Магазин
Сетевые технологии Интернета вещей полностью изменили то, как мы подключаемся и взаимодействуем в эпоху цифровых технологий.! Cегодня, протоколы беспроводной связи и стандарты связи играют огромную роль практически во всех аспектах развертывания Интернета вещей., начиная от умных городов, подключенные транспортные средства, экологический мониторинг и многое другое.. По данным IoT Analytics, глобальный рынок подключенных IoT-устройств может достичь 18.8 миллиард единиц к концу 2024, рост 13% из 2023. Между тем, по мере увеличения количества подключенных устройств, никогда не было такой большой потребности в надежном, масштабируемые и эффективные коммуникационные технологии. В этом посте, мы проверяем некоторые широко используемые протоколы для связи IoT. Я надеюсь, что вы получите более глубокое понимание ключевых сетевых решений Интернета вещей, прежде чем делать выбор..
Что это сети Интернета вещей
Под сетью Интернета вещей подразумевается, как устройства Интернета вещей подключаются и взаимодействуют друг с другом и с центральными системами.. Это создает автономную экосистему интеллектуальных устройств, работающих вместе..
типично, экосистема Интернета вещей состоит из четырех основных уровней: приборы, данные, технологии подключения, и пользователи. Как вы можете видеть, эти уровни образуют строительные блоки сети Интернета вещей., а сетевая архитектура является основой, обеспечивающей эффективную связь между всеми элементами..
Неудивительно, что сети Интернета вещей должны иметь надежную коммуникационную технологию, обеспечивающую беспрепятственное соединение между устройствами.. Эти сетевые протоколы служат той же цели, что и язык в человеческом общении.. В принципе, они разработаны специально с учетом уникальных требований устройств Интернета вещей.. Есть особые соображения относительно энергопотребления., диапазон, пропускная способность, и плотность устройства. Учитывая эти требования, Основным аспектом планирования проекта Интернета вещей является выбор правильного протокола Интернета вещей..
В предыдущих статьях, мы обсудили некоторые сетевые протоколы и их подходящие приложения. Вот, мы перечисляем некоторые широко используемые беспроводные технологии ближнего и дальнего действия для справки по вашему проекту IoT..
Ключевые сетевые технологии IoT ближнего действия
Технология беспроводной связи ближнего действия относится к технологии, которая реализует беспроводную передачу на короткие расстояния.. типично, дальность их передачи находится в пределах десятков или сотен метров. Общие примеры включают в себя Bluetooth, Вай-фай, Зигби, UWB, NFC и RFID (здесь нет подробного описания).
Bluetooth и BLE
Bluetooth — одна из наиболее распространенных беспроводных технологий ближнего радиуса действия.. От беспроводных наушников до автомобильных систем, умные часы и фитнес-трекеры, мы видим Bluetooth повсюду.
Последний Стандарт Bluetooth это Bluetooth 6.0, который был выпущен в сентябре 2024 и добавил новые функции, такие как обнаружение каналов Bluetooth.. тем не мение, в настоящее время широко используется стандарт Bluetooth 4.0, 5.0 и выше. Bluetooth 5.0 обеспечивает скорость передачи до 2 Мбит/с, тогда как 4.2 предлагается до 1 Мбит/с.
Чтобы устранить слабость Bluetooth в отношении энергопотребления, Bluetooth Low Energy (СТАЛИ) был представлен. Разработка этого протокола оказалась успешной и получила широкое распространение по всему миру.. Одной из основных причин является сохранение совместимости с существующими устройствами Bluetooth при значительном снижении энергопотребления..
Нужно понимать, что Bluetooth Low Energy специально разработан для маломощных устройств, используемых в Интернете вещей.. Он не заменяет существующий классический Bluetooth.. BLE использует тот же диапазон ISM 2,4 ГГц, что и Bluetooth.. В отличие от Classic Bluetooth, который поддерживает до 7 устройства, подключенные к одному главному устройству, BLE позволяет до 128 приборы. BLE использует 40, 2 Широкие каналы МГц и алгоритм адаптивной скачкообразной перестройки частоты позволяют оптимизировать производительность и минимизировать помехи..
Вай-фай
Wi-Fi составляет 31% от общего числа IoT-подключений. Вот, мы обсудим традиционное радио WiFi, а также Wi-Fi HaLow (802.11ах), который специально разработан для приложений IoT с низким энергопотреблением на большие расстояния.
Вай-фай 6 использует те же диапазоны ISM 2,4 ГГц и 5 ГГц, что и другие беспроводные протоколы., с 6E добавлена поддержка диапазона 6 ГГц. Дальность действия значительно варьируется от 10 м в помещении до более 100 м на открытом воздухе., в зависимости от факторов окружающей среды и мощности передачи. В отличие от архитектуры «точка-точка» Bluetooth, Wi-Fi соответствует топологии сети «звезда», где устройства подключаются через центральную точку доступа (маршрутизатор).
Wi-Fi 6/6E (802.11топор) выпущен в 2021 популярный стандарт, используемый в настоящее время. Со стороны скорости, оно может дойти до 9.6 Гбит/с — быстрее, чем Wi-Fi 5 (802.11переменный ток) который достиг максимума в 3.5 Гбит/с. Скорее всего, вы видели устройства со старыми стандартами 802.11ac/n/g.. Благодаря обратной совместимости Wi-Fi, эти старые устройства все еще могут работать с новыми стандартными устройствами. Новейшие стандарты Wi-Fi обеспечивают большую дальность действия, чем старые..
WiFi HaLow работает на частоте ниже 1 ГГц. Он обеспечивает лучшее проникновение через стену и большую дальность действия. (до 1 км) при этом меньшая мощность. тем не менее, эта технология не получила широкого распространения в промышленности, как мы видели в Bluetooth LE..
Важно отметить, что Wi-Fi поддерживает сотни одновременных подключений к одной точке доступа., хотя практические ограничения часто уменьшают это число в зависимости от конфигурации сети..
ZigBee
ZigBee — недорогой, стандарт беспроводной связи с низким энергопотреблением, разработанный для персональных сетей. Он был специально разработан для приложений промышленной и домашней автоматизации.. Zigbee, возможно, не так повсеместен, как Wi-Fi, но в умном доме это становится все более распространенным — лампочки, термостаты и датчики безопасности среди них.
Оно появилось в 2002, когда Альянс ZigBee (теперь Альянс стандартов связи) был сформирован. Теперь у него есть крупные организации, такие как Philips., Техасские инструменты, Samsung, и Amazon для развития протокола ZigBee.
Если быть честным, ZigBee был специально разработан для автоматизации, с простой настройкой и подключением устройства, низкое энергопотребление для длительного срока службы батареи, и очень сильная охрана.
Архитектура построена на основе 802.15.4 стандарт. Самое приятное в ZigBee то, что это открытый протокол, который может поддерживать до 65,000 узлы в одной сети. ZigBee особенно примечателен своими возможностями ячеистой сети..
Протокол ZigBee определяет три ключевых типа устройств в сети.:
- Координаторы (только один в любой сети ZigBee)
- Маршрутизаторы (посредник для передачи данных)
- Конечные устройства ZigBee (Разговаривайте только с родительским узлом, в основном в спящем режиме)
Texas Instruments и Silicon Labs являются основными поставщиками чипов ZigBee..
UWB
UWB (сверхширокополосный) один из новых протоколов связи. Вероятно, вы еще не видели его на многих устройствах., но он быстро набирает популярность. От смартфонов до ключей от машины, устройства умного дома в промышленных условиях, мы видим, что СШП все чаще появляется в современных технологиях.
Как и другие радиотехнологии, СШП работает в определенном спектре, но в отличие от узкополосных систем, он распространяет передачу в широком диапазоне частот от 3.1 ГГц до 10.6 ГГц. Имеет типичный диапазон 1-50 метры, и лучше всего работает на прямой видимости между устройствами или якорями.
Сверхширокополосный режим использует каналы шириной не менее 500 МГц по сравнению с каналами Bluetooth шириной 1 МГц или 2 МГц.. СШП также использует передачу сверхкоротких импульсов., что обеспечивает более высокую точность позиционирования, чем узкополосные системы.
Максимальная спектральная плотность мощности для СШП передачи составляет 41.3 дБм/МГц. Это примерно равно 0.5 мВт средней мощности передачи. Это помогает минимизировать помехи существующим узкополосным системам, таким как Wi-Fi или Bluetooth.. Низкая мощность также обеспечивает безопасность UWB.. Сигналы трудно перехватить из-за широкого разброса частот и низкой плотности мощности..
Сравнение сетевых технологий IoT ближнего действия
| Технология | Bluetooth (СТАЛИ) | Вай-фай | ZigBee | UWB |
| Ассортимент | 10-100м | 50-100м в помещении | 10-100м | 10м |
| Скорость передачи данных | 1-2 Mbps | Вплоть до 1 Гбит/с+ | 250 Кбит/с | Вплоть до 27 Mbps |
| Потребляемая мощность | Очень низкий | Высокая | Очень низкий | Низкий |
| Диапазон частот | 2.4 ГГц
|
2.4 ГГц, 5 ГГц | 2.4 ГГц | 3.1-10.6 ГГц |
| Плюсы | – Низкое энергопотребление
– Широко поддерживается – Легко реализовать – Бюджетный |
– Высокая скорость передачи данных
– Универсальная совместимость – Надежные параметры безопасности |
– Низкое энергопотребление
– Поддержка большой сети – Самовосстанавливающаяся сетка |
– Точное позиционирование
– Высокая безопасность – Невосприимчивость к вмешательству |
| Минусы | – Ограниченный диапазон
– Ограниченные узлы – Возможные помехи |
– Высокое энергопотребление
– Ограниченный срок службы батареи – Перегрузка сети |
– Низкая скорость передачи данных
– На короткие расстояния – Комплексная реализация |
– Ограниченный диапазон
– Более высокая стоимость – Ограниченное принятие |
| Ключевые приложения | Носимые устройства, Умный дом, Внутреннее позиционирование, Отслеживание активов, Достопримечательность | Домашняя автоматизация, Потоковое видео, Приложения с высокой пропускной способностью | Домашняя автоматизация, Промышленный контроль, Сенсорные сети | Внутреннее позиционирование, Отслеживание активов, Безопасный доступ |
Популярные беспроводные технологии IoT дальнего действия
Теперь мы сосредоточим наше обсуждение на беспроводных технологиях дальнего радиуса действия и на том, какую выгоду получил Интернет вещей благодаря этим протоколам.. Эти технологии лежат в основе LPWAN., преодолевая расстояния от нескольких километров до тысяч километров. Вот, мы представим Лору, Сигфокс, и сотовые сети.
LoRa и LoRaWAN
LoRa — это беспроводной протокол, обеспечивающий большую дальность действия., малая мощность, и безопасная передача данных. Он основан на модуляции расширенного спектра, что означает, что вы можете общаться на большие расстояния, не используя слишком много энергии.. Он устраняет разрыв между беспроводными локальными сетями ближнего действия, такими как Bluetooth и Wi-Fi., и гораздо больший радиус действия сотовых сетей.
LoRa и LoRaWAN первоначально были разработаны Cycleo, а затем приобретены Semtech.. Cегодня, им управляет некоммерческая ассоциация LoRa Alliance.. Неудивительно, что он превратился в один из крупнейших альянсов в технологической отрасли.. LoRa Alliance не только поддерживает LoRaWAN, но также продвигает продукты LoRaWAN и совместимость технологий..
LoRa использует радиочастотные диапазоны субГГц. (433МГц, 868МГц для Европы, 923МГц для Азии, 915МГц для Северной Америки и Австралии). Эти полосы частот ISM не требуют лицензий и доступны всем нам для приложений IoT.. Он имеет впечатляющий радиус действия: от 2–5 км в городских районах до 15 км и более в сельской местности..
LoRa представляет протокол физического уровня. (на первом уровне модели OSI) что обеспечивает дальнюю связь. Этот уровень определяет, как необработанные биты передаются по физическому каналу передачи данных между узлами сети.. LoRaWAN, сетевой протокол, работающий на третьем уровне модели OSI, построен на основе LoRa и обеспечивает связь между конечными устройствами и центральным сетевым сервером..
Для решения различных случаев использования, LoRaWAN определяет три класса устройств: Устройства класса А (самая низкая мощность, все восходящие каналы инициированы), Устройства класса Б (запланированные слоты приема), и устройства класса C (непрерывное прослушивание).
Сигфокс
Sigfox — это новаторская технология LPWAN, разработанная для приложений Интернета вещей, которым требуется связь на большом расстоянии с минимальным энергопотреблением.. Он использует сверхузкий диапазон (УНБ) технология, каждое сообщение занимает только 100 Полоса пропускания Гц.
Протокол Sigfox работает в нелицензионных диапазонах ISM. (868 МГц в Европе, 915 МГц в Северной Америке) и предлагает скорость передачи данных всего 100 или 600 бит в секунду. Эта медленная скорость передачи, в сочетании с узкой полосой пропускания, обеспечивает превосходную чувствительность и очень низкое энергопотребление. Типичные передачи используют около 20–30 мА в течение нескольких секунд., обеспечение длительного срока службы батареи — часто годами на одной батарее. Он может достигать до 40 км в сельской местности и 3–10 км в городских условиях..
Sigfox — асимметричный протокол, это означает, что возможности восходящей и нисходящей линии связи значительно различаются. Конечные устройства могут отправлять до 140 сообщений в день, каждое сообщение ограничено 12 байты полезной нагрузки. Сообщения нисходящей линии связи ограничены 8 сообщений в день с 8 байт каждый.
Отличие от LoRaWAN, Sigfox был разработан с учетом простоты, перенос большей сложности на сторону сети, а не на конечные устройства. Этот подход позволяет реализовать очень простую и энергоэффективную реализацию конечных устройств..
Сотовые сети
Сотовые сети обрабатывают невероятный объем наших коммуникаций., и является одной из самых основополагающих коммуникационных технологий в нашем современном мире.. От 2G до новейшего 5G, и специализированные технологии, ориентированные на Интернет вещей, такие как LTE-M и NB-IoT, сотовые сети составляют около 20% глобальных подключений Интернета вещей.
Сотовые сети работают на так называемой сотовой архитектуре., где географические области разделены на ячейки. Каждый из них обслуживается как минимум одним фиксированным приемопередатчиком, известным как базовая станция.. Эти ячейки работают вместе по принципу сот, обеспечивая непрерывное покрытие больших площадей..
Технология прошла долгий путь с 1980-х годов., когда сети 1G едва могли обрабатывать голосовые вызовы. Мы действительно живем в эпоху 5G ($98.3 миллиард 2023) и внедряем NB-IoT, LTE-M и 5G как часть более широкой экосистемы сотового Интернета вещей сегодня. Одним из основных преимуществ сотового Интернета вещей является возможность использовать существующую инфраструктуру сотовой связи, одновременно оптимизируя уникальные потребности Интернета вещей.. Важно, Сотовые сети не бесплатны.
Сравнение сетевых технологий IoT дальнего действия
| Технология | ЛоРа/ЛоРаВАН | Сигфокс | Сотовая связь (4Г/5G) | NB-IoT |
| Ассортимент | 2-15км | До 40 км | Несколько км | 1-10км |
| Скорость передачи данных | 0.3-50 Кбит/с | 100 бит / с | Вплоть до 1 Гбит/с+ | 250 Кбит/с |
| Потребляемая мощность | Очень низкий | Очень низкий | Высокая | Низкий |
| Диапазон частот | Суб-ГГц | Суб-ГГц | Лицензированные группы | Лицензированные группы |
| Плюсы | – Большой диапазон
– Отличное время автономной работы – Хорошее проникновение |
– Сверхдальняя дальность
– Очень низкая мощность – Простое развертывание |
– Универсальное покрытие
– Высокая надежность – Высокая скорость передачи данных |
– Хорошее проникновение в здание
– Лицензионный спектр – Длительное время автономной работы |
| Минусы | – Низкая скорость передачи данных
– Зависимость шлюза – Региональные ограничения |
– Чрезвычайно низкая скорость передачи данных
– Требуется подписка – Ограниченное количество сообщений в день |
– Высокое энергопотребление
– Дорогой – Ежемесячная плата |
– Сетевая зависимость
– Более высокая задержка – Ограничения покрытия |
| Ключевые приложения | Отслеживание активов, Управление парковкой, Мониторинг окружающей среды, Сельскохозяйственное зондирование, Интеллектуальный учет | Отслеживание активов, Мониторинг окружающей среды | Подключенные транспортные средства, Умные города, Мобильные приложения | Интеллектуальный учет, Отслеживание активов |
Что IoT Nсетевая работа ттехнология подходит мне?
Имеет смысл использовать сети Интернета вещей, поскольку они позволяют подключать устройства и управлять ими в сложных сценариях.. В частности, Сети Интернета вещей растут в подключенном мире, принимая во внимание такие переменные, как огромный масштаб, разнообразные типы устройств, и требования к работе в режиме реального времени.
Технология подключения — одно из наиболее важных решений, которые вам придется принять при разработке проекта Интернета вещей.. Выбор здесь в определенной степени определит успех, Стоимость, и эффективность вашего проекта. Прежде чем углубляться в конкретные технологии, задайте себе эти важные вопросы:
– Где будут использоваться устройства? Будут ли они использоваться в помещении или на открытом воздухе??
– Какой диапазон вам нужно охватить? Это метры, километры, или где-то посередине?
– Сколько данных вы будете передавать, и как часто?
– Какой у вас бюджет мощности? Вы работаете от батареек или от сети??
– Какая сетевая инфраструктура существует в вашем месте развертывания??
– Каковы ваши требования безопасности?
– Каков ваш бюджет на оборудование и текущие расходы на подключение??
Рассмотренные выше технологии не являются исчерпывающим списком типов подключения., но они помогут вам начать работу над практически любым проектом Интернета вещей..
Короткий-ргнев ттехнологии в прак
Для технологий беспроводной связи малого радиуса действия, Wi-Fi обеспечивает высокую пропускную способность передачи данных. Он доминирует в зоне покрытия беспроводной сети в домах и общественных местах.. Поскольку во многих зданиях уже есть Wi-Fi., он идеально подходит для приложений Интернета вещей, таких как умные дома, камеры наблюдения, и интегрированные решения для отслеживания.
В потребительском пространстве, Bluetooth Low Energy демонстрирует явное доминирование. Он стал предпочтительным выбором для служб определения местоположения на близком расстоянии из-за соображений стоимости.. Рынок это отражает – Достигнуты поставки устройств служб определения местоположения Bluetooth $255 Миллион в 2024. BLE также становится все более популярным в умных домах.. С его включением в стандарт Matter, мы увидим, что появится еще больше приложений для умного дома.
Zigbee — еще один ключевой игрок, которого нельзя игнорировать в умных домах.. В настоящее время он больше используется в промышленной автоматизации и приложениях для умного дома.. Ячеистая сеть Zigbee может расширить расстояние соединения и поддерживать больше сетевых узлов..
Технология UWB не достигла того же уровня внедрения, что и первые три. Его главное преимущество – точность позиционирования на уровне сантиметра.. тем не мение, это связано с более высокими относительными затратами на развертывание. Это делает его более подходящим для конкретных случаев использования, требующих точного отслеживания местоположения..
Длинный–ргнев ттехнологии в прак
Для беспроводных технологий IoT дальнего действия, LoRa и LoRaWAN лидируют во многих развертываниях Интернета вещей.. Они обеспечивают впечатляющее покрытие при очень низком энергопотреблении.. LoRaWAN отлично работает, когда вашим устройствам необходимо работать от аккумулятора в течение длительного времени и может допускать некоторую задержку при передаче данных.. Эта технология находит широкое применение в отслеживании животных., отслеживание транспортных средств, управление парковкой, мониторинг окружающей среды, сельскохозяйственное зондирование, и учета коммунальных услуг.
Sigfox имеет более обтекаемый дизайн, чем у LoRaWAN.. Он разработан для снижения стоимости и сложности устройства., хотя это означает жертвование скоростью передачи данных. Хотя Sigfox и LoRaWAN иногда могут служить схожим целям., вам следует использовать LoRaWAN, если вам нужны частные сети или двусторонняя связь.
NB-IoT и LTE-M дают большое преимущество – они могут использовать существующую инфраструктуру сотовой связи. Эти технологии пересекаются с некоторыми приложениями LoRaWAN и Sigfox., особенно при отслеживании активов в широких географических регионах. Сектор логистики особенно активно использует решения для отслеживания на основе сотовой связи.. тем не мение, варианты сотовой связи обходятся дороже из-за абонентской платы.
Приобретайте устройства IoT от MOKOSmart
MOKOSmart предлагает комплексные аппаратные решения IoT с использованием BLE, RFID, LoRaWAN, Вай-фай, NB-IoT и СШП. У нас есть портфолио маяки, трекеры, датчики, шлюзы и модули для различного использования, а также. Вся продукция протестирована и сертифицирована с возможностью кастомизации.. Необходимо решение Интернета вещей сегодня? Свяжитесь с нами сейчас!
