谁是未来IoT时代无线技术之王?

[导读] 目前,IoT的应用范围极广,而一个更准确的描述就是:大量的碎片化的应用场景。而这正是造成目前IoT发展瓶颈的主要原因。与此特性相吻合,扮演着传递感知物理世界(传感器)信息的无线连接技术,在不断演进的同时,新老技术都在试图吞噬市场份额,并主导未来的IoT应用。从近距离的蓝牙,到中远距离的ZigBee、WiFi、更广泛的蜂窝通信5G,以及不同的组网架构,如NB-IoT、Mesh、LoRa等,都有不同的厂商提供技术与芯片支持。那么,哪种或几种无线技术会在未来IoT应用中扮演主角?

被认为是未来全球电子业发展引擎的物联网(IoT),其发展正在面临瓶颈。

目前,IoT的应用范围极广,而一个更准确的描述就是:大量的碎片化的应用场景。而这正是造成目前IoT发展瓶颈的主要原因。

与此特性相吻合,扮演着传递感知物理世界(传感器)信息的无线连接技术,在不断演进的同时,新老技术都在试图吞噬市场份额,并主导未来的IoT应用。

从近距离的蓝牙,到中远距离的ZigBee、WiFi、更广泛的蜂窝通信5G,以及不同的组网架构,如NB-IoT、Mesh、LoRa等,都有不同的厂商提供技术与芯片支持。

那么,哪种或几种无线技术会在未来IoT应用中扮演主角?

本文将分析目前几个主流无线连接技术的现状、未来可能的发展路径,并最后给出作者的判断和建议。

1.802.11ac: WiFi向IoT的妥协?

WiFi是现在最多家庭和消费者常用的无线通信技术,在消费者用户中最为普及,也最为熟悉。然而,其功耗、频段通信干扰和安全性的问题,使得WiFi在物联网上的应用,并没有拷贝在消费类产品上的受欢迎程度。

现在,新推出的802.11ac作了相应的优化,力图适合嵌入式的物联网应用。

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图:ABI Research对各种WiFi规格的出货数量预测(March 2017)

首先,802.11ac 做了哪些优化?

技术上来讲,802.11ac处于5GHz频段,可以有更多的频段同时更少的干扰,拥有80 MHz带宽256 QAM,连接速度更快。通过动态频道管理,可以有效地提升网络的通畅率和容量,采用标准化的波束赋形(beam-forming),实现更好的性能和更广的覆盖。

相关:NB-IOT基站到底是什么?

自从工信部下发政策文件,要建设150万个NB-IOT基站,并大力铺设NB-IOT网络的消息传开后,物联网业界顿时突然久旱遇甘露般无不欢呼鼓舞,到底什么NB-IOT基站,网络如何组成,数据如何传输,这些问题小编来一一解答:

NB-IOT网络组成

NB-IOT网络包括NB-IOT终端,NB-IOT基站,NB-IOT分组核心网,IOT连接管理平台,和行业应用服务器。需要升级现网基站支持NB-IOT业务,部署NB-IOT业务专用的EPC(CloudEdge),需要新部署IOT连接管理平台。IOT连接管理平台的功能:提供对各种传感器、SIM卡的数据采集、管理功能,同时可以把数据开放给第三方应用系统,让各种应用能快速构建自己的物联网业务。

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NB-IOT网络

什么是NB-IOT基站

NB-IOT基站是移动通信中组成蜂窝小区的基本单元,主要完成移动通信网和UE之间的通信和管理功能。即通过运营商网络连接的NB-IOT 用户终端设备必须在基站信号的覆盖范围内才能进行通信。基站不是孤立存在的,属于网络架构中的一部分,是连接移动通信网和UE的桥梁。基站一般由机房、信号处理设备、室外的射频模块、收发信号的天线、GPS、各种传输线缆等组成。

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NB-IOT基站

如何连接NB-IOT基站

通过以下协议来连接

COAP协议:MCU(NB设备)—NB模块(UE)–eNode—核心网—IOT平台—APP 服务器—手机终端app

UDP协议:MCU(NB设备)—NB模块(UE)–eNode—核心网—UDP 服务器—手机终端数据如何传输

数据如何传输

数据上报是物联网业务中最基础的一项,这里先把几个术语解释下。

南向设备:开发者自行开发的终端硬件设备(包含多个传感器和MCU)。

北向应用:开发者自行开发的服务端应用(基于华为OceanConnect物联网平台提供的RESTful接口)。

NB-IoT:窄带物联网,华为等公司主推的物联网通讯用蜂巢网络。

NB-IoT芯片/模组:类似于3G/4G通信模组,将设备端数据打包发送到指定平台的硬件模块。

SoftRadio:用于模拟NB-IOT模组、基站、核心网的PC端软件,可用于在缺乏NB模组和NB实网环境时的设备对接调试。

OceanConnect:物联网全联接平台,南向设备和北向应用通过该平台交换数据和信令。

设备Profile文件:描述设备“是什么”、“能干什么”的json格式文件,上传到OceanConnect平台(上传时是zip包格式),设备绑定平台和提供服务的关键配置文件。

编解码插件:用来对NB设备上报的数据进行解码,同时对下发给NB设备的信令进行编码的插件,对接前需上传到OceanConnect平台。

终端设备将需要上报的数据通过NB-IoT网络发送到华为物联网平台,而后北向应用通过RESTful接口获取这些数据(或平台主动推送已订阅的数据)。

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数据上报流程

流程:

1、南向设备采集数据、并将数据按自定义规则进行编码,例如:将温湿度实时数据编码成000102;

2、设备通过串口,以AT命令的形式,发送已编码数据到NB-IoT模组或SoftRadio模拟器;

3、 NB-IoT芯片/模组或SoftRadio模拟器,接收到AT命令后,将payload后,自动封装为CoAP协议的消息,并发送给事先配置的物联网平台;

4、物联网平台收到数据后,自动解析CoAP协议包,根据设备profile文件,找到匹配的编解码插件,对payload进行解析,解析为与设备profile中描述的service匹配的json数据,并存于平台之上;

5、 应用服务器通过北向数据查询接口(RESTful)获取平台上的数据;同时也可以提前调用订阅接口,对数据变化进行订阅,则之后所有的数据变化,平台都会通过POST消息,发送到制定的服务器。

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工业IoT应用的无线要求

目前,大家都在谈工业物联网 (Industrial Internet of Things ―IIoT)以及对于工业传感器之无线连接能力的关联需求。对工业界来说,给机器、泵、流水线和轨道车辆等物件装备传感器的概念并不新鲜。为特定用途而设计的传感器和网络已在工业环境中激增,从炼油厂到生产线均在其列。

历史上,这些网络在网络可靠性和安全性方面遇到了一个很高的门槛,完全无法利用消费类技术来应对。特别地,这些传感器实现联网的方法决定了在工业应用特有的严苛环境中是否能够以安全、牢固和具成本效益的方法来部署传感器。

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首先要考虑的是可靠性和安全性。与消费类应用不同,成本往往是消费类应用中最重要的系统属性,而工业应用一般是把可靠性和安全性列为榜首。在OnWorld对工业无线传感器网络(WSN) 用户所做的全球性调查中,可靠性和安全性被受访者举出为两个最重要的问题。如果您考虑到一家公司生产商品的盈利能力、质量和效率,以及工人的安全要常常依赖于这些网络时,这就没什么好惊讶的了。可靠性和安全性对于工业无线传感器网络之所以不可或缺,原因即在于此。

工业IoT并不是由无线技术专家安装的。大多数情况下,已确立的行业将逐步地在其传统产品以外增添工业IoT产品和服务,而其客户则将在新和老式设备混合使用的环境中进行部署。工业WSN中所体现的智能必须给工业IoT产品提供一种易用性,从而使得过渡过程对于现有的现场工作人员而言是无缝的。而且,系统应可供全球部署之用,因为最终用户对于工业IoT的广泛采用常常是遍及全公司,并且要求多地点标准化。

传感器可安放在任何地方。对于工业IoT应用而言,传感器或控制点的精准布设是至关紧要的。无线技术有望实现无线通信,但是如果您需要通过插上电源来给无线节点供电,或者每隔几小时或甚至几个月对其进行再充电,那么部署的成本和不切实际的方法就变得让人望而生畏了。

网络运作的可见性是关键所在。工业网络被要求连续运行多年,然而不管网络有多么坚固,仍然是会出现问题的。在安装时工作良好的网络的质量在其工作寿命期间有可能受到诸多环境因素的影响。IIoT网络应拥有自我诊断、自愈以及可在发生问题时提醒用户和操作人员的能力。

在业务关键型工业应用中,无线传感器网络必须达到一个针对智能、安全以及多年可靠无线操作的高门槛。这些严格的要求可利用现有和新涌现的网格网络标准来满足,它们将是旨在帮助工业客户在工业IoT时代中实现其商业和服务变革的重要构件。

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