物联网应用的无线连接选项:术语与应用场景解析

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在无线连接领域,物联网开发者有众多选项可挑,但并非每种技术都适配特定项目,也不存在 "通吃所有场景" 的技术。最终,项目所选用的连接技术(或多种技术),还是要由该项目的具体需求来决定。

项目需求自然取决于对应的应用类型。本文将聚焦工业与商业领域最热门的物联网应用,定义本系列文章会用到的术语,梳理影响应用无线技术选择的关键属性,并列出本系列会探讨的主流无线连接技术选项。

应用场景

工业与商业领域最常见的应用类型包括:

  • 状态监测传感器网络:例如工厂内的设备状态监测系统
  • 控制与自动化系统:商用照明、安防系统、摄像头等
  • 资产追踪:例如医院内医疗设备 / 器械的位置追踪
术语定义

在梳理物联网系统的属性前,先定义本系列会用到的术语:

  • 物联网(IoT):这个术语存在不少混淆,你可能会看到多种(有时相互矛盾的)定义。为简化说明,我们将物联网定义为 "设备通过一个或多个无线网络实现互联互通的能力"。
  • 设备:具备在网络内与其他节点无线通信能力的电子设备,例如智能手机、智能灯具、联网传感器、门锁、智能手表等。
  • 网关:用于桥接两个或多个(原本无法互通的)网络的设备。例如,某建筑内安装了 12 个蓝牙门锁,网关可将这些门锁桥接到本地互联网或 Wi-Fi 网络。
  • 云端:指公共域网络(即互联网)或私有域网络(例如蜂窝网络)。'

先明确本文语境下 "属性" 的含义:属性是定义物联网系统内设备行为,以及设备间交互方式的特性。

物联网系统的关键属性包括:

通信模型

通信模型描述系统中终端设备的通信需求,本文会涉及以下类型:

  • 设备到设备:网络内的设备需相互通信
  • 设备到网关:网络内的设备需连接到系统中的一个或多个网关
  • 设备到云端:网络内的设备需与云端后端服务器通信
传输距离

我们将 "传输距离" 定义为:系统内两台设备可实现稳定连接的最大距离。

吞吐量

吞吐量是系统内设备间连接支持的最大数据速率。需注意:不同系统模块的吞吐量需求可能存在差异。

移动性

移动性定义设备是固定安装还是可移动的。

功耗

功耗指系统内设备的整体能耗需求。系统中不同设备的功耗属性可能不同。

环境

环境由系统周边区域的物体与无线噪声决定,主要包括四种类型:户外、工业、办公、家庭。

成本

本文语境下的成本考量包括两类:

  • 一次性成本:例如设备本身的费用与安装成本
  • 周期性费用:例如与连接相关的订阅费

无线技术

本系列会探讨的物联网应用主流无线技术包括:

  • 蓝牙低功耗
  • Wi-Fi
  • 基于 IEEE 802.15.4 的技术(包括 Thread、Zigbee)
  • Z-Wave
  • 蜂窝物联网技术(包括 NB-IoT、LTE-M)
  • 广域网(WAN)技术(包括 LoRaWAN、Sigfox)
  • 5G 技术

总结

在本系列后续文章中,我们将对比不同无线技术,重点介绍特定应用类型,列出每种应用对应的关键属性,并给出各应用场景下最适配的无线技术清单。

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