工業物聯網中如何選擇無線模組?
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、資料吞吐量、電池壽命與延遲之間的平衡。為物聯網裝置選擇無線技術是令人頭疼的問題,只有充分考慮搭建的整個系統的每一個細節,才能全面瞭解其優勢和劣勢。
端點:
這就是物聯網中“物”。它可以是一個恆溫器、門鎖、GPS跟蹤器或洗碗機。它是通過感測器收集資料、遠端控制或兩者兼而有之的能力來創造商業價值的裝置。
接入點:
這是一種從一個或多個終端接收資料的無線裝置,通常連線到網際網路。對於藍芽來說,它通常是一部手機。對於基於蜂窩網路裝置,接入點在訊號塔上。對於WiFi來說,接入點是路由器。對LoRa來說,接入點被稱為閘道器,它們的功能類似於WiFi路由器。
後臺伺服器:
一旦無線資料到達訪問點,它通常被髮送到網際網路上的伺服器上——例如,“雲”——一個執行的程式。
選擇物聯網連結的關鍵問題
1、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裝置如何與特定客戶相關聯是一個重要的問題。同樣具有挑戰性的是,客戶的各種裝置如何進一步細分為所需的位置、角色或配置。
2、如何保證傳輸安全?
由於任何人都可以接收到無線電波,因此傳輸加密通常是必須的。加密需要一些“祕密”
一開始雙方都知道。這個祕訣通常用於建立“會話”,因此每個端點的資料以不同的方式加密。在WiFi系統中,祕訣通常是AES
密碼。在移動終端上,可以在SIM卡上。對於藍芽,它可以是一個密碼或共享的應用金鑰。
3、與接入點技術相關的痛點是什麼?
例如,對於蜂窩網路,將不得不向移動運營商支付網路訪問費用並在裝置級別管理SIMS和連線。對於WiFi,您的系統只能在終端裝置“知道”如何加入網路的情況下執行。因為潛在的風險,注重安全的工業或企業客戶可能不願意在其網路上啟用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效能。
WiFi
WiFi幾乎不需要介紹。很可能,幾乎每個讀這篇文章的人都非常熟悉WiFi。WiFi標準化是IEEE的最高成就之一,IEEE將WiFi標準化為802.11。已經有許多先進的WiFi,隨著時間的推移,“b”進展到更高的效能“ac”。(請注意,有許多WiFi標準從未被採用。)
WiFi的基本前提是互操作性。一個供應商的接入點幾乎總是與另一個供應商的WiFi端點一起工作。使用品牌名稱“WiFi”通常表示裝置已被認證為符合標準且可互操作。
由於WiFi是完全基於TCP/IP協議,通過WiFi進行通訊的裝置被稱為“在網際網路上”。這意味著任何支援wifi的主機都是它所連線的區域網(LAN)的一部分。這可能會引發安全問題,因為IT部門可能無法像保護Windows筆記本那樣保護和管理與ios連線的WiFi端點。
許多企業都強烈認為,無線連線的第三方裝置構成了巨大的安全風險。著名的黑客事件是由空調裝置引起的,這些裝置接入了公司WiFi網路。
即使你成功地把你的無線連線裝置賣給了一個允許使用WiFi的企業,你仍然面臨著一場艱鉅的任務,花錢請人在每一個連線的裝置中設定憑證是非常繁瑣的。如果更改,整個過程可能不得不重來,而如果放棄設定密碼,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
•連線機器
優勢
•幾乎無處不在的企業網路覆蓋
•便宜的晶片組和wifi模組
•如果應用程式和輪詢率設計得很好,則可以是高效的
注意事項
•加入WiFi網路的第三方裝置容易被黑客利用
•憑證的提供是困難的
藍芽
和WiFi一樣,藍芽也是大多數設計師熟悉的東西。雖然藍芽在電子產品領域非常流行,但是我們已經看到了在工業領域中藍芽越來越被廣泛的應用。這主要是因為藍芽是市場上成本最低的無線技術,無需資費,只有模組費用,一塊低功耗藍芽模組不到20人民幣。
然而,藍芽是一種短程技術。只有在同一房間內使用時好使。因此,我們看到的許多客戶將藍芽與另一種無線技術進行配對:一個區域內的數十個端點連線到一個主裝置,該裝置充當藍芽接入點。然後,該裝置使用另一種連線方式與後端通訊。例如,工廠可能有一個用於照明的蜂窩和藍芽組合控制。我們稱之為藍芽橋接。然後,大量端點可以使用藍芽進行廉價的連線,而系統中只有少量裝置需要更昂貴的連線技術比如4G。
顯然,藍芽也可以用來連線手機,儘管這在工業領域中並不常見。混合架構—藍芽端點在可用時使用手機,在不可用時使用橋接。
理想的藍芽用例
•燈光控制
•距離顯示器
優勢
•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
•需要接入點(特定於手機或專門的閘道器)
蜂窩網(M2M)
使用蜂窩網路連線工業物聯網裝置對許多公司來說是一個有吸引力的選擇。蜂窩網路存在於大多數地方,網路管理是別人的問題,但這些優勢是有代價的。
在4G或NB-IoT等先進技術進入市場之前,M2M終端機所佔用的網路資源往往超過其所佔的份額——這些資源本可以更有利手機的使用。我們見過的每個月750kB資料的最低價格是每臺裝置不到5元,如果它符合您的商業模式,那就太好了。如果沒有,可能會非常昂貴。
蜂窩終端裝置成本是一個重要的考慮因素
晶片認證是一個令人困惑和沮喪的領域。一種新的移動終端晶片將花費近百萬人民幣的認證和測試投入市場。即使是基於模組的設計也要花費2萬美元甚至更多。
另一個需要考慮的問題是,蜂窩裝置(目前已有協議)需要相當大的功率來維持網路連線。這是3GPP致力於提高物聯網的蜂窩標準的主要原因之一(晶片成本是另一個原因)。
理想的蜂窩M2M用例
•GPS遠端資訊處理追蹤器
•智慧電錶
•車聯網
優勢
•無處不在的網路覆蓋
注意事項
•經常成本
•昂貴的晶片組
•電池壽命短
•昂貴的認證
Sigfox/LoRaWAN(低功耗廣域網)
我們已經寫了大量關於低功耗,廣域網(LPWAN)技術的文章。
這些網路的最大缺點是它們並非無處不在。因此,它們僅適用於在特定地理區域的解決方案。想要在不同地點迅速部署物聯網解決方案的公司可能不得不等待網路覆蓋的增加,等運營商把基站建過去。
這些網路還需要做一些工作來簡化裝置供應和身份識別。
如果沒有類似SIM卡的概念,每個端點和唯一ID號需要專門設定。
理想的用例
•自動抄表
•GPS跟蹤裝置(在指定區域)
優勢
•權力有效
•便宜的晶片
•低認證成本
注意事項
•低資料吞吐量
•網路並非無處不在
•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
無線連線市場上有幾家公司,但它們都有發展空間。WiFi、藍芽、蜂窩、ZigBee、Z-Wave、Thread、802.15.4、6LoWPAN、Sigfox、LoRaWAN、Ingenu、Symphony Link都有優缺點。在選擇無線技術之前,如果您能夠理解並識別與配置、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,那麼您就能夠為您的場景做出最佳選擇。