物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序中常用的六種連接方法介紹

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(huì)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(gè)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(lái)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。

六大常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)連接方法

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(gè)設(shè)備組成 下面我們一起來(lái)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(jiàn)于工業(yè)和樓宇自動(dòng)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(guò)以太網(wǎng)供電（PoE）通過(guò)以太網(wǎng)電纜為設(shè)備供電，從而無(wú)需單獨(dú)的電源模塊。 但是，硬接線確實(shí)帶來(lái)了重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并且并非對(duì)每個(gè)應(yīng)用程序都有意義。 通過(guò)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(dòng)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(gè)重大挑戰(zhàn)。 在現(xiàn)代建筑中，自動(dòng)化照明系統(tǒng)在施工過(guò)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(wú)線上網(wǎng)

作為Internet連接的必備工具，Wi-Fi的無(wú)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(lái)了高速和無(wú)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(wú)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(lái)幫助工程師克服這些障礙。使用針對(duì)IoT優(yōu)化的Wi-Fi模塊將簡(jiǎn)化您的設(shè)計(jì)并節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。諸如WINC1500之類的模塊已通過(guò)全面認(rèn)證，支持安全協(xié)議，并針對(duì)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(huì)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(jiàn)，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(wú)法進(jìn)入的區(qū)域。但問(wèn)題在于這些地點(diǎn)在農(nóng)村，近海地區(qū)，通常無(wú)法到達(dá)。因此，我們無(wú)法給在Mariana海溝中浮動(dòng)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(zhǎng)，北美最大的LPWAN商業(yè)IoT部署之一用于跟蹤拍賣(mài)場(chǎng)中的車(chē)輛。 有兩種常見(jiàn)的LPWAN協(xié)議：LoRaWAN（來(lái)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(guò)訂閱與本地提供商聯(lián)系。借助LoRaWAN，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)創(chuàng)建“自己動(dòng)手”網(wǎng)絡(luò)來(lái)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(gè)世界。對(duì)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(mén)批準(zhǔn)，您無(wú)法建立自己的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的嵌入式組件和提供商訂閱的成本通常超過(guò)了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋范圍所帶來(lái)的好處。 也就是說(shuō)，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(jìng)爭(zhēng)。 不斷增長(zhǎng)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(duì)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(dòng)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(dòng)駕駛汽車(chē)）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(cè)，在未來(lái)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(huì)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(huì)發(fā)生變化，但是開(kāi)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(guó)防使用，但是您可以從Iridium和ORBCOMM購(gòu)買(mǎi)模塊。 雖然衛(wèi)星對(duì)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(duì)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(guò)100米，但通常用于相距不超過(guò)幾米的設(shè)備。在日常生活中，我們?cè)谑謾C(jī)和PC的附件中看到了藍(lán)牙–耳機(jī)，鍵盤(pán)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模˙LE極低的功耗），廣泛的支持并且可以快速配對(duì)。 與Wi-Fi不同，藍(lán)牙不會(huì)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(dòng)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(gè)家庭與Bluetooth 5.0連接。擴(kuò)展范圍將藍(lán)牙帶入了家庭自動(dòng)化，照明和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。

結(jié)語(yǔ)：

綜合來(lái)看，Wi-Fi和藍(lán)牙等常用網(wǎng)絡(luò)通常是評(píng)估和探索物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的最簡(jiǎn)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)。