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2022年7月1日 星期五

物聯網通信層和協議 | 物聯網網路實體設計 | 物聯網 


不只是縮時,還有粉塵、噪音、位移偵測

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用於連接和數據通信的無線物聯網協議、標準 、解決方案和技術有多種形式,適用於許多潛在的物聯網應用案例。做出選擇時,需要考慮一些標準(無線物聯網協議和技術概述)。

在我們的物聯網指南中,我們從不同角度研究了物聯網連接和物聯網網路技術。一個是物聯網連接解決方案在五種類型的網路中的劃分,即 PAN、LAN、WAN、MAN 和 NAN,正如通常所做的那樣(LPWAN是該分類中的其他內容)。

無線網路比有線網路具有更大的靈活性(Nicolas Windpassinger 的物聯網書籍「數位化或死亡」)

這些是我們從網路世界中了解的傳統網路形式,其中每個網路中的AN代表區域網絡,AN之前的字母描述了區域的類型:個人、本地、廣域、都市和鄰里。這可能不是查看各種類型的物聯網連接解決方案的最佳方式,但與查看物聯網的無線通信和連接協議和技術相關。無線是這篇報導的範圍。無線物聯網連接,以及無線物聯網協議的使用正在增加,工業物聯網(IIoT) 和工業 4.0 也是如此。

查看物聯網無線協議,並在每個類別中對各種類型的無線技術進行分類有一些替代方法。這正是我們在本概述中所做的:借助物聯網書籍「數位化或死亡」 中的資訊圖,以全面和直觀的方式總結物聯網無線技術,該書是為數位化轉型領導者編寫的,正如作者 Nicolas Windpassinger 所說.

物聯網網絡層中的無線物聯網協議和技術——從體域網到物聯網無線廣域網

物聯網連接和無線物聯網協議的複雜性 —— 首先是案例

在這樣做之前,讓我們回到上面提到的 PAN、LAN、WAN、MAN 和 NAN 的分類,以展示事實上的各種 IoT 無線協議和 IoT 連接解決方案是如何結合在一起的,並介紹 Nicolas Windpassinger 的分類,它使用了一些提到了他的分類術語,然後詳細說明了每種「類型」中的各種物聯網無線物聯網技術。

我們不打算解釋什麼是個域網、局域網等等。同樣,這些術語自電腦網路的早期就存在,因此如果它們沒有響起,你應該找到關於它們的充足資訊。讓我們看看實踐和各種連接解決方案,包括物聯網無線技術,並說明為什麼沒有一種技術只能用於一個目的。

作為個人區域網路適用的案例,請考慮用於消費者物聯網應用的典型近距離和無線連接解決方案,從個人醫療保健追踪器(非常接近)到智慧家庭 (稍微不那麼接近)。然而,諸如 Zigbee (Pro) 之類的 PAN 物聯網協議,也用於非消費者環境中:我們舉了一個物聯網案例的例子,其中基於 802.15.4 標準的 Zigbee,被用作無線物聯網協議城市空氣品質控制案例,它將透過幾個特殊感測器捕獲的數據,發送到車輛中的感測器 hub。透過另一種無線技術(在本例中為 3G),資訊被發送到雲端應用

這個簡單的物聯網智慧城市應用,展示了物聯網解決方案在實踐中,是如何使用多種物聯網連接解決方案的。想像一下它在更複雜的情況和物聯網案例中的情況。

物聯網無線市場 - 來源 數字化或消亡
物聯網無線市場——來源數位化或消亡

物聯網網路層幾種無線物聯網協議的演進與距離維度

正如我們之前介紹的那樣,有很多物聯網網路技術。我們在提到的物聯網指南中提到了幾個,並在我們的 LPWA 無線網路指南中,重點介紹了一些無線物聯網技術:LoRa 和 LoRaWAN、Weightless SIG、Sigfox、Ingenu、蜂窩 LPWAN 技術,例如 NB-IoT 和 LTE- M,名單還在繼續。

再加上新的物聯網連接解決方案(5G、專為物聯網應用設計的新形式的藍牙、為物聯網引入的新形式的 Wi-Fi 等,更多內容見下面的報導),對於許多人來說,情況變得相當複雜,即使在僅此無線物聯網協議和技術領域(還有很多我們沒有提到)。

哪種物聯網連接解決方案,最適合取決於各種參數,例如距離。在我們之前提到的示例中,Zigbee 非常適合它必須做的事情:在行駛的車輛周邊內覆蓋一小段距離。因此,即使 Zigbee 經常出現在智慧家庭自動化的背景下,這並不意味著它不能用於(並且事實上已被使用)在商業,甚至工業物聯網實施中。

在他的「數位化或死亡」物聯網書中,負責施耐德電氣全球合作夥伴計劃的尼古拉斯·溫德帕辛格 (Nicolas Windpassinger) 對各種無線物聯網技術進行了很好的概述,其中包括你所見的距離視角在下面的資訊圖中。

「最後 100 米」代表物聯網無線技術潛在市場的 90%

順便說一句,正如我們和許多分析師所做的那樣,Nicolas 認為無線網路是物聯網網路層的關鍵組成部分,軟體在這個物聯網網路層將變得越來越重要。在工業物聯網和工業 4.0 中,大多數連接是固定線路,但正如我們關於 IIoT 通信和連接技術發展的報導中所解釋的那樣,無線連接也在增加。

每個範圍和範圍的無線物聯網協議 —— 從體域網到 WWAN 和 LPWAN

如你所見,Nicolas 使用了前面提到的四個xyz 區域網路」:PAN、LAN、NAN 和 WAN,但前面有一個額外的W,實際上是無線的W,因為它是我們正在覆蓋的物聯網網路層。所以:無線個域網、無線局域網、無線鄰域和無線廣域網。

然而,他補充的第一個是非常重要的:他稱之為鄰近或體域網路。是的,你可以考慮用於可穿戴設備的無線技術。然而,這肯定不是唯一的。事實上,隨著第四個平台的形成,這些技術將越來越多地涉及我們體內的「事物」。接近級別包括協議和技術,例如近場通信或 NFC 和 RFID (射頻辨識)。

無線物聯網網絡協議和技術 - 來源和版權 Digitize or Die IoT book
無線物聯網網路協議和技術 —— 來源和版權 數位化或死亡物聯網書

在無線個人局域網領域,我們看到了藍牙低功耗或 BLE、Thread、Zigbee、EnOcean、Z-Wave 等技術。請注意,根據 Nicolas 的說法,90% 的潛在市場位於所謂的「最後 100 米」中!

在 WLAN 中,我們遇到了 Wi-Fi,它有許多版本,例如 802.11ah,這對於物聯網尤其重要。正如 Nicolas 在他的《數位化或死亡》一書中所寫,Wi-Fi 聯盟在 2016 年推出了 802.11ah,也稱為 Wi-Fic HaLow,專門針對物聯網的需求。資訊圖中的 WLAN 中的其他標準和協議。

在 WNAN 中,我們看到 Wi-SUN 和 JupiterMesh,而在無線廣域網段(WWAN)中,我們遇到了當今最受關注的技術、聯盟、協議等:蜂窩技術,例如 2G、3G、4G、LTE-Cat M 和 NB-IoT,以及非蜂窩低功耗廣域網技術(LPWAN),如 Sigfox、LoRa 和 DASH7,我們詳盡地介紹了這些技術(至少,正如 Nicolas 提醒我們的那樣,這是一個真正的戰場)。

在無線物聯網網路層選擇協議和技術

然而,在 2016 年 LPWAN 世界論壇上,引用 DASH7 聯盟的秘書兼董事會成員 Maarten Weyn 的話:「如果 LPWAN 想要成功,多模式是關鍵,沒有一種技術能夠涵蓋所有用例」

WWAN 目前是最重要的戰鬥發生的地方,策略選擇截然不同

顯然,許多不同的參與者,傾向於不同意並推動他們的無線物聯網協議,但這不僅僅發生在 WWAN 領域。很明顯,沒有解決方案可以滿足所有需求,不是嗎?

選擇標準包括解決方案是否純粹在室外,是否涉及行動元素、成本、特定技術的可用性(例如,某些 LPWAN 技術具有覆蓋範圍,而其他技術則沒有,蜂窩解決方案也是如此)、需要功率、電池壽命、數據量和頻率、所需頻寬、所需性能/速度、經過驗證的穩定性、成熟度、安全性、特定技術的未來需求和未來發展(你不想選擇無法更改或在幾年內以一種簡單的方式擴展)、生態系統(開發人員、合作夥伴、整合商)等等。

哦,當然,所有提到的協議和技術都有不同的範圍,即使它們以 Nicolas 所做的出色方式分類。他在書中進一步解釋了它們之間的差異。例如,在「接近」領域,NFC 的範圍小於 4 厘米,而 RFID (也取決於標籤是否處於活動狀態)可以走得更遠。

這在各個細分市場的其他協議中完全相同。當然,速度、頻寬、數據速率等方面也存在差異。舉個例子,下面是 Sierra Wireless 的圖片,來自於 2016 年物聯網解決方案世界大會 (Nicolas 的書出現在 2017 年的活動中)關於蜂窩 LPWA 新模組可用性的新聞稿), 我們也在我們的 LPWAN 概述頁面上使用了它,顯示了上述蜂窩技術的一些特徵。

Sierra Wireless 在發布蜂窩 LPWA 模塊時在信息圖中涵蓋了兩種領先的蜂窩 LPWA 技術
蜂窩 LPWA 技術比較—— 來源

如果你對 LPWAN 的演變感興趣,除了我們的概述之外,我們確實有一篇LPWAN 預測 報導,其中包含 2017 年的數據,並且之前涵蓋了 Sigfox 和 LoRa(WAN)。

其他無線物聯網協議用於其他貢獻,當然你可以在 Nicolas 的專家評論中,找到所有這些協議,在你應該閱讀的物聯網書籍 Digitize or Die 中。

Nicolas 為本書製作的資訊圖,是否涵蓋了無線 IoT 網路層中的所有技術?不,因為這幾乎是不可能的,並且再次表明物聯網不是經常被描述的東西,而是涵蓋了無線物聯網中的廣泛技術、標準和協議只是其中的一部分,而整個物聯網網路層也只是其中的一部分。


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