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技術(shù)文章
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，通常在一些野外及系統(tǒng)性的應(yīng)用場(chǎng)景中——如市政、消防、供水、水壩監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)系統(tǒng)等，需要布置大量的無線傳感器（如無線壓力傳感器、無線液位傳感器、無線溫度傳感器等），而目前的無線傳感器有多種主流無線通信技術(shù)——如4G、NB、lora、lorawan、wifi、藍(lán)牙、ZIGBEE等，那么在選型實(shí)際選型過程中，應(yīng)該怎么去選擇合適的無線傳感器呢？現(xiàn)在我們主要就當(dāng)下幾種主流的無線通信技術(shù)，作一個(gè)簡(jiǎn)單的分析，看看它們?cè)谠O(shè)計(jì)目標(biāo)、應(yīng)用場(chǎng)景和性能特點(diǎn)上存在哪些顯著的差異。
以下是它們的核心區(qū)別：
1、4G (LTE/LTE-A) - 第四代移動(dòng)通信
特點(diǎn)：
①高數(shù)據(jù)速率： 理論峰值下載速率可達(dá)數(shù)百M(fèi)bps甚至Gbps級(jí)別（LTE-A）。
②低延遲： 相對(duì)較低（幾十毫秒級(jí)），適合實(shí)時(shí)交互應(yīng)用。
③廣覆蓋： 依賴運(yùn)營商部署的蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣（城市、郊區(qū)、主要交通干線等）。
④高功耗： 設(shè)備（尤其是模塊）功耗相對(duì)較高，不適合長期電池供電的設(shè)備。
⑤高成本： 設(shè)備和數(shù)據(jù)流量費(fèi)用相對(duì)較高。
授權(quán)頻譜： 在嚴(yán)格監(jiān)管的授權(quán)頻譜上運(yùn)行，干擾可控，質(zhì)量有保障。
目標(biāo)： 提供高速移動(dòng)寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，滿足智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備對(duì)高清視頻、在線游戲等高帶寬應(yīng)用的需求。
典型應(yīng)用： 智能手機(jī)上網(wǎng)、移動(dòng)視頻直播、車載娛樂系統(tǒng)、移動(dòng)寬帶接入等。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)： 集中式蜂窩網(wǎng)絡(luò)，需要連接到運(yùn)營商的核心網(wǎng)。
2、LoRa (Long Range) - 遠(yuǎn)距離低功耗廣域網(wǎng)
特點(diǎn)：
①超長距離： 在開闊地帶可達(dá)數(shù)公里甚至十公里以上（城市環(huán)境1-5公里常見），穿透能力強(qiáng)。
②超低功耗： 設(shè)備（傳感器）在休眠模式下功耗極低，電池壽命可達(dá)數(shù)年甚至十年。
③低數(shù)據(jù)速率： 傳輸速率非常低（百bps到幾十kbps），只適合傳輸傳感器讀數(shù)等小數(shù)據(jù)包。
④低成本： 終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（網(wǎng)關(guān)）成本相對(duì)較低。
非授權(quán)頻譜： 主要在Sub-GHz非授權(quán)頻譜（如433MHz, 868MHz, 915MHz）運(yùn)行，無需頻譜授權(quán)費(fèi)，但需遵守發(fā)射功率等規(guī)定，可能存在同頻干擾。
靈活組網(wǎng)： 支持私有網(wǎng)絡(luò)部署（企業(yè)自建網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器）或公共網(wǎng)絡(luò)（如運(yùn)營商/第三方提供的LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)）。
目標(biāo)： 為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供超長距離、超低功耗的小數(shù)據(jù)量通信。
典型應(yīng)用： 智能抄表（水/氣/電）、智慧農(nóng)業(yè)（土壤墑情、氣象站）、智慧城市（路燈控制、垃圾桶監(jiān)測(cè)）、資產(chǎn)跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)： 基于星型或星型網(wǎng)狀拓?fù)洌K端設(shè)備通過單跳連接到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再通過標(biāo)準(zhǔn)IP連接（以太網(wǎng)/蜂窩/衛(wèi)星）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器。協(xié)議棧通常指LoRaWAN。
3、NB-IoT (Narrowband Internet of Things) - 窄帶物聯(lián)網(wǎng)
特點(diǎn)：
①深度覆蓋： 比傳統(tǒng)4G信號(hào)穿透力更強(qiáng)（增益約20dB），能覆蓋地下室、地下管道等信號(hào)難以到達(dá)的地方。
②超低功耗： 設(shè)計(jì)有PSM和eDRX等省電模式，電池壽命可達(dá)數(shù)年甚至十年。
③低數(shù)據(jù)速率： 專注于小數(shù)據(jù)量傳輸（幾十kbps），不適合流媒體等應(yīng)用。
④海量連接： 單個(gè)小區(qū)可支持?jǐn)?shù)萬甚至數(shù)十萬終端連接。
授權(quán)頻譜： 部署在運(yùn)營商授權(quán)頻譜（通常利用4G LTE頻譜的“保護(hù)帶"或獨(dú)立頻譜），干擾小，可靠性高，安全性好。
運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)： 直接構(gòu)建在現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)上，復(fù)用核心網(wǎng)，由運(yùn)營商運(yùn)營維護(hù)。
成本： 終端模組成本低于4G但通常高于LoRa，需要支付運(yùn)營商服務(wù)費(fèi)。
目標(biāo)： 為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供深度覆蓋、超低功耗、海量連接的蜂窩網(wǎng)絡(luò)解決方案。
典型應(yīng)用： 與LoRa高度重疊：智能表計(jì)、智慧停車、智慧路燈、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧農(nóng)業(yè)、可穿戴設(shè)備（如共享單車鎖）等需要深度覆蓋或運(yùn)營商級(jí)管理保障的場(chǎng)景。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)： 基于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)（4G/5G）基礎(chǔ)設(shè)施，是移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的延伸。
4、WiFi (IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax) - 無線局域網(wǎng)
特點(diǎn)：
①高數(shù)據(jù)速率： 速率從幾十Mbps到數(shù)Gbps（WiFi 6/6E/7），是目前消費(fèi)級(jí)無線技術(shù)中最快的。
②短距離： 有效覆蓋范圍通常在室內(nèi)幾十米以內(nèi)（受墻壁等障礙物影響大）。
③高功耗： 設(shè)備（尤其是持續(xù)傳輸時(shí)）功耗較高，通常需要持續(xù)供電或大容量電池。
非授權(quán)頻譜： 主要在2.4GHz和5GHz（以及6GHz）非授權(quán)頻段運(yùn)行，易受同頻干擾影響（如鄰居的WiFi、藍(lán)牙、微波爐）。
低成本： 終端接入成本（芯片）非常低，普及度高。
即插即用： 配置相對(duì)簡(jiǎn)單，用戶熟悉度高。
目標(biāo)： 在短距離內(nèi)提供高速的無線局域網(wǎng)接入。
典型應(yīng)用： 家庭/辦公室寬帶無線上網(wǎng)、筆記本電腦/手機(jī)/平板聯(lián)網(wǎng)、智能家居設(shè)備互聯(lián)（如智能音箱、電視、攝像頭）、文件傳輸、高清視頻流等。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)： 基于接入點(diǎn)，設(shè)備通過AP連接到有線局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。拓?fù)渫ǔＪ切切汀?/p>
上述，主要是簡(jiǎn)單介紹了幾種無線通訊方式的一些特點(diǎn)和應(yīng)用等方面信息，實(shí)際過程中選擇何種通訊方式，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用工況而定，結(jié)合軟硬件設(shè)施條件，從而選擇更加合適的通信方式，從而選擇更加合適的無線傳感器產(chǎn)品，從而有效實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。
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