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物联网组网技术及组网时需要考虑那些要素?

物联网组网技术及组网时需要考虑那些要素?

2022-06-28

作者:yunzhimeng

通过7大物联网近距离无线通信技术一文的介绍,我们发现目前物联网组网中最容易混淆和忽略的一点是,需要对“近距离精确化”,即我们要把距离作为组网的一个基础因素。

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  iBeacon为距离定位了3个段:贴近(Immediate)、1m以内(Near)、1m以上(Far)。我们从物联网终端设备的使用场景,定义如下的距离段,并将相应技术划归这个距离段中。就单充距离通信来说,具有长距离的通信技术当然可以用于短距离场景,短距离的可以通过增加功率增加通信距离,但是我们本段希望在不同距离通信下对通信的其他能力也提出相应的指标,这样可以更加精确化地定义近距离通信适用于哪种物联网终端设备和场景下。

 Distance-1Distance-2Distance-3Distance-4
距离0~10cm0.1~1m1m~10m10m~100m
传输速度200 kbit/s~500 kbit/s1 Mbit/s ~10 Mbit/s>10 Mbit/s100 kbit/s~500 kbit/s
建立通信速度
抗干扰
安全性
功耗
终端设备对通信模块大小要求
通信技术NFCIrDA、BT、iBeaconWi-FiRFID、ZigBee

  接下来从物联网应用开发的场景来对各个精确距离的物联网终端设备要求进行分析。

  Distance-1:在0~10cm距离内的通信来说,应用的场景多为快速安全的数据交互、认证。这个特性要求通信的建网速度要快,数据量不能太大,安全性和抗干扰强,这类物联网终端设备多为移动便携式设备,因此要求通信模块的体积要小,功耗小,寿命周期长。这类场景有:移动支付、快速身份认证、终端快速识别、任务触发。NFC是应用于此类场景中比较好的无线通信技术。

  Distance-2:在0.1~1m的距离范围内,通常的场景是一个工作区域的数据交互和命令控制。例如蓝牙耳机、蓝牙控制、声控、红外控制、数据同步。数据量要求会比较大,因此传输速度要高。在物联网场景中,这种距离的组网通常是有通信能力强的可移动物联网设备与固定的弱通信能力的物联网终端设备之间的数据交互。移动的物联网终端设备通常为收集数据,计算数据为主,固定设备以采集数据,并在移动终端与其建立通信后将数据一次传输到移动终端上。通常采集功能的终端设备数量和种类比较多,同时为了保证终端设备的状态和管理,移动通信模块大小要小,功耗低。但是就组网能力来说,蓝牙技术和红外技术都不是多对多的组网技术,因此其技术在Distance-1距离段的物联网组网中非常受限,这点需要通信技术本身在这个方面的增强,或者增加组网能力强,传输距离长的组网技术作为补充。例如在智能家居中,门锁、窗、厨房报警、空调、灯控、加湿器蓝牙秤等这些设备很容易嵌入体积和功耗很小的蓝牙通信模块,就单个设备对手机之间通信来说是非常好的解决方案,但是蓝牙传输距离短,不可能一个手机装多个应用来控制这些设备,那么我们就需要门窗、厨房报警、空调、灯控、加湿器、蓝牙秤这些设备之间能够自动通过蓝牙技术自动组网,或者一个房间的所有蓝牙设备自动组网,只要手机与一个设备建立连接就可以与所有设备进行通信和控制。

  Distance-3:在1~10m的范围内通信应该是最容易部署物联网终端设备,1~10m之间可以在一个比较封闭的空间,因此这个距离的通信技术最适合室内物联网部署,此外网络数据流量和传输速度都可以非常快。Wi-Fi技术是在这一距离通信中的传输技术,但是目前商用化的Wi-Fi技术都以广播方式为主,在物联网组网中显然需要经常用到Wi-Fi的路由技术。

  Distance4:10~100m的范围内的通信通常在室外进行物联网的部署。室外部署终端设备会出现供电问题抗干扰问题以及通信安全问题,因此在这个距离选择通信协议时要充分考虑这3个方面的原因。

  至于超过100m距离的通信,我们建议采用终端设备之间的组网来完成。

  通过对近距离的精确化以及近距离无线通信技术的参数总结,我们不难看出,目前物联网组网中的一个问题是每个通信技术都要为适应物联网的组网要求进行改进,尤其在终端设备之间的组网能力上。

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  网络拓扑

  物联网中最常用的网络拓扑结构应该是各个终端设备之间协作组网方式。协作组网指设备之间是协助方式进行通信,也只有这种方式才能扩充局域物联网的范围,而不受近距离无线通信本身的距离和传输率的限制。

  在直接感知物体的物联网终端设备上我们建议采用体积小、功耗低、安全性高的近距离通信技术进行微网的组建,在达到一定单元和数量后建议采用通信能力强、传输距离长的近距离无线通信技术组成一个分级的局域物联网网络。

  物联网终端的移动性


  物联网终端设备的移动性也决定了选择组网的技术,固定设备组网更多的是考虑数据通信本身,而移动终端设备同时还要考虑建立网络的数据、定位,以及数据传输的可靠性问题。

  数据特性


  在物联网组网中,数据本身的特性也需要被充分地考虑,比如说终端设备产生的数据的速度、数据量的大小、可靠性、延迟等也都决定了选择何种的近距离无线通信技术。

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