决定物联网设备连接的五个考虑
2021年10月12日决定物联网设备连接的五个考虑
引言——运营商网络的专用网络替代方案吸引力缘起何处？
物联网及其最早的规模化使用案例之一——智能电网，为深入了解当今无线电网络替代方 案的格局提供了一个切入点。与智能电网最密切相关的应用之一是智能电表基础建设 (Advanced Metering Infrastructure)，通常称为 AMI。由于智能电网运行所需的严格要求 以及商业案例的限制，常见替代方案被认为并不完全足够，AMI 成为了第一个大规模专用 机对机无线电网络。在 2010 年代，数以百万计的单一网络铺设成为了普遍现象。 从满足 AMI 要求中获得的经验延伸到了其他智能电网应用中，分配自动化和需求端管理就是这样的两个例子，都是针对广泛的使用案例。这种可延伸性为其他网络应用提供了一个重要的证据点，即寻求一种标准化方式来实现比其他替代方案更高的性能和更低的成本，同时也为寻求创新市场渠道的应用提供了一个方向标。
随着添加互联设备的趋势加速发展成为我们现在称之为物联网的现象，对满足特定用例要求的替代方案的需求一直都存在。由于与支持孤立的特定用例应用有关的业务和技术问题加 剧，智能电网依据的标准一直在不断演变，以满足无线电网络应用的需要。
以蓬勃发展的智慧城市应用为例。这些应用本身往往成本高昂，并且面临着智能电网所面临 的覆盖范围、数据速率、发射塔覆盖范围等技术问题，因此智慧城市也试图建立标准化替代方案来引爆市场。
这让我们想到——在当今的物联网中，考虑到运营商为实现用例而对新技术进行的投资水平，专用网络是否可发挥其作用？
在考虑物联网的发展方向，以及各种应用在不同类型网络上处理用例的空间时，值得花点时间研究一些运营商和专用网络的背景知识，并注意一些需要记住的事情。 当涉及到运营商服务时，要考虑到三角制约因素：数据速率、设备范围和允许的无线电输出 功率。运营商服务的范围包括数据速率很低的服务，如窄带物联网 (NB-IoT) 或 2G 和 3G 等传统服务，以及目前广泛部署的高带宽 LTE/4G 和正在部署的超高带宽 5G。甚至还有 Category 1 LTE 这样的中间业务，它们使用 4G 基础设施来提供中等带宽的数据服务。在您所在地区提供这些服务的每个运营商都为其提供的每项服务定义了覆盖区域、带宽分配、 定价和计划的使用寿命。例如，我们目前看到，在许多服务领域和地区，使用 2G 或 3G 服 务的设备发现自己需要升级或更换设备，因为用于提供这些网络的无线电频谱正在被重新设计，现有的调制解调器已经不能用于新的服务。 除了向运营商购买连接服务，还有一种替代方案是建立自己的专用网络。有多种技术可供选 择，其中 WIFI、LoRaWAN 和 Wi-SUN 最为有名。让我们依次讨论每种替代方案，并分别 考虑各自的属性。 WiFi 可以提供高带宽连接，但只能在有限的区域使用，或者在长距离时使用专门的天线和装置。高数据速率、高功耗和低传输范围是需要记住的三角关系。
LoRa 使用的功率确实很小，但连接提供的是低数据速率的低带宽，而且每个设备必须直接连接到一个网关，由于覆盖范围非常有限，网关必须靠近终端设备。许多考虑因素，比如双向通信或设备的固件无线升级，都非常具有挑战性，特别是在设备通过电池供电的情况下。 低数据速率、低功耗和低传输范围是 LoRA 的共同特点
Wi-SUN 网络中的设备会自组织成一个网。这意味着网络连接的覆盖范围可能比每个设备 直接连接到网关或塔式基础设施的系统要广得多。每个设备都与周围的其他设备共享其网关连接。Wi-SUN 在其三角关系属性中提供中等数据速率、低至中等功耗和高传输速率。对 于流媒体高清视频等应用来说，没有带宽容量，但对于许多公用事业和智能城市应用来说， 比如读取水电表数据、控制路灯、监测交通灯或收集部署在现场的公用事业或城市基础设施设备的运行数据，Wi-SUN 优越的覆盖模式（比如绕过拐角、进入建筑物，以及与几乎所 有覆盖区域联网）就具有明显的优势。
在决定如何从当今“物联网设备连接”市场的备选方案中进行选择时，有五个问题需要回 答。它们是什么？
- 需要从您的设备上共享多少数据？需要在什么时间内共享？
- 您的所有设备是在人口稠密的地区，还是在人口密度较低的郊区甚至偏远的农村地区？
- 在需要服务的地区，蜂窝覆盖的一致性如何？您能否指望运营商在您的应用生命周期内 保持覆盖和价格不变吗？
- 您愿意在无线电的硬件上花多少钱？ 要连接的设备的计划寿命是多长？
对于问题 1，需要考虑： 大多数智慧城市应用的数据量适中，通常每天只有几百或几千字节。此外，大多数应用不需要毫秒级的响应时间，几秒钟内完成的数据传输就能满足要求。这非常适合 Wi-SUN 网状网络。
对于问题 2 和 3，需要考虑： 要部署的设备的物理位置对可用的数据网络覆盖有很大影响。如果该地区的设备非常密集， 那么人口密度也可能很高，蜂窝运营商的覆盖也很好。随着密度的降低，任何设备都不太可能从塔式网络获得良好的覆盖。网状网络的优势在于，每个设备可以共享相邻网状设备的覆盖，直到它们读取到有外部网络连接的邻近设备。这大大减少了部署过程中的覆盖消减问题。
对于问题 4，需要考虑：物联网设备中的无线电价格可能会有很大差异。影响价格的因素有很多，实际的电子产品可 能不是最大的因素。蜂窝调制解调器通常需要运营商的特定认证，完成这些认证的成本很 高。此外，很多蜂窝技术都有专利，每台设备都要支付专利费。
对于问题 5，考虑： 首先考虑使用寿命需要的设备，回答“设备的计划寿命”问题。大多数物联网设备的生命周期远远超过手机或追踪器等简单的一次性物品。当生命周期是以年而不是以月计算时，专用网络通常是首选，因为业主决定网络的寿命。运营商的服务往往遵循手机的寿命周期，可能只有几年。一个电网基础设施组件或一个总水管压力阀可能要使用 20 年。 在为智慧城市部署选择合适的网络时，有许多因素需要考虑。技术和商业问题都需要仔细考虑。重要的是要记住，适合智能手机或笔记本电脑的解决方案往往不是物联网设备的合适选择。在做出任何重大决定之前，权衡选择，可避免在部署过程中进一步出现潜在问题。希望上面列出的问题能帮助您从一开始就步入正轨。
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