工業物聯網中如何選擇無線模塊？

本文簡要概述了目前市場上的一些選擇，並描述了每種選擇的優缺點，各個技術在傳輸距離、數據吞吐量、電池壽命與延遲之間的平衡。爲物聯網設備選擇無線技術是使人頭疼的問題，只有充分考慮搭建的整個系統的每個細節，才能全面瞭解其優點和劣勢。

端點:

這就是物聯網中「物」。它能夠是一個恆溫器、門鎖、GPS跟蹤器或洗碗機。它是經過傳感器收集數據、遠程控制或二者兼而有之的能力來創造商業價值的設備。

接入點:

這是一種從一個或多個終端接收數據的無線設備，一般鏈接到互聯網。對於藍牙來講，它一般是一部手機。對於基於蜂窩網絡設備，接入點在信號塔上。對於WiFi來講，接入點是路由器。對LoRa來講，接入點被稱爲網關，它們的功能相似於WiFi路由器。

後臺服務器:

一旦無線數據到達訪問點，它一般被髮送到互聯網上的服務器上——例如，「雲」——一個運行的程序。

選擇物聯網連接的關鍵問題

一、如何處理客戶和配置?

在工業物聯網應用中，弄清楚銷售渠道中的終端設備如何與特定客戶相關聯是一個重要的問題。一樣具備挑戰性的是，客戶的各類設備如何進一步細分爲所需的位置、角色或配置。

二、如何保證傳輸安全?

因爲任何人均可以接收到無線電波，所以傳輸加密一般是必須的。加密須要一些「祕密」

一開始雙方都知道。這個祕訣一般用於建立「會話」，所以每一個端點的數據以不一樣的方式加密。在WiFi系統中，祕訣一般是AES

密碼。在移動終端上，能夠在SIM卡上。對於藍牙，它能夠是一個密碼或共享的應用密鑰。

三、與接入點技術相關的痛點是什麼?

例如，對於蜂窩網絡，將不得不向移動運營商支付網絡訪問費用並在設備級別管理SIMS和鏈接。對於WiFi，您的系統只能在終端設備「知道」如何加入網絡的狀況下運行。由於潛在的風險，注重安全的工業或企業客戶可能不肯意在其網絡上啓用WiFi。對於網狀技術，面臨的挑戰是保證節點密度足夠高以確保可靠的性能。

WiFi

WiFi幾乎不須要介紹。極可能，幾乎每一個讀這篇文章的人都很是熟悉WiFi。WiFi標準化是IEEE的最高成就之一，IEEE將WiFi標準化爲802.11。已經有許多先進的WiFi，隨着時間的推移，「b」進展到更高的性能「ac」。(請注意，有許多WiFi標準從未被採用。)

WiFi的基本前提是互操做性。一個供應商的接入點幾乎老是與另外一個供應商的WiFi端點一塊兒工做。使用品牌名稱「WiFi」一般表示設備已被認證爲符合標準且可互操做。

因爲WiFi是徹底基於TCP/IP協議，經過WiFi進行通訊的設備被稱爲「在互聯網上」。這意味着任何支持wifi的主機都是它所鏈接的局域網(LAN)的一部分。這可能會引起安全問題，由於IT部門可能沒法像保護Windows筆記本那樣保護和管理與ios鏈接的WiFi端點。

許多企業都強烈認爲，無線鏈接的第三方設備構成了巨大的安全風險。著名的黑客事件是由空調設備引發的，這些設備接入了公司WiFi網絡。

即便你成功地把你的無線鏈接設備賣給了一個容許使用WiFi的企業，你仍然面臨着一場艱鉅的任務，花錢請人在每個鏈接的設備中設置憑證是很是繁瑣的。若是更改，整個過程可能不得不重來，而若是放棄設置密碼，就會容易被侵入。

理想的工業WIFI用例

•工廠中的條形碼掃描器

•鏈接機器

優點

•幾乎無處不在的企業網絡覆蓋

•便宜的芯片組和wifi模塊

•若是應用程序和輪詢率設計得很好，則能夠是高效的

注意事項

•加入WiFi網絡的第三方設備容易被黑客利用

•憑證的提供是困難的

藍牙

和WiFi同樣，藍牙也是大多數設計師熟悉的東西。雖然藍牙在電子產品領域很是流行，可是咱們已經看到了在工業領域中藍牙愈來愈被普遍的應用。這主要是由於藍牙是市場上成本最低的無線技術，無需資費，只有模塊費用，一塊低功耗藍牙模塊不到20人民幣。

然而，藍牙是一種短程技術。只有在同一房間內使用時好使。所以，咱們看到的許多客戶將藍牙與另外一種無線技術進行配對:一個區域內的數十個端點鏈接到一個主設備，該設備充當藍牙接入點。而後，該設備使用另外一種鏈接方式與後端通訊。例如，工廠可能有一個用於照明的蜂窩和藍牙組合控制。咱們稱之爲藍牙橋接。而後，大量端點可使用藍牙進行廉價的鏈接，而系統中只有少許設備須要更昂貴的鏈接技術好比4G。

顯然，藍牙也能夠用來鏈接手機，儘管這在工業領域中並不常見。混合架構—藍牙端點在可用時使用手機，在不可用時使用橋接。

理想的藍牙用例

•燈光控制

•距離顯示器

優點

•低成本:一次性或競爭性產品線。

•電池壽命長

注意事項

•很短的傳輸距離

•終端和接入點進行祕鑰協調

•須要接入點(特定於手機或專門的網關)

蜂窩網(M2M)

使用蜂窩網絡鏈接工業物聯網設備對許多公司來講是一個有吸引力的選擇。蜂窩網絡存在於大多數地方，網絡管理是別人的問題，但這些優點是有代價的。

在4G或NB-IoT等先進技術進入市場以前，M2M終端機所佔用的網絡資源每每超過其所佔的份額——這些資源本能夠更有利手機的使用。咱們見過的每月750kB數據的最低價格是每臺設備不到5元，若是它符合您的商業模式，那就太好了。若是沒有，可能會很是昂貴。

蜂窩終端設備成本是一個重要的考慮因素

芯片認證是一個使人困惑和沮喪的領域。一種新的移動終端芯片將花費近百萬人民幣的認證和測試投入市場。即便是基於模塊的設計也要花費2萬美圓甚至更多。

另外一個須要考慮的問題是，蜂窩設備(目前已有協議)須要至關大的功率來維持網絡鏈接。這是3GPP致力於提升物聯網的蜂窩標準的主要緣由之一(芯片成本是另外一個緣由)。

理想的蜂窩M2M用例

•GPS遠程信息處理追蹤器

•智能電錶

•車聯網

優點

•無處不在的網絡覆蓋

注意事項

•常常成本

•昂貴的芯片組

•電池壽命短

•昂貴的認證

Sigfox/LoRaWAN（低功耗廣域網）

咱們已經寫了大量關於低功耗，廣域網(LPWAN)技術的文章。

這些網絡的最大缺點是它們並不是無處不在。所以，它們僅適用於在特定地理區域的解決方案。想要在不一樣地點迅速部署物聯網解決方案的公司可能不得不等待網絡覆蓋的增長，等運營商把基站建過去。

這些網絡還須要作一些工做來簡化設備供應和身份識別。

若是沒有相似SIM卡的概念，每一個端點和惟一ID號須要專門設置。

理想的用例

•自動抄表

•GPS跟蹤設備(在指定區域)

優點

•權力有效

•便宜的芯片

•低認證成本

注意事項

•低數據吞吐量

•網絡並不是無處不在

•未經許可的頻段不能保證服務質量。

•當前的供應和關鍵管理計劃使大規模生產變得困難。

總之

無線鏈接市場上有幾家公司，但它們都有發展空間。WiFi、藍牙、蜂窩、ZigBee、Z-Wave、Thread、802.15.四、6LoWPAN、Sigfox、LoRaWAN、Ingenu、Symphony Link都有優缺點。在選擇無線技術以前，若是您可以理解並識別與配置、安全性、成本、訪問以及上面概述的考慮因素有關的潛在問題，那麼您就可以爲您的場景作出最佳選擇。