工业物联网中如何选择无线模块？

本文简要概述了目前市场上的一些选择，并描述了每种选择的优缺点，各个技术在传输距离、数据吞吐量、电池寿命与延迟之间的平衡。为物联网设备选择无线技术是使人头疼的问题，只有充分考虑搭建的整个系统的每个细节，才能全面了解其优点和劣势。

端点:

这就是物联网中“物”。它能够是一个恒温器、门锁、GPS跟踪器或洗碗机。它是经过传感器收集数据、远程控制或二者兼而有之的能力来创造商业价值的设备。

接入点:

这是一种从一个或多个终端接收数据的无线设备，一般链接到互联网。对于蓝牙来讲，它一般是一部手机。对于基于蜂窝网络设备，接入点在信号塔上。对于WiFi来讲，接入点是路由器。对LoRa来讲，接入点被称为网关，它们的功能相似于WiFi路由器。

后台服务器:

一旦无线数据到达访问点，它一般被发送到互联网上的服务器上——例如，“云”——一个运行的程序。

选择物联网连接的关键问题

一、如何处理客户和配置?

在工业物联网应用中，弄清楚销售渠道中的终端设备如何与特定客户相关联是一个重要的问题。一样具备挑战性的是，客户的各类设备如何进一步细分为所需的位置、角色或配置。

二、如何保证传输安全?

因为任何人均可以接收到无线电波，所以传输加密一般是必须的。加密须要一些“秘密”

一开始双方都知道。这个秘诀一般用于建立“会话”，所以每一个端点的数据以不一样的方式加密。在WiFi系统中，秘诀一般是AES

密码。在移动终端上，能够在SIM卡上。对于蓝牙，它能够是一个密码或共享的应用密钥。

三、与接入点技术相关的痛点是什么?

例如，对于蜂窝网络，将不得不向移动运营商支付网络访问费用并在设备级别管理SIMS和链接。对于WiFi，您的系统只能在终端设备“知道”如何加入网络的状况下运行。由于潜在的风险，注重安全的工业或企业客户可能不肯意在其网络上启用WiFi。对于网状技术，面临的挑战是保证节点密度足够高以确保可靠的性能。

WiFi

WiFi几乎不须要介绍。极可能，几乎每一个读这篇文章的人都很是熟悉WiFi。WiFi标准化是IEEE的最高成就之一，IEEE将WiFi标准化为802.11。已经有许多先进的WiFi，随着时间的推移，“b”进展到更高的性能“ac”。(请注意，有许多WiFi标准从未被采用。)

WiFi的基本前提是互操做性。一个供应商的接入点几乎老是与另外一个供应商的WiFi端点一块儿工做。使用品牌名称“WiFi”一般表示设备已被认证为符合标准且可互操做。

因为WiFi是彻底基于TCP/IP协议，经过WiFi进行通讯的设备被称为“在互联网上”。这意味着任何支持wifi的主机都是它所链接的局域网(LAN)的一部分。这可能会引起安全问题，由于IT部门可能没法像保护Windows笔记本那样保护和管理与ios链接的WiFi端点。

许多企业都强烈认为，无线链接的第三方设备构成了巨大的安全风险。著名的黑客事件是由空调设备引发的，这些设备接入了公司WiFi网络。

即便你成功地把你的无线链接设备卖给了一个容许使用WiFi的企业，你仍然面临着一场艰巨的任务，花钱请人在每个链接的设备中设置凭证是很是繁琐的。若是更改，整个过程可能不得不重来，而若是放弃设置密码，就会容易被侵入。

理想的工业WIFI用例

•工厂中的条形码扫描器

•链接机器

优点

•几乎无处不在的企业网络覆盖

•便宜的芯片组和wifi模块

•若是应用程序和轮询率设计得很好，则能够是高效的

注意事项

•加入WiFi网络的第三方设备容易被黑客利用

•凭证的提供是困难的

蓝牙

和WiFi同样，蓝牙也是大多数设计师熟悉的东西。虽然蓝牙在电子产品领域很是流行，可是咱们已经看到了在工业领域中蓝牙愈来愈被普遍的应用。这主要是由于蓝牙是市场上成本最低的无线技术，无需资费，只有模块费用，一块低功耗蓝牙模块不到20人民币。

然而，蓝牙是一种短程技术。只有在同一房间内使用时好使。所以，咱们看到的许多客户将蓝牙与另外一种无线技术进行配对:一个区域内的数十个端点链接到一个主设备，该设备充当蓝牙接入点。而后，该设备使用另外一种链接方式与后端通讯。例如，工厂可能有一个用于照明的蜂窝和蓝牙组合控制。咱们称之为蓝牙桥接。而后，大量端点可使用蓝牙进行廉价的链接，而系统中只有少许设备须要更昂贵的链接技术好比4G。

显然，蓝牙也能够用来链接手机，尽管这在工业领域中并不常见。混合架构—蓝牙端点在可用时使用手机，在不可用时使用桥接。

理想的蓝牙用例

•灯光控制

•距离显示器

优点

•低成本:一次性或竞争性产品线。

•电池寿命长

注意事项

•很短的传输距离

•终端和接入点进行秘钥协调

•须要接入点(特定于手机或专门的网关)

蜂窝网(M2M)

使用蜂窝网络链接工业物联网设备对许多公司来讲是一个有吸引力的选择。蜂窝网络存在于大多数地方，网络管理是别人的问题，但这些优点是有代价的。

在4G或NB-IoT等先进技术进入市场以前，M2M终端机所占用的网络资源每每超过其所占的份额——这些资源本能够更有利手机的使用。咱们见过的每月750kB数据的最低价格是每台设备不到5元，若是它符合您的商业模式，那就太好了。若是没有，可能会很是昂贵。

蜂窝终端设备成本是一个重要的考虑因素

芯片认证是一个使人困惑和沮丧的领域。一种新的移动终端芯片将花费近百万人民币的认证和测试投入市场。即便是基于模块的设计也要花费2万美圆甚至更多。

另外一个须要考虑的问题是，蜂窝设备(目前已有协议)须要至关大的功率来维持网络链接。这是3GPP致力于提升物联网的蜂窝标准的主要缘由之一(芯片成本是另外一个缘由)。

理想的蜂窝M2M用例

•GPS远程信息处理追踪器

•智能电表

•车联网

优点

•无处不在的网络覆盖

注意事项

•常常成本

•昂贵的芯片组

•电池寿命短

•昂贵的认证

Sigfox/LoRaWAN（低功耗广域网）

咱们已经写了大量关于低功耗，广域网(LPWAN)技术的文章。

这些网络的最大缺点是它们并不是无处不在。所以，它们仅适用于在特定地理区域的解决方案。想要在不一样地点迅速部署物联网解决方案的公司可能不得不等待网络覆盖的增长，等运营商把基站建过去。

这些网络还须要作一些工做来简化设备供应和身份识别。

若是没有相似SIM卡的概念，每一个端点和惟一ID号须要专门设置。

理想的用例

•自动抄表

•GPS跟踪设备(在指定区域)

优点

•权力有效

•便宜的芯片

•低认证成本

注意事项

•低数据吞吐量

•网络并不是无处不在

•未经许可的频段不能保证服务质量。

•当前的供应和关键管理计划使大规模生产变得困难。

总之

无线链接市场上有几家公司，但它们都有发展空间。WiFi、蓝牙、蜂窝、ZigBee、Z-Wave、Thread、802.15.四、6LoWPAN、Sigfox、LoRaWAN、Ingenu、Symphony Link都有优缺点。在选择无线技术以前，若是您可以理解并识别与配置、安全性、成本、访问以及上面概述的考虑因素有关的潜在问题，那么您就可以为您的场景作出最佳选择。