優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)無線解決方案的SWaP-C平衡

作者：e絡(luò)盟技術(shù)團隊

物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的所有創(chuàng)新，從醫(yī)療設(shè)備到工業(yè)設(shè)備，再到消費類產(chǎn)品，都需要集成方案以優(yōu)化無線技術(shù)的應(yīng)用。隨意增加無線連接將導(dǎo)致不必要的開支，既浪費了電力也增加了成本。雖然終端設(shè)備的形狀和尺寸千差萬別，但大家普遍會考慮成本，其次是尺寸和重量。不過，所有這些要求都很容易被低功耗這一基本需求所掩蓋，無論技術(shù)規(guī)格如何，都必須進行戰(zhàn)略性權(quán)衡，以便在開發(fā)過程中成功解決 SWaP-C（尺寸、重量、功耗和成本）的難題。

在軍事和航空航天領(lǐng)域，平衡 SWaP-C 是非常好理解的，而在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，也同樣適用。物聯(lián)網(wǎng)中的許多終端設(shè)備都被設(shè)計成適合長時間運行，無需維護，包括更換電池。由于終端設(shè)備最可能采用某種形式的無線連接，選擇無線技術(shù)將成為 SWaP-C 計算的主要部分。不管貴公司要推出的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品采用何種規(guī)格，您都需要進行戰(zhàn)略性權(quán)衡，以成功解決 SWaP-C 的難題。其中，關(guān)鍵在于理解各種無線技術(shù)的差異，以及哪種技術(shù)適合您的產(chǎn)品。

物聯(lián)網(wǎng)無線連接技術(shù)

豐富的無線連接解決方案

為復(fù)雜產(chǎn)品選擇合適的無線技術(shù)絕非簡單的“一對一”對應(yīng)關(guān)系。換言之，通常需要將Wi-Fi、藍牙、LPWAN 和蜂窩技術(shù)等多種配置組合起來。從單個節(jié)點的角度來看，向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送消息所需的功耗，是由整個網(wǎng)絡(luò)中所有積極參與的節(jié)點共同承擔(dān)的。

例如，在一定規(guī)模的自我修復(fù)型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，一條消息可能會被多個節(jié)點接收并轉(zhuǎn)發(fā)，這在某些情況下可能會導(dǎo)致不必要的能耗。這種特性常見于采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的個人局域網(wǎng)（PAN）和局域網(wǎng)（LAN）無線技術(shù)，如藍牙和 ZigBee。我們當(dāng)然清楚這一點，但 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍通常受到頻率、傳輸功率、天線類型、位置和環(huán)境等多種因素的限制。雖然 Wi-Fi 已經(jīng)非常成熟，但作為新一代技術(shù)，Wi-Fi 6 為新產(chǎn)品開發(fā)帶來了顛覆想象的可能性。

這種特性在 WAN 無線技術(shù)，如：蜂窩和低功耗廣域網(wǎng) (LPWA)中并不常見，因為這類技術(shù)專為數(shù)公里距離的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計，而不是像 PAN 或 LAN 那樣只覆蓋幾米的范圍。這包括為授權(quán)頻譜開發(fā)的技術(shù)，如 LTE-M 和 NB-IoT，以及在非授權(quán)頻譜中運行的 LPWA，如 Sigfox 和 LoRaWAN。

由于在授權(quán)頻譜中構(gòu)建和運營蜂窩網(wǎng)絡(luò)的成本極高，因此至少在部署初期，出于成本考慮，可以排除開發(fā)如 LTE-M 和 NB-IoT 這樣的解決方案。同樣，那些依賴大量本地節(jié)點以確保連接性和擴展覆蓋范圍的網(wǎng)絡(luò)（如藍牙和 ZigBee），尤其是在覆蓋大面積或長距離場景時，也可能會增加整體擁有成本 (TCO)。

Sigfox 和 LoRaWAN 等技術(shù)提供的解決方案力求克服這些限制，方法是為低帶寬消息（數(shù)十個字節(jié)）提供長距離連接（數(shù)十公里），同時保持非常低的功耗（單顆電池可使用數(shù)年），并且不需要承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)運營商的責(zé)任。雖然在傳統(tǒng)意義上不能將它們視為蜂窩網(wǎng)絡(luò)，但在非授權(quán)頻譜中運行的 LPWAN 確實需要基站提供覆蓋。

我們知道這些技術(shù)可以相互融合，但為了優(yōu)化性能和進行 SWaP-C 權(quán)衡，需要根據(jù)具體的用例需求，以及某項功能為目標(biāo)市場帶來的價值，選擇合適的技術(shù)和進行合適的配置。選擇哪種無線技術(shù)及其組合，僅是需要考慮的眾多因素之一。值得一提的是，每種連接解決方案都有其優(yōu)缺點，顯然沒有“一刀切”的方法。更重要的是要了解可用的各種選項，以及影響決策的其他因素，比如數(shù)據(jù)傳輸速率、延遲、移動性、傳輸距離、覆蓋范圍、安全性等等。此外，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基本用例需求可能會在其生命周期內(nèi)發(fā)生變化，因為在分析數(shù)據(jù)模式后，從機器等設(shè)備收集的數(shù)據(jù)量或數(shù)據(jù)類型可能需要進行調(diào)整。