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使用LoRa和BLE实现远距离、低功耗物联网应用

时间:2023-03-14 23:09:36 科技观察

随着物联网的快速发展,数字传感器和网络技术也越来越多地用于连接设备和系统以实现更多应用。在消费者用例和智能家居中实现物联网的关键技术是Wi-Fi、蓝牙和5G等无线技术。在所有可用的无线协议中,最流行和流行的技术是低功耗蓝牙(BLE)和LoRa(远程)。适用于短距离网络的BLE与适用于低功耗广域网的LoRa相结合,为部署当今的物联网应用程序提供了一种简单而安全的解决方案。物联网部署如何发展传统上,物联网部署发生在电信基础设施附近,通常位于城市或城镇。IoT设备可以使用LTE-M或NB-IoT协议连接到现有的蜂窝网络。这些协议具有低带宽、低功耗和低成本的特点,非常适合将物联网设备连接到蜂窝网络。典型的支持物联网的产品由便携式电池供电或插入墙上交流电源插座。但在偏远地区部署物联网设备和传感器对电池寿命和维护提出了后勤挑战。现场技术人员通常无法进行远程物联网部署。工厂中可能部署了数百个传感器,因此手动检查每个传感器是不切实际的。为了满足这些需求,行业领导者利用最新的无线趋势和技术,例如BLE和LoRa。通过融合这些无线通信技术,组织可以更有效地以更低的成本在远程位置部署物联网应用程序,从而开辟新的机会。IoT的未来IoT的未来位于边缘,传感器设备可以无线连接到云,而无需依赖城市的通信基础设施。BLE等无线网络技术已日益成为许多物联网应用的重要组成部分。由于BLE的小尺寸和高能效架构,它使小型无线传感器和控件能够在物联网网络上运行多年,只需电池充电即可。与传统的有线设备不同,用户几乎可以将支持BLE的设备放置在任何地方,而无需担心物理可访问性、技术难度或财务实用性。然而,大多数基于BLE的物联网应用程序都依赖手机的蜂窝连接作为返回云端的网关。如果无法访问蜂窝网络,则需要LoRa技术。LoRa可在视距条件下实现长达10英里的远程通信,并具有穿透混凝土和树叶的深度穿透能力。超低功耗要求使电池供电设备可以运行五年以上。与其他调制方案相比,LoRa具有极高的能效和抗干扰能力。小接收带宽和独特编码方案的结合使LoRa无线电能够实现低至-140dBm的接收器灵敏度。这些特性使得基于LoRa的解决方案非常适合需要在许多低功耗设备之间收集少量数据的设备之间进行远程通信的应用。LoRa无线射频技术可用于低功耗广域网(LPWAN)上的物联网应用。LoRa调制技术构成了LoRaWAN的物理层,是一种基于LoRa的软件协议。LoRa和LoRaWAN共同为工业应用中的物联网设备提供远程连接。为什么要同时使用LoRa和BLE?BLE和LoRa相互补充,使其成为各种应用的理想选择。BLE的使用仅限于低吞吐量端点,例如信标和可穿戴设备。但是,最新的蓝牙5.0可以发送大数据文件或流式传输音频,而不会很快耗尽您设备的电池。另一方面,LoRa满足了对低成本和广泛部署的传感器的需求,这些传感器需要远距离发送微小的数据包。BLE和LoRa是为低功耗物联网应用形成完整无线解决方案的关键要求。BLE低功耗解决近距离连接问题,而LoRa低功耗解决远距离连接问题。公司在确定最佳解决方案时应考虑以下因素:可扩展性根据现有物联网部署的有效性,网络中可能需要额外的端点设备。然而,随着生成和传输的数据量的增加,连接新的端点会变得极其复杂。边缘智能边缘计算的兴起意味着您的端点设备可以在本地计算更多进程。然而,为了实现边缘计算和智能端点,物联网模块需要具有能够实时处理数据的强大微控制器单元。随着需要在边缘处理的实时应用程序的增加,部署在现场的智能端点的数量也会增加。借助合适的边缘计算硬件,物联网设备可以自行做出节省成本的决策,例如在检测到管道爆裂时关闭水阀。安全性最先进的安全性是云计算模块定期发送和接收数据的必要条件。然而,由于大量用例、网络架构类型和不同的部署选项,保护物联网解决方案可能具有挑战性。在某些应用程序中,物联网环境中的漏洞可能会泄露对企业运营方式或专有设备制造方式至关重要的信息。为了保护数据免受网络攻击和潜在的破坏,物联网合作伙伴应提供全面的工具,例如身份验证方法、登录访问控制和端到端加密。能源效率IIoT解决方案必须正常运行并在多个电源(例如交流电源插座和备用电池)之间无缝切换。这确保了无论使用何种电源,正常的系统操作都是可靠的。然而,远程物联网部署必须完全依靠电池供电,这需要持续数年才能最大限度地延长运行时间。对于低功耗物联网应用,物联网解决方案需要以最高能效标准运行。有了合适的物联网模块,企业可以在许多用例中直接受益于节能。外形尺寸为了满足当今物联网部署的环境和性能要求,物联网模块必须具有超小的外形尺寸和高性能组件。尽管体积小,但该模块需要与Wi-Fi、BLE和LoRa等标准无线技术兼容。对于极端温度下的物联网部署,例如冷供应链管理,物联网模块必须足够坚固以抵御极端寒冷和防潮。当今的许多物联网应用都需要工业温度耐受性。成本根据具体的部署需求,可能需要数百甚至数千个传感器,每个传感器都有一个LoRaWAN网关。因此,物联网传感器设备需要具有成本效益才能广泛部署。设置物联网系统可能是一个复杂的过程,即使无需支付传统的基础设施成本,部署和维护的成本也会迅速增加。IoT解决方案还需要提供足够的价值来支付实施和管理它的成本。LoRa和BLE的强大组合是低功耗广域网的理想选择,并支持关键任务应用,例如工业机器健康监测、交付密码箱和牲畜健康监测。