在當(dāng)前連接“物”的世界中,有大量有線和無線接入技術(shù)可以提供使用或者在開發(fā)中。在回顧這些接入的技術(shù)之前,討論一下各種用例的使用方法和對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)是很重要的。
無線通信技術(shù)目前在物聯(lián)網(wǎng)智能對象相互連接的世界中非常流行的,其主要目的是為了簡化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署,并且同事允許智能對象的移動,在不丟失連接的情況下改變位置。本文在討論時討論這一點,并在適用時還會提到有線連接的注意事項。
覆蓋范圍。針對信號需要傳播多遠、覆蓋多廣、室內(nèi)部署與室外部署的區(qū)別。針對這些問題最簡單的方法就是通過用法來對技術(shù)進行分類,如下圖所示,將這些劃定范圍。
本篇文章針對市面上運用較廣,并且相對成熟的技術(shù)來進行討論。
短程:為典型的有限串行電纜。無線短程的通訊技術(shù)通常是被認為串行電腦的替代平,兩個設(shè)備之間的設(shè)備可達到10米。短程無線技術(shù)包含IEEE 802.15.1藍牙協(xié)議和IEEE 802.15.7可見光通信。這些短程通信方法只適用于在小范圍空間內(nèi)進行安裝部署。在某些特定情況下,他們還顯得不夠成熟,目前來說還無法用于增對生產(chǎn)的部署。
中程:這一范圍是物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)中的主要范疇。在幾十米甚至上百米的范圍內(nèi),已經(jīng)出現(xiàn)了許多案例規(guī)范與實現(xiàn)方式。在兩個設(shè)備之間的最大距離一般來說小于一公里,但是只要在無線電信號在一定的規(guī)則與范圍內(nèi)發(fā)射和接收,RF技術(shù)理論上來說是沒有實際意義上的最遠距離的限制。在中程無線中所使用的技術(shù)包括IEEE 802.11協(xié)議WiFi技術(shù)、IEEE 802.15.4協(xié)議zigbee技術(shù)和802.15.4g協(xié)議WPAN無線技術(shù)。根據(jù)物理的介質(zhì)特性,IEEE 802.3以太網(wǎng)和IEEE 1901.2窄帶電力通信(PLC)等有線技術(shù)也可分為中程技術(shù)。
遠程:遠程即在兩臺設(shè)備之間通訊超過1公里時所使用到的通信手段。無線的常見案例有蜂窩數(shù)據(jù)(2G、3G、4G、5G)和一些在戶外所使用的廣域(LPWA)技術(shù)應(yīng)用。LPWA通信技術(shù)能夠使得在設(shè)備不消耗大量電力能量的前提下實現(xiàn)大面積廣域通信。因此,在使用這些技術(shù)的設(shè)備上配備電池是目前最為理想的遠程傳輸方案。
對于無線部署,以規(guī)范或者產(chǎn)品描述的方式來表達設(shè)備最大覆蓋范圍,通常是以傳輸條件最優(yōu)極限得出。在實際環(huán)境中,規(guī)劃者應(yīng)考慮到遍歷設(shè)備當(dāng)前所覆蓋的所有場景,然后結(jié)合現(xiàn)場實地勘探,了解實際情況后,得出規(guī)劃場景和對應(yīng)產(chǎn)品,列如在新建的建筑物上可能會出現(xiàn)信號傳輸問題,此時或應(yīng)該考慮使用抗干擾相對較強的中程傳輸進行物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信。
頻段:在世界范圍內(nèi)許多國家和組織對無線電頻段的規(guī)則和傳輸提出了要求。列如,在頻段的一部分被分配給各個種類和行業(yè)的遠程通信中,如在廣播、電視、軍事中。
各種通信用途的頻通常被視為一種關(guān)鍵的資源。比如,通過檢查各大運營商的蜂窩頻段許可證支付的成本來實現(xiàn)和了解這些頻率的價值。
能耗:目前物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備定義非常的廣泛,但是在供電的方式和節(jié)點上卻是有著明確的邊界劃分。供電的節(jié)點一般與電源直連,通訊目前不受功耗標(biāo)準(zhǔn)的限制。但是,電源的可用性限制了設(shè)備的部署,提升可部署性,使得電源能源受到巨大的挑戰(zhàn)。
物聯(lián)網(wǎng)無線的接入技術(shù)需解決的難題就是能源的高效利用。設(shè)備越能高效的利用能源越能夠在市場的競爭中獲得優(yōu)勢。這也導(dǎo)致了無線設(shè)備領(lǐng)域的進化——低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWA無線通信技術(shù))。顯然,能源利用與消耗已經(jīng)成為新的發(fā)展賽道。
拓撲結(jié)構(gòu)。目前拓撲結(jié)構(gòu)主要有3種方案占據(jù)主導(dǎo)地位:星型、網(wǎng)狀、點對點。在遠程和短程通訊中流行使用星型的拓撲結(jié)構(gòu)。
如下圖所示對于中層技術(shù),星型、點對點和王洛拓撲都是比較常見的。點對點拓撲允許任何設(shè)備之間進行連接與通信,只要在通信范圍內(nèi)設(shè)備之間都可以進行。顯然,點對點拓撲依賴的多個設(shè)備。點對點拓撲的結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜,就如網(wǎng)狀拓撲。
受限設(shè)備。目前,對物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點進行分類是一項艱難的任務(wù),但隨著計算機、設(shè)備內(nèi)存、電源方案的不斷發(fā)展,RFC 7228給出了部分受限節(jié)點的定義標(biāo)準(zhǔn)。這些定義有助于區(qū)分節(jié)點的受限狀態(tài)和不受限狀態(tài)。比如服務(wù)器、臺式計算機、智能手機等。
受限節(jié)點目前只有對其網(wǎng)絡(luò)和功能的限制。因此,部分類的節(jié)點無法互補性IP堆棧。根據(jù)RFC 7228,受限節(jié)點可細分為(如下圖)類。
上訴通信標(biāo)準(zhǔn),簡單介紹了物聯(lián)網(wǎng)中的接入技術(shù)、無線覆蓋范圍、頻段、功耗、網(wǎng)絡(luò)拓撲,受限設(shè)備。更具特點挑選合適的應(yīng)用場景是關(guān)鍵。
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