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LPWAN入门:物联网部署的10个网络要求

字号+ 作者:Ho Nguyen 来源:物联之家网 2019-05-08 22:13

尽管它们都具有出色的覆盖范围、功率和价格,但并非所有的低功率广域网(LPWAN)都是一样的。在选择LPWAN技术时,您应该考虑许多因素。


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编译:骄阳


尽管它们都具有出色的覆盖范围、功率和价格,但并非所有的低功率广域网(LPWAN)都是一样的。在选择LPWAN技术时,您应该考虑许多因素。
 
低功耗广域网(LPWAN)是增长最快的物联网通信技术,也是全球物联网连接的关键驱动因素。随着各种LPWAN解决方案和供应商的出现,为您物联网项目选择合适的通信技术绝非易事。为了帮助您为特定用例和应用程序选择正确的解决方案,以下是您应该考虑的十大因素。
 
1、可靠性
 
工业级可靠性的重要性,尤其是在关键任务应用中,不容小觑。高接收率和最小的数据包丢失消除了重新发送消息的需要,即使在不利的条件下也是如此。这可确保重要数据快速到达,同时降低了由于多次传输造成的功耗。对于在日益拥挤、无许可证频谱中运行的LPWAN技术来说,抗干扰能力是确保高可靠性的先决条件。LPWAN的技术设计决定了其在高流量时避免干扰或数据包冲突的能力,从而提高了整体接收率。稳健的技术结合了多种多样的方法,如窄带宽使用、短无线电广播时间、跳频技术和前向纠错,以最大限度地减少争用可能性。
 
2、安全
 
消息保密性、身份验证和完整性是网络安全的核心要素。多层端到端加密应该嵌入到网络中,以保护消息机密性,防止窃听和潜在的泄露。高级加密标准(AES)是一种轻量级的、功能强大的物联网数据加密算法。通常,128位AES可用于建立从终端节点到基站的空中接口上数据通信的网络级安全性。
 
同时,用于回程连接的传输层安全(TLS)协议提供了一个补充的安全层,以保护基于IP的数据传输到云端。最安全的LPWAN技术还包含严格的消息认证机制,以确认消息的真实性和完整性。这样可以确保只有有效的设备才能通过网络进行通信,并且在传输过程中不会篡改或更改消息。(物联之家网)
 
3、网络容量
 
巨大的网络容量允许您在不影响服务质量的前提下,根据数据采集点不断增长的需求进行扩展。由于LPWAN技术的无线电覆盖范围几乎相同,因此网络容量成为基础设施空间量的重要指标。单个基站支持的终端设备和日常消息越多,您需要的基础设施就越少。有效利用有限的无线电频谱或频谱效率,对于实现大型网络容量非常重要。采用最小带宽的超窄带方法提供了非常高的频谱效率,允许更多消息适应指定的频带而不会彼此重叠。同时,采用异步通信的LPWAN系统需要一种缓解方案,以防止随着消息数量和传输频率的增加而发生数据包冲突(即自干扰)。
 
4、电池寿命
 
电池寿命对您的总体拥有成本和企业可持续发展目标有重大影响。尽管LPWAN技术有一些共同的方法来降低功耗,但不同系统的电池寿命仍然存在很大差异。这归因于广播无线电时间或消息的实际传输时间的显著差异,这一点尤其重要,因为传输是功耗的最大活动。在基于蜂窝的LPWAN中,具有高开销和“握手”要求的同步通信也会快速消耗电量。
 
5、移动性支持
 
移动设备、移动基站或沿传播路径移动障碍物都是多普勒频移和深度衰落的来源,导致数据包错误。缺乏对多普勒效应抵抗力的LPWAN技术只能支持来自静止或缓慢移动终端设备的数据通信,这限制了它们在特定物联网用例(如车队管理)中的适用性。同样,这些网络可能无法连接在快速变化环境中运行的节点,例如安装在高速公路旁的设备,其中车辆行驶超过100公里/小时。
 
6、公共网络与私有网络
 
在选择一个LPWAN解决方案时,您还需要考虑哪一个更适合您的需求——公共或私有网络。由网络运营商运营的公共LPWAN的最大优势是节省基础设施成本。然而,公共LPWAN意味着您将依赖于运营商的网络覆盖范围。公共LPWAN在许多区域留下覆盖空白,在网络边缘运行的节点经常遭受不可靠的网络连接。另一方面,专用网络允许最终用户快速部署,并根据自己的需要灵活地进行网络设计和覆盖。公共网络的另一个主要缺点是对集中式后端和云服务器的数据隐私问题。
 
7、专有与标准
 
通过支持多个硬件供应商,采用软件定义方法的行业标准LPWAN技术有助于避免供应商锁定问题,同时促进长期互操作性。因此,采用者可以灵活地适应未来的技术趋势和不断变化的企业需求。通过严格的评估流程,由标准制定组织标准化和认可的解决方案也能提供有保证的可信度和服务质量。
 
8、工作频率
 
在选择LPWAN技术时,工作频率是另一个需要考虑的因素,因为它会显著影响网络性能。由于许可证频段的高成本壁垒,大多数LPWAN供应商利用免许可的工业、科学和医学(ISM)频段来加快技术开发和部署。虽然目前有许多ISM频段可用,但2.4 GHz频段和Sub-GHz频段之间存在一些主要差异。通常,运行在2.4 GHz上的LPWAN以更短的范围和电池寿命为代价提供更高的数据吞吐量。除此之外,2.4 GHz无线电波对建筑物的穿透力较弱,并且会受到更高的同频干扰。
 
9、数据速率
 
每个物联网应用都有不同的数据速率要求,应根据所考虑的LPWAN解决方案进行测量。值得注意的是,大多数物联网远程监控应用程序具有相当高的延迟容限,只需定期传输数据即可。由于更快的数据速率往往伴随着范围和功耗的权衡,选择最能平衡这些标准的解决方案将有利于您的投资回报。
 
10、有效负载大小可变
 
有效载荷或用户数据大小应由实际应用需求驱动,而不是由某项技术固定。具有有效负载大小可变的LPWAN解决方案允许用户无缝地将新用例集成到其现有网络基础设施中,而无论有效负载需求如何。
 
总之,LPWAN解决方案背后的技术和技术设计决定了其在上述因素中的性能。选择正确的解决方案需要根据您的物联网应用需求权衡这些标准,并根据定义的标准衡量不同的LPWAN选项。



参考:https://www.iotforall.com/lpwan-101-network-requirements-iot-deployment/



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