怎樣選擇物聯網通信技術
通信技術,作為一項基礎技術,其對于物聯網產品與方案來說十分重要。通信技術在物聯網產業的地位,可謂舉足輕重。那,我們該怎樣選擇物聯網通信技術?

怎樣選擇物聯網通信技術
1.覆蓋范圍
覆蓋范圍是指節點(終端)和網關(基站)的有效通信范圍,是衡量通信技術的一個重要指標。物聯網的應用通常是具備數據量小、設備數量多、分布散等特點,因此覆蓋范圍便是很重要的一個因素。覆蓋范圍越大需要的基站數量也就越少,同時基站和布設的成本以及難度也會大大降低。大家可以計算一下假設一個藍牙基站300塊可以覆蓋50米的范圍,一個LoRa基站5000塊可以覆蓋3000米的范圍,那么如果想覆蓋3000米的范圍需要使用多少藍牙基站呢?布設成本又是多少?(注:這僅僅是從覆蓋范圍做的假設,實際不會只考慮著一個因素)
從上面可以看出來在覆蓋范圍上LoRa、NB-IOT、ZETA的覆蓋范圍都是在數十公里上的,ZigBee和藍牙都是在百米以內。如果你的應用場景需要覆蓋范圍廣是硬性指標,那么就不用考慮后面兩種了。從上圖可以看來,通常情況下通訊頻段越低其覆蓋范圍越大,這里主要是因為越低的頻段在空氣和物體中傳播時衰減越小,反之亦然。
2.通信速率
通信速率是節點或網關在一定時間內可以傳輸數據的數量。假設一個網關的通信速率是10kbps(1280字節),一個傳感器的一次數據是8字節。那么也就是說這個網關或節點最多每秒可以收發1280字節/8字節=160個傳感器的數據。當然這只是理論值,實際會因避免數據沖突以及數據下發等因素影響。通訊速率和網關的信道數量有關,信道越多速率越高。
在常用通訊技術上來說一般是速率越高越好,不過在物聯網行業本身特性就沒有特別大的數據量需要傳輸,因此在考慮通訊速率時主要考慮在一個區域下有多少設備?會產生多大的并發數據量?什么通訊技術的網關可以承載這些數量,以此選擇適合的通訊技術并預留一些冗余即可。
3.通信頻段
頻段指的是電磁波的頻率范圍,單位為Hz,我們常說的2.4G或5GWIFI其實指的就是頻段。無線電的頻段是有免授權和授權兩種類型的,像是WIFI用的2.4G、5G和LoRa在中國使用的470~510MHz等都是免授權頻段,因此我們可以直接免費使用。還有一些頻段是受國家管制的,是需要向國家申請才可使用。因此我們選擇頻段的時候需要考慮頻段是否需要授權,如果是非授權頻段也要考試頻段是否擁擠?以及如何處理同頻段干擾問題。
無線電的頻段越高其數據的傳輸速率也就越高,當然功耗隨之增加。物聯網行業很多的設備通常都是數據量小、使用電池供電,所以需要設備盡可能降的低功耗,像是WiFi這種高功耗的通訊技術使用場景就非常有限了,通常只會用在小范圍內的有源設備上。
4.運營商網絡&私有網絡
運營商網絡是指聯通、移動、電信等公司搭建的通訊網絡,這類網絡的網關是運營商搭建的,因此是不可以通過此類網絡實現本地設備的局域網通訊,也無法實現本地多數據源的邊緣計算。運營商網絡覆蓋范圍大、信號穩定、用戶接入即可使用,當然也是需要支付通訊費用。
在第一張圖中除了4G、NB-IOT是運營商網絡之外,像是LoRa、WiFi、Zigbee、藍牙、ZETA、RFID等技術都可以搭建私有的局域網絡。這類網絡需要用戶建造網關組網,相對運營商網絡來說這類網絡不需要通訊費用,也可以利用其局域網特性實現本地多數據源的邊緣計算。但是基站的布設和維護成本高,所以需要根據業務場景考慮使用什么方式的網絡更加合適。
像是共享單車這類數據量小、設備分散且不固定的應用場景,使用運營商網絡是最適合的,但如果是場地固定、設備集中或需要多數據源以及大量數據的邊緣計算場景,那么搭建私有網絡是比較合適的,這樣會省去很多通訊費用,并且數據的響應速度也會比較快。
5.功耗
功耗是物聯網行業一直要做取舍和頭疼的問題,除了上面說的頻段越高,傳輸速率越大,能耗越高之外,還有一個影響功耗的因素就是通訊協議。像是WIFI這類通訊協議相對比較復雜,并且會保持長連接,因此會比較費電。而像是LoRa、ZigBee、NB-IOT這類技術的通訊協議簡單報文長度短,且具備多種工作模式,可以根據應用場景調整工作模式從而實現減低功耗的目的。
6.單跳&多跳通訊
單跳的通訊方式是節點——網關——云端,也就是說節點的數據通過網關直接上云,不可以在網關之間進行路由轉發。這種方式單個網關的信號范圍就是其可以使用的范圍,如果想覆蓋更大或更遠的范圍則只能增加網關,但是每個網關需要連接以太網進將數據上云,因此網關的聯網成本和復雜度較高,需要網關布設的地方同時具備電源和網絡覆蓋。
多跳通訊方式是節點——網關——中繼——云端的架構,也就是說數據可以在網關和中繼之間做路由跳轉,最后通一個網關將多個中繼下終端的數據上云。這種多跳方式可以通過增加中繼覆蓋更大或更遠的范圍,并且只需要一個網關具備數據上云能力即可。這樣的話哪些中繼設備只需要有電源供應即可,甚至可以使用電池供電,這樣布設成本和布設難度將大大降低。這種方式最適合的應用場景是高壓線路的通訊等范圍大、數據量小方面的應用,因為一般高壓電基站都是在空曠的田野或山區中假設,相聯網相對比較麻煩,通過多跳通訊只要一個網關能聯網上云就可以帶動很多網關的數據上云。
LoRa等通訊都是屬于單跳通訊,ZETA、ZigBee、WIFI、藍牙等通訊是屬于多跳通訊。在使用多跳通訊的時候需要注意的是上云網關通訊速率的大小直接限制了通過它上云網關的總通訊速率大小。
通信技術,它處于物聯網產業中的核心環節,具有不可替代性,起到承上啟下的作用,向上可以對接傳感器等產品,向下可以對接終端產品及行業應用。所以呢,怎樣選擇物聯網通信技術,很有必要了解一番。