【技术】解析常见的物联网无线技术类型及应用

时间： 2023-05-28 来源：有人物联官网

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物联网 (IoT) 始于连接性，它的核心是互联网，基于互联网之上，从人与人相连，实现人与物、物与物相连。物联网是一个广泛多样且的领域，工业物联网技术可以实现多种通信解决方案。工业物联网的联网方式多样，例如网状、星形拓扑等。目前工业物联网被广泛应用的是这几种最常见的物联网无线技术。

每个解决方案在各种网络标准中都有其优点和缺点，因此最适合不同的物联网应用场景。

●蜂窝网络传输设备(3G/4G/5G)

蜂窝网络在消费类移动市场中已确立地位，提供可靠的宽带通信，支持各种语音通话和视频流应用。不利的一面是，它们带来了非常高的运营成本和电力要求。

虽然蜂窝网络不适用于大多数由电池供电的传感器网络供电的物联网应用，但它们非常适合工业应用场景，例如工厂流水线的视频监控、冷链物流运输、智慧电力、油品监控、物流中的车队管理。生活中的应用也可以用到，例如智能快递柜、自助售卖机、智能交通监控等，都可以依赖无处不在的高带宽蜂窝连接。

具有高速移动支持和超低延迟的蜂窝下一代 5G 定位为自动驾驶汽车和增强现实的未来。5G 还有望在未来实现用于公共安全的实时视频监控、用于制造业数据集的实时移动传输，以及一些对时间敏感的工业自动化应用，代表设备5G工业路由器。

图 1

以太网传输

以太网是连接有线局域网(LAN)或广域网 (WAN) 中设备的传统技术。它使设备能够通过一套规则或共同的网络语言的协议相互通信。

常见的以太网传输设备——串口转以太网服务器(又称“串口服务器”)，用于使串口设备基于 IP 的网络进行通信。它将串口数据转换为以太网兼容信号，允许网络连接的应用程序和机器远程使用这些信号。串口服务器通过提供有线网络连接充当本地连接外围设备的中间人。这样，组织可以使用未配备本地网络功能的旧设备。

串口服务器的工作，通过创建虚拟串行端口。创建的虚拟 COM 接口模拟物理串行端口，用于将外围设备连接到网络。串口服务器分配 TCP 端口和 IP 地址，以方便用户与连接设备之间的通信。串口服务器还将网络流量路由到指定的串行设备上。

串口服务器具有多种适合不同使用场景的样式和配置。在同一物理办公室的同事之间共享打印机，可以使用串口服务器实现。在需要对连接的设备进行额外控制的情况下，使用更复杂的序列到以太网设备服务器。全加密和身份验证可在以太网串行设备服务器上使用，这些服务器在安全性很重要时(如工业应用或自动装配线)中使用。

LPWAN

低功耗广域网 (LPWAN)是物联网中的新现象。通过在可使用多年的小型廉价电池上提供远程通信，这一系列技术专门用于支持遍布广大工业和商业园区的大规模物联网网络。

LPWAN 可以真正连接所有类型的物联网传感器——促进从资产跟踪、环境监控和设施管理到占用检测和消耗品监控的众多应用。尽管如此，LPWAN 只能以低速率发送小数据块，因此更适合不需要高带宽且对时间不敏感的用例。

此外，并非所有 LPWAN 都是平等的。今天，存在在许可(NB-IoT、LTE-M)和未许可(例如MYTHINGS、LoRa、Sigfox 等)频谱中运行的技术，在关键网络因素中具有不同程度的性能。例如，虽然功耗是基于蜂窝的许可 LPWAN 的主要问题;在采用未经许可的技术时，服务质量和可扩展性是主要考虑因素。如果您想确保长期的可靠性、安全性和互操作性，标准化是另一个需要考虑的重要因素。

在此处了解有关此无线 IoT 技术系列的主要考虑因素的更多信息。

为您的物联网用例选择最佳无线技术，需要准确评估带宽、QoS、安全性、功耗和网络管理。

Cat-1

Cat-1，学术上称为Cat-M1，也称为LTE-M，也是3GPP作为LTE标准第13版的一部分开发的低成本LPWAN技术，也是专为物联网项目构建的低功率宽域 (LPWAN) 蜂窝技术。它是NB-IoT的补充技术，速度更快，上传和下载速度为1Mbps，延迟时间更低，为10到15毫秒。

与大多数 LPWAN 网络一样，Cat1 在远程传输中低量数据时功能最佳。

Cat M1 的平均传输功率为 1.4 MHZ 频谱，传输功率为 20Bm，上传速度平均在 200 kbps 到 400 kbps 之间。

在中低速率市场，Cat-1有诸多优势：

●网络建设方面，Cat1可以无缝接入现有LTE网络当中，无需针对基站进行软硬件升级，网络覆盖成本低;

●芯片成本方面，经过系统优化后，模组的硬件架构更简单，集成度更高，外围硬件成本更低;

●模组方面，市场玩家众多、竞争惨烈，Cat1模组价格不断被拉低。

图 2

无线网络

鉴于 Wi-Fi 在为企业和家庭环境提供高吞吐量数据传输方面的关键作用，几乎无需解释。然而，在物联网领域，其在覆盖范围、可扩展性和功耗方面的主要限制使得该技术不那么流行。

对于由电池供电的物联网传感器的大型网络，尤其是在工业物联网和智能建筑场景中，Wi-Fi 对能源的要求很高，通常不是可行的解决方案。相反，它更适合连接可以方便地连接到电源插座的设备，如智能家居小工具和电器、数字标牌或安全摄像头。

Wi-Fi 6 – 最新的 Wi-Fi 一代 – 大大增强了网络带宽(即 <9.6 Gbps)，以提高拥挤环境中每个用户的数据吞吐量。有了这个，该标准准备好升级公共 Wi-Fi 基础设施，并通过零售和大众娱乐领域的新数字移动服务改变客户体验。此外，用于信息娱乐和车载诊断的车载网络预计将成为 Wi-Fi 6 最具颠覆性的用例。然而，开发可能需要更多时间。

蓝牙和BLE

蓝牙属于无线个域网范畴，是一种短距离通信技术，在消费市场中处于有利地位。经典蓝牙最初用于消费设备之间的点对点或点对多点(最多七个从节点)数据交换。低功耗蓝牙针对功耗进行了优化，后来被引入以解决小规模消费物联网应用。

支持 BLE 的设备大多与电子设备结合使用，通常是用作将数据传输到云的集线器的智能手机。如今，BLE 被广泛集成到健身和医疗可穿戴设备(例如智能手表、血糖仪、脉搏血氧仪等)以及智能家居设备(例如门锁)中，从而可以方便地将数据传输到智能手机并在智能手机上进行可视化。

2017 年发布的蓝牙网状网络规范旨在实现更具可扩展性的 BLE 设备部署，尤其是在零售环境中。BLE 信标网络提供多种室内定位功能，已被用于解锁新的服务创新，例如店内导航、个性化促销和内容交付。

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