在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，蜂窩，Wi-Fi和以太網(wǎng)連接已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但物聯(lián)網(wǎng)(IoT)與消費(fèi)電子產(chǎn)品不同，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備不會檢查電子郵件或沉迷于看電影，因此它們不需要消費(fèi)類電子產(chǎn)品中使用的高數(shù)據(jù)速率。
物聯(lián)網(wǎng)解決方案通常由數(shù)百或數(shù)千個連接的邊緣設(shè)備組成。隨著更多邊緣設(shè)備的添加，典型的設(shè)計(jì)約束(例如成本和電源管理)變得越來越大。而隨著規(guī)模的增大，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品連接到互聯(lián)網(wǎng)的方式變得越加重要，甚至可以決定產(chǎn)品的成敗。
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)由連接到同一網(wǎng)絡(luò)的數(shù)百或數(shù)千個設(shè)備組成
下面我們一起來看看IoT應(yīng)用程序中最常用的6種連接方法。
1、以太網(wǎng)
以太網(wǎng)是一種將事物連接到互聯(lián)網(wǎng)的快速而可靠的方法。以太網(wǎng)常見于工業(yè)和樓宇自動化中，它在包含同一網(wǎng)絡(luò)中許多節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。
由于以太網(wǎng)是硬連線的，因此它本質(zhì)上也是一種非常安全的連接方法。還可以通過以太網(wǎng)供電(PoE)通過以太網(wǎng)電纜為設(shè)備供電，從而無需單獨(dú)的電源模塊。
但是，硬接線確實(shí)帶來了重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并且并非對每個應(yīng)用程序都有意義。
通過以太網(wǎng)連接的節(jié)點(diǎn)必須靠近路由器。即使在諸如家庭和樓宇自動化之類的短距離應(yīng)用中，以太網(wǎng)電纜也是如此龐大，以至于管理和隱藏電線仍然是一個重大挑戰(zhàn)。
在現(xiàn)代建筑中，自動化照明系統(tǒng)在施工過程中需要進(jìn)行硬接線，但是在未為其設(shè)計(jì)的建筑中安裝以太網(wǎng)IoT系統(tǒng)通常是不可行的。
2、無線上網(wǎng)
作為Internet連接的必備工具，Wi-Fi的無線性質(zhì)非常吸引人。它受到主流設(shè)備的廣泛支持，并且不包含以太網(wǎng)的硬接線約束。?Wi-Fi是消費(fèi)電子產(chǎn)品中最受歡迎的Internet連接選項(xiàng)，它帶來了高速和無線連接的好處。
盡管得到了普及，但將Wi-Fi功能添加到嵌入式設(shè)計(jì)中通常很復(fù)雜。Wi-Fi之所以吸引人，是因?yàn)樗鼰o線且快速，但是這些功能是以安全漏洞和功耗為代價(jià)的。因此，基于Wi-Fi的IoT設(shè)計(jì)要求工程師精心平衡安全性，功耗和成本。
幸運(yùn)的是，當(dāng)今存在解決方案來幫助工程師克服這些障礙。使用針對IoT優(yōu)化的Wi-Fi模塊將簡化您的設(shè)計(jì)并節(jié)省開發(fā)時(shí)間。諸如WINC1500之類的模塊已通過全面認(rèn)證，支持安全協(xié)議，并針對電池供電的設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)了Wi-Fi連接，而不會影響成本和功耗。?
3、低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)
在消費(fèi)產(chǎn)品中不太常見，因此您可能不熟悉它們。但是，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的很大一部分卻是在廣域應(yīng)用中，例如環(huán)境監(jiān)控。
使用廣域網(wǎng)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控的好處在于，我們可以監(jiān)控農(nóng)村，近海和通常無法進(jìn)入的區(qū)域。但問題在于這些地點(diǎn)在農(nóng)村，近海地區(qū)，通常無法到達(dá)。因此，我們無法給在Mariana海溝中浮動的設(shè)備快速充電或連接莫哈韋沙漠中的Wi-Fi。
農(nóng)業(yè)是LPWAN的完美應(yīng)用，因?yàn)檫@些網(wǎng)絡(luò)可以用很少的功率覆蓋大片區(qū)域。
典型的LPWAN使用范圍似乎徘徊在10公里左右。數(shù)據(jù)的傳輸速度非常慢，但是除非您的IoT解決方案正在檢查電子郵件和流視頻，否則您可能不需要高速連接。
盡管LPWAN通常用于農(nóng)業(yè)和遠(yuǎn)程應(yīng)用中，但它們并不是唯一的。城市使用率在不斷增長，北美最大的LPWAN商業(yè)IoT部署之一用于跟蹤拍賣場中的車輛。
有兩種常見的LPWAN協(xié)議：LoRaWAN(來自Long Range或LoRa)和Sigfox。兩者之間的區(qū)別是成本。Sigfox是一項(xiàng)基于訂閱的服務(wù)，其運(yùn)作方式與蜂窩網(wǎng)絡(luò)類似。如果您所在地區(qū)有Sigfox，則可以通過訂閱與本地提供商聯(lián)系。借助LoRaWAN，開發(fā)人員可以通過創(chuàng)建“自己動手”網(wǎng)絡(luò)來避免訂閱費(fèi)用，但是大多數(shù)人仍然選擇使用本地網(wǎng)絡(luò)提供商的LoRa網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)并按使用費(fèi)付費(fèi)。
4、蜂窩電話
除了極度偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋了整個世界。對于需要此范圍的嵌入式系統(tǒng)，蜂窩是唯一的選擇。
但是，它很昂貴。您必須使用提供商，未經(jīng)政府監(jiān)管部門批準(zhǔn)，您無法建立自己的網(wǎng)絡(luò)。每個節(jié)點(diǎn)的嵌入式組件和提供商訂閱的成本通常超過了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋范圍所帶來的好處。
也就是說，區(qū)分用于連接事物的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和您每月為手機(jī)支付的賬單非常重要。物聯(lián)網(wǎng)專用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)正在涌現(xiàn)，以與LPWAN競爭。
不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)是LTE CAT-M。M代表“機(jī)器”，是針對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化的低速，低成本，低功耗的選擇。雖然您的手機(jī)賬單可能很大，但是CAT-M計(jì)劃每月大約需要$ 7，才能獲取5 MB的數(shù)據(jù)。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接的其他選項(xiàng)是CAT-0，CAT-1和更新的NB-IoT(“窄帶”為NB)。
隨著5G的推出，我們可以預(yù)期它將推動物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新。5G的更高速度可以在尖端的IoT應(yīng)用(例如自動駕駛汽車)中取得更大的進(jìn)步，盡管其價(jià)格要比面向IoT的網(wǎng)絡(luò)更高。5G覆蓋范圍不及LTE或3G普及，但它正在擴(kuò)展。一些行業(yè)分析師預(yù)測，在未來五年中，5G將達(dá)到全球人口的20%。
5、衛(wèi)星
小區(qū)覆蓋可能會覆蓋大多數(shù)人口稠密的世界，但是如果您想在散布，荒涼的地區(qū)連接事物怎么辦?
衛(wèi)星連接用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如蜂窩服務(wù)未涵蓋的地球偏遠(yuǎn)地區(qū)的運(yùn)輸物流。雖然預(yù)計(jì)隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展會發(fā)生變化，但是開發(fā)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序并不像其他連接選項(xiàng)那樣容易。
許多衛(wèi)星星座保留供國防使用，但是您可以從Iridium和ORBCOMM購買模塊。
雖然衛(wèi)星對于小區(qū)服務(wù)未涵蓋的世界偏遠(yuǎn)地區(qū)是有益的，但目前針對商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使用的選擇受到限制。
6、藍(lán)牙
您可能已經(jīng)很熟悉藍(lán)牙。藍(lán)牙經(jīng)典版和藍(lán)牙低功耗(BLE)的最大范圍都超過100米，但通常用于相距不超過幾米的設(shè)備。在日常生活中，我們在手機(jī)和PC的附件中看到了藍(lán)牙–耳機(jī)，鍵盤和顯示技術(shù)。
藍(lán)牙非常適合消費(fèi)類電子產(chǎn)品，因?yàn)樗哂械凸?BLE極低的功耗)，廣泛的支持并且可以快速配對。
與Wi-Fi不同，藍(lán)牙不會直接連接到Internet。您將需要設(shè)置網(wǎng)關(guān)以連接到Internet。雖然設(shè)置自己的網(wǎng)關(guān)似乎令人生畏，但通常就像連接到也連接到Wi-Fi的移動設(shè)備一樣容易。
藍(lán)牙5.0是最近的更新，擴(kuò)展了藍(lán)牙的范圍，因此可以在家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中使用。盡管Bluetooth Classic和Bluetooth LE通常用于連接相距僅數(shù)米的設(shè)備，但您可以將整個家庭與Bluetooth 5.0連接。擴(kuò)展范圍將藍(lán)牙帶入了家庭自動化，照明和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
結(jié)語：
綜合來看，Wi-Fi和藍(lán)牙等常用網(wǎng)絡(luò)通常是評估和探索物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的最簡單方法，因?yàn)閮烧卟恍枰⒆约旱木W(wǎng)關(guān)或?yàn)樘峁┥谈顿M(fèi)。
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