Выбор правильного протокола беспроводной связи для вашего приложения IoT

Для разработчиков и инженеров одним из первых и наиболее важных вопросов при создании нового приложения интернет вещей (IoT) является выбор беспроводного протокола передачи данных. С широким спектром возможностей выбора разработчики должны учитывать требования применения своего устройства в отношении диапазона передачи данных, стоимости, безопасности и потребления энергии.

Хотя существует множество опций для беспроводных протоколов, немногие избранные стали самыми популярными и последовательными технологиями для разработки приложений интернет вещей. Основываясь на привлекательных сочетаниях удобства использования, стоимости и производительности, следующие пять протоколов представляют собой ведущий выбор в разработке IoT. Выбор правильного протокола является ключом к успеху или провалу приложения, поскольку неправильно подобранная беспроводная технология может исказить ключевые аспекты производительности приложения и сделать его бесполезным.

Wi-Fi

Wi-Fi, несомненно, является самым популярным беспроводным протоколом, о чем свидетельствует его повсеместная реализация во всем мире. Основываясь на стандартах IEEE 802.11, Wi-Fi предлагает простое решение для развертывания подключенных продуктов и потребительских товаров.

Wi-Fi обеспечивает возможность простого подключения в смарт-домах и смарт-зданиях и предоставляет рабочий диапазон до 100 метров. Протокол обменивается данными с использованием общего международного диапазона ISM и обеспечивает высокую скорость передачи данных до 7 Гбит / с. Wi-Fi обеспечивает связь между подключенными устройствами в интеллектуальных зданиях и особенно полезен для устройств, которые полагаются на электрические розетки для питания.

Wi-Fi модуль ESP8266 ESP-01

Несмотря на то, что высокая скорость передачи данных Wi-Fi подходит для многих приложений для смартфонов, высокая потребляемая мощность делает его плохо подходящим для приложений интернет вещей (IoT) с низким энергопотреблением.

Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE)

Технология Bluetooth Low Energy, разработанная для приложений малого радиуса действия, является популярным недорогим беспроводным протоколом для многих потребительских продуктов и смарт-приложений. Широкая интеграция BLE в персональные электронные устройства, поддерживаемая большинством производителей смартфонов и компьютеров, делает ее привлекательным выбором для маломощных и недорогих приложений IoT. Новый протокол BLE 5.0 предлагает диапазон до 400 метров, одновременно снижая затраты и энергопотребление по сравнению с предыдущими решениями Bluetooth.

M5600 Bluetooth датчик для удаленного мониторинга давления с низким энергопотреблением

BLE хорошо подходит для приложений, которые работают с использованием средней скорости передачи данных, включая датчики в умных домах, фитнес-трекеры и другие носимые устройства. Как Wi-Fi, он общается на международных радиочастотах ISM GHz.

Из-за своей средней скорости передачи данных Bluetooth с низким энергопотреблением не является предпочтительным выбором для приложений, требующих передачи файлов или других значительных обменов данными. Он предлагает хороший вариант для устройств с питанием от батареек в приложениях связи ближнего и среднего радиуса действия.

Zigbee

Популярный в промышленных приложениях, Zigbee основан на стандарте IEEE 802.15.4 и предлагает экономически эффективный вариант беспроводной связи для небольших локальных сетей. В отличие от Wi-Fi или Bluetooth Low Energy, Zigbee позволяет использовать распределенную (ячеистую) сеть, позволяя датчикам и устройствам соединяться друг с другом на большие расстояния для эффективного обмена данными. Zigbee предлагает подходящее решение для сетей «устройство к устройству».

Благодаря минимальному диапазону и низкой скорости передачи данных Zigbee эффективен только для локальных сетей с близким расположением друг к другу. Он разработан специально для автоматизации зданий и управления, а протокол является популярным выбором для промышленных приложений и домашней автоматизации. Защищенный 128-битными ключами шифрования AES, Zigbee также является привлекательным выбором для приложений, требующих безопасной сети. 

Из-за технологических ограничений протокола в отношении скорости передачи данных, диапазона и энергопотребления Zigbee более подходит для небольших беспроводных сетей.

LoRaWAN (LPWAN)

LoRaWAN, один из многих протоколов малой мощности широкополосной сети (LPWAN), предназначен для сетей большого радиуса действия и общего пользования. Предлагая диапазон до 15 км, LoRaWAN способен поддерживать миллионы устройств в одной сети благодаря низкой скорости передачи данных и низкому энергопотреблению. LoRaWAN работает с суб-гигабайтным диапазоном ISM и поэтому у него есть региональная специфика, использование разных частот для связи в зависимости от региона. Из-за этой спецификации, LoRaWAN будет нуждаться в специфических доработках для пользователей, предпочитающих перемещаться с продуктом, основанным на этом протоколе, в разные регионы.

Расширенная линейка LoRaWAN делает ее полезным выбором в суровых условиях, которые не способствуют общению, особенно шумным промышленным настройкам. Низкая стоимость подключения протокола обеспечивается 128-битным AES CCM-шифрованием и позволяет пользователям выбирать между частными сетями или управляемыми сетевыми решениями в таких настройках, как цифровые фабрики. Маломощное решение, предлагаемое компанией LoRaWAN, хорошо подходит для устройств с питанием от батареи и может поддерживать срок службы батареи 10 лет и более, обеспечивая двунаправленную связь в приложениях от небольших промышленных установок до интеллектуальных городов.

MS8607, HTU21D и MS5637 сообщают о влажности, температуре и барометрическом давлении через стандартный протокол беспроводной связи с малой мощностью 2,4 ГГц.

Narrowband-IoT (LPWAN)

Как и LoRaWAN, Narrowband-IoT (NB-IoT) является протоколом LPWAN, который соединяет устройства в большом диапазоне. Однако NB-IoT разработан специально для сотовых коммуникационных инфраструктур M2M, и для обмена данными по протоколу необходима SIM-карта. NB-IoT — это решение, которое упрощает развертывание устройств в управляемой сети. Из-за низкой скорости передачи данных по сравнению с другими технологиями LTE NB-IoT повышает энергоэффективность сетевых устройств и может поддерживать годы автономной работы.

NB-IoT широко используется в Китае и предлагает жизнеспособный вариант в сельской местности из-за его расширенного диапазона. Подходящие приложения для NB-IoT включают в себя сельскохозяйственные и экологические датчики, а также интеллектуальные устройства, такие как замки, сигнализаторы и детекторы дыма.

По сравнению с LoRaWAN, NB-IoT использует более высокую пропускную способность и энергопотребление. Из-за этого ключевого различия NB-IoT является более выгодным вариантом, когда приложениям требуется отправить больше данных, в то время как LoRaWAN будет предпочтительнее для снижения скорости передачи данных и повышения энергоэффективности.

Расширение возможностей разработки IoT

Выбор лучшего беспроводного протокола позволяет использовать приложение интернет вещей (IoT) для успеха на растущем и конкурентном рынке. Решение о том, какой протокол использовать, в основном, должно основываться на требованиях приложения. LoRaWAN будет лучшим выбором в жестких промышленных приложениях с питанием от аккумуляторных батарей с небольшим объемом обмена данными, тогда как приложения с более высокими требованиями к пропускной способности должны рассматривать протокол, например Wi-Fi, с компромиссом по энергопотреблению.

Инженеры и разработчики с четким пониманием требований своего приложения должны иметь возможность принять лучшее решение относительно наилучшего беспроводного протокола для своего устройства. Обеспечение того, чтобы приложение IoT поддерживалось правильным беспроводным протоколом, является важным шагом в создании практического и прибыльного решения IoT.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *