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LPWAN入門:物聯網部署的10個網絡要求

日期:2019/05/20  點擊:2946 次
盡管它們都具有出色的覆蓋范圍、功率和價格,但并非所有的低功率廣域網(LPWAN)都是一樣的。在選擇LPWAN技術時,您應該考慮許多因素。
 
低功耗廣域網(LPWAN)是增長最快的物聯網通信技術,也是全球物聯網連接的關鍵驅動因素。隨著各種LPWAN解決方案和供應商的出現,為您物聯網項目選擇合適的通信技術絕非易事。為了幫助您為特定用例和應用程序選擇正確的解決方案,以下是您應該考慮的十大因素。
 
1、可靠性
 
工業級可靠性的重要性,尤其是在關鍵任務應用中,不容小覷。高接收率和最小的數據包丟失消除了重新發送消息的需要,即使在不利的條件下也是如此。這可確保重要數據快速到達,同時降低了由于多次傳輸造成的功耗。對于在日益擁擠、無許可證頻譜中運行的LPWAN技術來說,抗干擾能力是確保高可靠性的先決條件。LPWAN的技術設計決定了其在高流量時避免干擾或數據包沖突的能力,從而提高了整體接收率。穩健的技術結合了多種多樣的方法,如窄帶寬使用、短無線電廣播時間、跳頻技術和前向糾錯,以最大限度地減少爭用可能性。
 
2、安全
 
消息保密性、身份驗證和完整性是網絡安全的核心要素。多層端到端加密應該嵌入到網絡中,以保護消息機密性,防止竊聽和潛在的泄露。高級加密標準(AES)是一種輕量級的、功能強大的物聯網數據加密算法。通常,128位AES可用于建立從終端節點到基站的空中接口上數據通信的網絡級安全性。
 
同時,用于回程連接的傳輸層安全(TLS)協議提供了一個補充的安全層,以保護基于IP的數據傳輸到云端。最安全的LPWAN技術還包含嚴格的消息認證機制,以確認消息的真實性和完整性。這樣可以確保只有有效的設備才能通過網絡進行通信,并且在傳輸過程中不會篡改或更改消息。(物聯之家網)
 
3、網絡容量
 
巨大的網絡容量允許您在不影響服務質量的前提下,根據數據采集點不斷增長的需求進行擴展。由于LPWAN技術的無線電覆蓋范圍幾乎相同,因此網絡容量成為基礎設施空間量的重要指標。單個基站支持的終端設備和日常消息越多,您需要的基礎設施就越少。有效利用有限的無線電頻譜或頻譜效率,對于實現大型網絡容量非常重要。采用最小帶寬的超窄帶方法提供了非常高的頻譜效率,允許更多消息適應指定的頻帶而不會彼此重疊。同時,采用異步通信的LPWAN系統需要一種緩解方案,以防止隨著消息數量和傳輸頻率的增加而發生數據包沖突(即自干擾)。
 
4、電池壽命
 
電池壽命對您的總體擁有成本和企業可持續發展目標有重大影響。盡管LPWAN技術有一些共同的方法來降低功耗,但不同系統的電池壽命仍然存在很大差異。這歸因于廣播無線電時間或消息的實際傳輸時間的顯著差異,這一點尤其重要,因為傳輸是功耗的最大活動。在基于蜂窩的LPWAN中,具有高開銷和“握手”要求的同步通信也會快速消耗電量。
 
5、移動性支持
 
移動設備、移動基站或沿傳播路徑移動障礙物都是多普勒頻移和深度衰落的來源,導致數據包錯誤。缺乏對多普勒效應抵抗力的LPWAN技術只能支持來自靜止或緩慢移動終端設備的數據通信,這限制了它們在特定物聯網用例(如車隊管理)中的適用性。同樣,這些網絡可能無法連接在快速變化環境中運行的節點,例如安裝在高速公路旁的設備,其中車輛行駛超過100公里/小時。
 
6、公共網絡與私有網絡
 
在選擇一個LPWAN解決方案時,您還需要考慮哪一個更適合您的需求——公共或私有網絡。由網絡運營商運營的公共LPWAN的最大優勢是節省基礎設施成本。然而,公共LPWAN意味著您將依賴于運營商的網絡覆蓋范圍。公共LPWAN在許多區域留下覆蓋空白,在網絡邊緣運行的節點經常遭受不可靠的網絡連接。另一方面,專用網絡允許最終用戶快速部署,并根據自己的需要靈活地進行網絡設計和覆蓋。公共網絡的另一個主要缺點是對集中式后端和云服務器的數據隱私問題。
 
7、專有與標準
 
通過支持多個硬件供應商,采用軟件定義方法的行業標準LPWAN技術有助于避免供應商鎖定問題,同時促進長期互操作性。因此,采用者可以靈活地適應未來的技術趨勢和不斷變化的企業需求。通過嚴格的評估流程,由標準制定組織標準化和認可的解決方案也能提供有保證的可信度和服務質量。
 
8、工作頻率
 
在選擇LPWAN技術時,工作頻率是另一個需要考慮的因素,因為它會顯著影響網絡性能。由于許可證頻段的高成本壁壘,大多數LPWAN供應商利用免許可的工業、科學和醫學(ISM)頻段來加快技術開發和部署。雖然目前有許多ISM頻段可用,但2.4 GHz頻段和Sub-GHz頻段之間存在一些主要差異。通常,運行在2.4 GHz上的LPWAN以更短的范圍和電池壽命為代價提供更高的數據吞吐量。除此之外,2.4 GHz無線電波對建筑物的穿透力較弱,并且會受到更高的同頻干擾。
 
9、數據速率
 
每個物聯網應用都有不同的數據速率要求,應根據所考慮的LPWAN解決方案進行測量。值得注意的是,大多數物聯網遠程監控應用程序具有相當高的延遲容限,只需定期傳輸數據即可。由于更快的數據速率往往伴隨著范圍和功耗的權衡,選擇最能平衡這些標準的解決方案將有利于您的投資回報。
 
10、有效負載大小可變
 
有效載荷或用戶數據大小應由實際應用需求驅動,而不是由某項技術固定。具有有效負載大小可變的LPWAN解決方案允許用戶無縫地將新用例集成到其現有網絡基礎設施中,而無論有效負載需求如何。
 
總之,LPWAN解決方案背后的技術和技術設計決定了其在上述因素中的性能。選擇正確的解決方案需要根據您的物聯網應用需求權衡這些標準,并根據定義的標準衡量不同的LPWAN選項。
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