物联网(IoT)将改变我们的世界。据估计，到2025年，将有近220亿个物联网设备。将互联网连接扩展到日常物品将改变行业并产生显着的成本节约。但是，非互联网设备如何通过无线传感器获得连接性呢？无线传感器使物联网成为可能。个人和组织可以使用无线传感器来启用许多不同类型的智能应用程序。从联网家庭到智能城市，无线传感器创建了物联网所依赖的基础设施。了解无线传感器技术的工作原理对于任何计划在未来部署物联网应用程序的人来说都至关重要。让我们来看看无线传感器的工作原理、新兴的传感器无线标准，以及它们在未来将发挥的作用。什么是无线传感器？无线传感器是一种可以收集感官信息并检测局部环境变化的设备。无线传感器的示例包括接近传感器、运动传感器、温度传感器和液体传感器。无线传感器不会在本地执行繁重的数据处理，它们消耗的电量非常少，如果使用最好的无线技术，一块电池就可以使用多年。此外，低速网络很容易支持传感器，因为它们传输非常轻的数据有效载荷。可以对无线传感器进行分组以监测整个区域的环境状况。这些无线传感器网络由许多空间分散的传感器组成，这些传感器通过无线连接进行通信。公共网络中的传感器通过节点共享数据，这些节点在网关处整合信息，或者每个传感器直接连接到网关，假设它可以达到必要的范围。网关充当将本地传感器连接到互联网的桥梁，同时充当路由器和无线接入点。无线网络拓扑的类型无线传感器网络通常采用几种不同的拓扑结构。最常用于支持无线传感器技术的是星形和网状拓扑结构。1：星形拓扑星形拓扑是一种拓扑结构，其中每个节点都直接连接到一个中央集线器或网关。在这种安排中，节点将信息发送到单个网关，然后网关将消息中继到预期目的地。网关可以同时与许多节点共享信息，这使得扩展网络变得更加容易。因为节点之间不直接交换数据，所以需要更少的点对点链接。因此，星型拓扑易于安装、配置和管理，因为新节点只需要连接到一个中心点。总的来说，星型拓扑结构是在众多无线传感器之间传输数据的一种经济高效的解决方案。不利的一面是，星型拓扑结构完全依赖于传感器和中央集线器之间的无线连接。范围可能是一个问题，因为没有中间“跳跃”或信号中继器的方法。此外，扩展取决于网关支持其他节点的能力。2：Mesh拓扑Mesh拓扑不完全依赖于一个中央集线器，而是将数据传输的责任放在网络内的节点上。在网状拓扑中，节点充当路由器，可以将信息传递给其他节点。因此，某些节点的连接问题造成的威胁较小，因为数据可以沿着多条路径传输以到达网关。然而，网状网络存在许多重大问题。网状网络需要更复杂（通常过于复杂）的协议来形成网络并在运行时中继数据。另一个主要缺点是网状网络比星形拓扑消耗更多的功率，因为??一些节点必须保持开启以中继信息。通常，网状网络被用作范围不足的快速解决方案，使得昂贵的前期投资难以证明是合理的。传统的无线传感器协议有许多无线协议可以实现传感器之间的连接：1：无线网络Wi-Fi（“无线保真”）是一种广泛且常见的局部区域5GHz来发送信息。Wi-Fi网络可以在中等范围内相对快速地传输大数据包。Wi-Fi的主要优势在于它在大多数家庭和企业中的可用性，因此使其成为一个非常方便的现有网络。不利的一面是，Wi-Fi信号穿透墙壁的能力有限，并且由于协议的扩展数据开销，与替代无线传感器协议相比，连接的设备会消耗大量电量。此外，Wi-Fi密钥的管理是在本地路由器中进行的，这意味着更改密钥很容易破坏以前连接的传感器，并且没有简单的方法来更新这些密钥。电视、笔记本电脑、智能手机等设备都有显示屏，可以让用户轻松更改密钥，但大多数简单的传感器没有此类接口，需要配置过程才能修改密钥。这使得Wi-Fi传感器的长期管理和可靠性成为一个问题。大多数物联网传感器通常不需要Wi-Fi可用的带宽。因此，它通常不是简单传感器设备的最佳选择。最后，由于许多高带宽设备争用同一RF通道以通过Wi-Fi流式传输视频、音频和其他复杂的数据传输，这些设备会产生大量干扰，阻塞其他只需要发送简单消息的设备。2：低功耗蓝牙低功耗蓝牙(BLE)是一种低功耗协议，旨在支持短距离周期性低数据速率无线通信。不要与非常适合将音频流式传输到扬声器或耳机的经典蓝牙技术混淆，BLE适用于传输小信息包的无线传感器。该技术是Wi-Fi的一种经济高效的替代方案，并且几乎不消耗设备的电池电量。然而，BLE也工作在2.4GHz，这意味着除了面临来自其他2.4GHz设备的干扰外，该协议在范围和穿墙能力方面也受到限制。十多年来，Zigbee一直是蓝牙和Wi-Fi的低功耗替代品，最适合不需要太多带宽的无线传感器。该技术围绕IEEE802.15.4标准构建，并依靠网状网络传输数据。因此，Zigbee常被用于启用由许多低功耗设备组成的智能家居。与Z-Wave相比，Zigbee可以支持大量节点——单个网络中超过65,000个。Zigbee的一个缺点是某些节点需要保持“开启”状态才能中继信息，如前面的无线拓扑部分所述。此外，由于路由器需要扩展范围，基础设施成本也会增加。一般来说，Zigbee、DigiMesh和其他网状网络可被视为昂贵的“创可贴”，因为它们的RF性能、干扰避免和范围较差。3：Z-WaveZ-Wave是专为智能家居应用设计的无线协议。该技术由Zensys开发，是Zigbee的替代技术，它在“噪音较小”的900MHz频段上运行，避免了主要的干扰问题。然而，Z-Wave网状网络只能支持有限数量的无线传感器，并受到前面描述的网状网络的限制。此外，用户将需要与SiliconLaboratories签署许可协议才能以更高的成本使用该技术。归根结底，构建Z-Wave传感器的主要原因是为了与现有Z-Wave系统兼容。Z-Wave广泛用于家庭安全行业，因为它允许通过加密通道与端点进行双向通信。传统的家庭安全协议是单向的且未加密。因此，它们不适用于门锁等应用。无线传感器的LPWAN标准将传感器等简单设备连接到互联网的运动以及连接全球数十亿日常物品的愿景催生了一种新的无线标准，这些标准被归类为低功耗广域网或LPWAN.LPWAN是一种特定类别的无线电技术，用于远距离发送少量数据。LPWAN网络从连接的无线传感器消耗的功率要少得多，访问成本也更低。借助LPWAN，最终用户可以用带宽换取更大的范围，这对部署简单无线传感器的用户来说非常有利。LPWAN解决方案通常更具成本效益，使公司能够为其物联网应用实现积极的投资回报率。LoRa?（“远程”的缩写）是一种流行的无线标准，具有比Sigfox更高的带宽容量。LoRa使用一种称为线性调频扩频的专有调制方案，可实现出色的链路余量，并且可以到达射频本底噪声以下的信号。因此，LoRa传感器可以在嘈杂的环境中远距离传输更大的数据包。LoRa网络可以使用公共LoRaWAN基站或专用网关，这使其特别适用于可能无法进行公共访问的更偏远地区的无线传感器。LoRaWAN网关可以连接到基于云的LoRaWAN网络服务器。从那里，数据被推送到应用程序。无线传感器技术和物联网的好处无线传感器技术对物联网部署有几个好处：?提高服务公司的响应能力和效率：管道和保险公司可以从无线漏水传感器中受益。管道服务提供商可以在公寓大楼和公寓大楼中安装这些传感器，以便在任何单元出现泄漏时自动向他们发出警报。保险公司还可以在家中部署泄漏传感器，以尽量减少意外洪水可能造成的任何损失。?通过实时监控支持患者医疗保健：无线按钮在高级护理设施中尤为重要，因为它们可以配置为像移动PERS设备一样在需要帮助时提醒工作人员。就像在智能家居中一样，这些设施也可以使用无线门窗传感器来检测居民何时试图无人看管离开房间。?实现更好、更智能的产品管理：杂货店和零售商可以在整个经营场所使用不同类型的无线传感器来保护资产。借助无线空气温度传感器，设施管理人员可以跟踪制冷装置中的温度水平并确保易腐物品的安全。?提高工业环境中的安全性：在汽车经销商处，车队经理可以在车辆中安装基于无线加速度计的运动传感器，以便在汽车夜间行驶时收到通知，这是盗窃的潜在迹象。在仓库中，设施主管可以使用无线空气传感器来计算热指数，并确保他们为员工维持健康的工作环境。?保存和维护易碎的艺术品：在博物馆和艺术画廊中，保护专家可以在房间内放置无线湿度传感器来监测和调节空气条件，从而保护文物或艺术品。光学传感器还可用于检测照明水平并确保为客人提供最佳观看体验。?快速保护和修复当地基础设施：公用事业公司可以在电线杆上安装高温探测器来检测变压器故障。借助倾斜传感器，他们还可以将传感器配置为在电线杆倾斜或被车辆撞到时向维护人员发送警报。改善日常生活这些只是无线传感器如何在我们的日常生活中实现物联网应用的几个例子。随着时间的推移，我们将继续看到不同行业的创新以及该技术的其他有用应用。
