出了自己的LoRa网关:Amazon Bridge Pro。这款坚固耐用的设备可使用室内或室外天线并使用LoRa协议连接数百个兼容的物联网设备,距离最远可达5英里(8km)。1S9ednc

根据Dan Jones的文章“It’s Amazon’s Sidewalk, You Just Live On It!”所述,“亚马逊进军LoRa网络提供商领域,对于在全球运行LoRaWAN网络的166家运营商来说可能是个坏消息。”1S9ednc

Sigfox0G网络

2010年,Sigfox在法国成立。该网络现已在75个国家和地区开展业务。该公司总部位于法国,并在马德里、慕尼黑、波士顿、达拉斯、迪拜、新加坡、圣保罗和东京设有办事处。1S9ednc

Sigfox是一种窄带技术。它在868MHz或902MHz未授权频段中使用二进制相移键控(BPSK)无线电传输。它只需要很窄的频谱并通过改变波的相位来对数据进行编码。1S9ednc

与LoRa不同,Sigfox是一个专有网络。该公司在每个国家/地区只提供一个运营商。因此,要使用支持Zigfox的设备,需要与当地运营商达成协议。1S9ednc

对设备制造商来说,任何想要Sigfox端点技术的OEM厂商、芯片组制造商或设备供应商,只要与Sigfox在某些条件上达成一致,Sigfox就会将它提供给它们。ST、Atmel和TI等公司可销售Sigfox调制解调器。Sigfox通过向其网络合作伙伴收取版税来赚钱。1S9ednc

我应该使用什么无线标准?

嗯,这就是重要却难回答的问题!当然,这取决于连接需求(数据速率、延迟、安全性和可靠性)、设备数量、功耗、部署区域和成本。1S9ednc

从不同的蜂窝到LPWAN方案,市场已经充满了可能性。重要的是选择一种具有广泛支持的解决方案,从而能在未来多年运行。1S9ednc

(原文刊登于EDN姊妹网站IoT Times,参考链接:2022 Wireless Networks for IoT – Part 2: non-cellular options,由Franklin Zhao编译。)1S9ednc

本文为《电子技术设计》2022年6月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里1S9ednc

责编:Franklin
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