这对基于物联网的无线通信意味着什么？
2020年1月，巴塞罗那
工业物联网（IIoT）技术的采用率不断上升，加剧了人们对更好地了解物联网系统如何工作、市场上有哪些选择以及它们在性能方面有何不同的需求。当使用物联网技术来监测关键资产或基础设施的风险时，所有这些因素都有助于确保可靠的操作。尤其是网络技术LoRa，经常被称为连接无线传感器和传输数据的最常见的工业解决方案。
在这篇文章中，全球物联网领导者Worldsensing公司的首席技术官Albert Zaragoza讨论了连接选项，并提供了如何使网络系统更容易理解的细节。
阿尔伯特-萨拉戈萨，Worldsensing的首席技术官
问：更多的工业部门正在采用物联网技术，以改善他们的风险管理计划，优化他们的运作并降低成本。从技术角度来看，物联网目前面临的挑战是什么？
物联网已经被许多部门和公司广泛采用，但我们不能忘记，这个生态系统仍然年轻。许多物联网技术供应商对构建硬件、通信和软件带来的挑战相当陌生。
互操作性，也就是在不同供应商的所有节点和传感器之间交换和利用信息的能力，是一个明显的挑战。我们仍然远远没有让不同的平台、数据结构和接口有效地交换数据，以使终端用户受益。
安全是另一个挑战，不仅应该担心物联网生态系统，而且应该担心全球每家公司。应该采用加密机制来保证数据的完整性，最终用户应该完全控制谁可以看到和操作他们的数据。
除此之外，物联网数据在无线传输网络上传输，一个明显的挑战是保证大量的传感器设备可以传输数据，而不会因为网络拥堵、干扰或外部钓鱼而造成任何数据损失。
最肯定的是，在物联网领域，充满挑战但令人兴奋的时代正在向我们走来。
2019年11月智能城市博览会世界大会期间，Worldsensing和LoRa联盟的展位
问：为了将电池操作的 "东西 "无线连接到区域、国家或全球网络中的互联网，需要一个无线电通信系统。是否有各种系统或网络用于此？你能解释一下吗？
了解我们要解决的问题或用例要求是选择合适技术的关键。有许多无线通信技术，但我们可以把它们分为三组。
- 短距离。
- 细胞。
- 长距离。
短距离包括诸如蓝牙、NFC/RFID或Zigbee等技术，但它们绝对不适合需要长距离通信的场景。
蜂窝技术[2G、3G、4G等]可以提供更大的覆盖范围，但它们也会消耗大量的设备能量，不适合与低功率设备一起使用。
上述特点和许多物联网工业用例的需求刺激了新一波无线通信技术的发展，即低功率广域网或LPWAN。LPWAN实现的例子有窄带物联网（NB-IoT）、Sigfox或LoRa，仅举几例。它们是工业环境的理想选择，并因其长距离、低功耗和低成本的通信特性而越来越受欢迎。
问：那么，根据这一点，LoRa是LPWAN通信的可用协议之一。为什么Worldsensing决定使用LoRa而不是你提到的其他网络之一？
我们的客户需要监测业务，这些业务需要广泛的通信覆盖面，同时需要出色的连接可用性。为了保证这一点，我们需要考虑四个重要因素，首先是可以传输的数据量。数据量对传感器设备的能源消耗有直接影响，因为这些设备是用电池供电的，需要持续使用多年。范围，指的是数据传输的距离，也会影响到电池寿命。最后，在工业环境中工作时，部署的便利性是最重要的。
LoRa技术为我们提供了所有这些要素之间的正确平衡，特别是。
- 覆盖范围：它保证了较长的传输距离，经证实，传输范围可达15公里或9英里。
- 低功耗：电池寿命长达10年。
- 成本效益：特别是在长期监测中，LoRa技术可以通过减少人力，比传统的解决方案更具成本效益。
- 可扩展性：随着项目的发展，在网络中增加和/或替换节点对运营商来说是很容易的，而且是透明的，同时保持数据的完整性。
- 可靠性：它被证明是坚固的，具有强大的抗干扰能力。
- 安全性：通过对从传感器到应用服务器和返回的所有数据进行128 AES多级加密，实现了数据保护和隐私。
在此基础上，LoRa是一种物理层技术，在亚GHz工业、科学和医疗频段上调制信号。它允许我们在客户所在地创建和部署私人网络，不受限制。与由网络运营商控制的Sigfox和窄带物联网相比，这是一个很大的优势。
拥有LoRa联盟的认证和合规计划，保证了所有LoRaWAN®产品和技术的互操作性，这对生态系统来说也是非常好的。这个社区正在成为技术领域最大和发展最快的联盟。它不断致力于提高LoRa技术能力：最近它打破了数据传输的距离世界纪录，这让我们感到很惊讶。
总而言之，有了LoRa，我们可以确保可用性并提高数据的准确性，这对我们有效服务客户和合作伙伴非常重要。
问：是否有其他因素会对数据传输的性能和质量产生重大影响？
当谈到不同的组件和设备如何在物联网网络中进行无线通信时，定义和选择正确的拓扑结构策略是关键。拓扑结构在如何提供安全、功耗、成本和复杂性方面有很大不同，因此选择正确的拓扑结构对于避免进一步的问题至关重要。
在构建无线物联网网络解决方案时，有两种主要的拓扑结构可供使用：星形和网状。星形拓扑结构将设备组织在中央控制器周围，也被称为网关。另一方面，网状拓扑结构通过点对点链接将每个设备连接到另一个设备。
显示网络拓扑结构的图表：星形（左）和网状（右）。
当应用于无线物联网网络场景时，我们可以为每种拓扑结构列出以下优势和劣势。
网状结构的优势。
- 管理大量的流量。多个设备可以同时传输数据。
- 一个设备的故障不会导致网络或数据传输的中断。需要在网络中设置自我修复机制来实现。
网状拓扑结构 - 缺点。
- 安装费用非常昂贵。特别是对于长距离的方案，所需中继器的数量迅速增加。
- 由于连接数量多，网络设置和管理复杂。
- 高功率消耗。尽管发射功率低，但节点必须保持清醒，并聆听每一个需要转发的信息。
- 对安全攻击的脆弱性。其中一个节点的漏洞使整个网络处于危险之中。
星形拓扑结构 - 优点。
- 由于降低了建立网络的复杂性，安装成本和努力得到了控制。集线器安装在一个中心点，在项目的生命周期内根据需要增加节点。
- 网络可以轻松扩展。新的节点直接连接到集线器上，不会对网络的其他部分产生影响。
- 降低节点的电池消耗。可以更好地控制，因为它很容易根据与中枢的通信量来计算。
- 弹性。单个节点的故障不会影响网络的其他部分。
星形拓扑结构 - 缺点。
- 对于较小的网络来说，集线器的成本可能代表了大量的投资。
- 单点故障。集线器的故障导致整个网络瘫痪。选择一个拥有强大的成熟的解决方案和可靠的监测机制的专业合作伙伴是至关重要的。
问：是否有一些特定的应用或部门，使用LoRa更适合或可以转化为显著的利益？
一般来说，LoRa非常适用于复杂的项目，这些项目提出了非常具体的监测挑战，如通常覆盖大面积的露天采矿作业或大型建筑项目。
在隧道工程和建筑项目中，监测点通常分布在几公里范围内，运营商需要通过需要极少电力且不依赖信号覆盖的设备进行长距离的数据传输。这实际上是岩土工程市场的一个普遍要求。我们必须记住，特别是对于隧道建设，每个项目的尺寸通常超过3公里或1.9英里，监测点之间的距离也可能很大（超过100米或110码）。
显然，这也适用于监测关键的基础设施和资产，因为这意味着不可能中断服务。这些资产依靠数据传输来管理需要无中断性能的操作。
凡是需要可靠的实时监测程序以确保任何结构的完整性，如桥梁、大坝、建筑物或其他基础设施，LoRa都将是一个好处。
另外，LoRa提供了部署私人网络的可能性，使用户能够控制并独立于大型网络运营商。对于有此要求的项目，LoRa是最合适的选择。
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