物联网协议那么多:究竟LoRa、Cat-M和NB-IoT哪一个是你的菜?

距离第一台非官方的物联网(IoT)设备问世以来,已经过去了近30年。1991年,剑桥大学特洛伊计算机实验室楼下的咖啡壶被改造成了联网设备,科学家们编写了一套程序,并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机,镜头对准咖啡壶,利用计算机图像捕捉技术,将咖啡壶的状态信息传递到实验室的计算机上,以方便工作人员随时查看咖啡是否煮好,省去了上上下下查看的麻烦。几十年后的今天,物联网还没有从襁褓中走出来,只是慢慢朝着我们期待的大范围内被部署所发展。

在过去的10年里,物联网技术变得更加经济有效。设备成本更便宜、更节能,体型也更小,而且功能也越来越优化,可以在物联网架构中扮演特定的角色,以创建新的业务模型。在接下来的20年里,我们可以将一万亿台设备连接到互联网上。连接的设备越多,就越能够发现更多的业务改进机会,并利用物联网来实现这些机会。

现在,必要的物联网技术已经接近成熟,功能性物联网解决方案也正在加速落地。一股物联网的浪潮已经开始冲击市场,它们有着各种各样的架构、功能集和应用程序。虽然在投资物联网硬件或完整的物联网解决方案时需要考虑诸多因素,但了解物联网传感器可用的协议,以及前瞻性的商业决策者如何做出协议的最佳选择,无论是目前还是长期,都是至关重要的。

如何选择物联网协议

物联网协议是物联网系统节点使用的网络语言,对物联网解决方案的整体部署的可行性至关重要。协议规定了物联网解决方案通信的范围、格式和复杂性,并在确定成本和功能性方面发挥关键作用。

因此,如果你对部署你自己的物联网感兴趣,那应该如何选择一个适合的需求和规模的协议呢?有两个关键要素需要考虑:

功耗——传感器需要在电池供电的情况下使用几天、几个月或几年?他们需要多久发送一次数据?是否考虑使用一次性设备,还是使用可替换或可充电的电池?

连通性——通信必须覆盖哪些范围,以及它们需要在每条消息中发送多少数据?蜂窝网络供应商是否能维护我们的连接,或者你更愿意构建私有网络来运行数据?当物联网部署的需求涉及连通性时,通常会考虑:最低要求的物联网设置?用于联网的是家庭或办公室?是否可在普通Wi-Fi网络上运行?所有组件均需连续供电?

对于需要小容量数据传输的较大区域,如农场、校园或城市,独立的低功耗广域网(LPWAN)是最理想的解决方案——LoRaWAN和SigFox是最流行的两种低功耗广域网。当谈到覆盖区域和跨越边界时,像NB-IoT或Cat-M这样的蜂窝协议可能看起来更实用。

当涉及到功耗、覆盖范围和成本时,两者各有优缺点。

让我们研究一下LPWAN技术的具体用例,以及蜂窝物联网部署,以了解这些协议应用于未来物联网解决方案的优缺点。

LPWAN优化的区域网络

如果需要管理一个大型项目,如建筑项目、炼油厂周灯类似的项目,工作人员需要在危险的环境中进行工作时,那跟踪这些工作人员就是很有必要的。可能你已经考虑启用自己的物联网。也许是经营着一家工厂或仓库;也许是管理着一个农场或其他农业领域;也许是负责着一个大的学校或政府建设项目。在所有这些行业中,物联网将产生持久的商业影响,可以创造更高效的流程、节省资金并创造新的收入。对于连接区域比单个小建筑物更大的网络,LPWAN技术通常更具优势。

如果用户部署了一个LoRaWAN网络,而不是连接到蜂窝物联网,那么很可能支付相同或更少的费用,且在部署中拥有更多的元素。虽然成本效益模式将根据业务模式而有所不同,但是LPWAN通常会为用户所期望的覆盖区域提供一个专用区域网络:用户拥有所有的设备、网络和通过网络传输的数据。所以,当蜂窝网络宕机或发射塔故障时,用户不必担心物联网部署失败,也不必等待供应商来修复它。

若用户安装了自己的LPWAN,那么当出现问题时,用户将负责监视、支持、维护和修理。用户还必须确定如何保护自己的网络。鉴于这些原因,强烈建议你们去部署一个LPWAN,该LPWAN包含打包在一起的整个解决方案。这意味着传感器、网关、云和应用程序是由一家公司创建的,而不是零碎组装的。其优点是,所有的东西都是预先集成的,可以安全地一起工作。

另一个显著的区别是,与蜂窝数据包不同,LPWAN传输并不总是等待接收确认。这可能是一种优势,也可能是一种劣势。用户可以在没有确认的情况下在系统上获得更多的数据,但有时会因为网络拥塞而丢失数据包。

最热门的两个LPWAN协议是LoRaWAN和SigFox。在这两家公司中,LoRaWAN和LoRa技术近年来增长最快,未来五年的增长潜力也最大。SigFox主要在欧洲运营,与LoRaWAN相比,SigFox的数据有效负载更小,因此每台设备的功耗比LoRaWAN要低,但也限制了SigFox用户使用LoRa技术应用某些行业的关键功能,如执行器支持和即时更新。

对于LoRa和LoRaWAN来说,优点就是广泛支持、多功能性和前景。500多家领先的科技公司加入了LoRa联盟。LoRa技术正在不断发展,以适应不断优化的物联网解决方案和新的用例。

远程物联网与蜂窝协议

想象一下,您正在从事备灾或环境监测工作,需要从传感器和数据源组成的跨区域网络分析信息。或者你经营一家租赁公司,需用一种方法在一个不可预知的广阔空间里更密切地跟踪你的设备和车辆。在这些用例中,蜂窝物联网可以改变游戏规则,从遥远的端点收集数据。

虽然有可能出现其他技术,并获得仍在发展中的市场份额,但占据最多市场份额和讨论最多的两种协议是Cat-M和NB-IoT。

其中,窄带物联网(NB-IoT)的电池功耗低,订阅价格可能更低。它提供了更接近LoRa配置要求的低功耗通信和数据大小,从而更容易实现物联网提供商对LPWAN和蜂窝用例的兼容性。

相反,Cat-M可满足更高的数据速率和低延迟通信,如果用户需要从特定的物联网设备收集大文件,或将大量更新推送到物联网端点,Cat-M不失为最佳选手。Cat-M可满足高质量的语音,并将更多地应用于实时应用程序,如车联网。

蜂窝物联网协议提供了一种在区域、全国甚至跨大陆范围内利用物联网数据的方法,而不需要预先建立网关来覆盖区域。相反,供应商已有的基站将传输物联网数据。这也意味着物联网系统将会有和蜂窝网络一样的盲点,如果网络连接被中断——出于维护、订阅限制、紧急情况或其他原因,用户的物联网系统也会宕机。尽管如此,部署的易用性和覆盖范围常常是消费者选择它的理由。

前景

NB – IoT和Cat-M协议的普及程度还有待观察。这两者的推出时间都相对较短,而且还在不断增长,两者的可用性将在很大程度上取决于蜂窝运营商的规划。最终,NB-IoT的低功耗通信将为大多数人以合适的成本提供正确的效益,并最终使其它蜂窝协议相形见绌。然而,LPWAN和LoRaWAN仍有一席之地,特别是对于那些想要覆盖大片地区或拥有专用网络的公司。

也许我们将看到更多的物联网公司转向与协议无关的模型。在这种模型中,用户不需要针对要部署的物联网解决方案来选择通信协议,传感器可以支持多协议。着眼于未来的兼容性,当前部署物联网时,请注意可以考虑哪些协议,并选择一个适合物联网项目的规模、功耗和连接性需求以及该技术的未来都有意义的协议。

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