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利用蜂窝物联网和DECT NR+构建高密度物联网网络

04/02 15:03
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Nordic Semiconductor公司 Martin Lesund

未来,无处不在的物联网将会把数十亿甚至数万亿的“物品”连接到云端。这些“物品”不仅仅是一直与互联网相关联的个人电脑、服务器、智能电视和智能手机,还有监控环境状况并做出相应反应的小型传感器执行器(通常没有用户界面)。在都市,这很可能意味着每平方公里就有数百万个联网设备。

工程师已经在想办法解决联网设备激增带来的工程技术问题,他们以“大规模物联网(massive IoT)”来描述未来的高密度网络。

大规模物联网的特点

网络电信公司爱立信(Ericsson)把海量物联网应用描述为:通常对延迟较不敏感,而且每个设备无需处理大量数据;但这些应用由许多低成本、高能效的设备组成,覆盖具有大量连接的较大面积区域。符合这些描述的用例日益普及,例如可穿戴设备、智能楼宇、智能电表、资产跟踪、工业自动化和智能农业,推动海量物联网需求不断增长。

就在几年前,要将所有这些小型物品连接到物联网还是很困难的,需要依赖昂贵且复杂的网关,因为每个设备通常使用不同并且不可互操作的技术。然而,如今我们拥有了出色的解决方案,可以摒弃网关并实现互操作性。这种解决方案称为蜂窝物联网(cellular IoT),由机器型通信 LTE(LTE-M)和窄带物联网(NB-IoT)技术组成。

蜂窝连接的巨大能力

蜂窝物联网 LPWAN 能够在 WLAN 和云之间实现高效、经济的远距离无线连接,因此发展迅速。由于蜂窝物联网使用受管制的频段,因此对网络的访问受到严格控制,每台设备都需要用户身份模块(SIM)。虽然蜂窝物联网会产生数据费用,但能够确保广泛、稳健、无干扰和高度安全的连接,适用于大规模物联网。

分析机构Statista表示,LTE-M和NB-IoT总计占有当前 LPWAN 市场的 47%,成为了安全可靠的远距离连接的主要选择。

LTE-M最适合需要相对较高的上行和下行速度的应用,它也是资产跟踪等移动应用的理想选择。相比之下,NB-IoT则侧重于静态应用,具有更好的室内和地下覆盖性能,不过吞吐量较低。

针对5G的更新

虽然 NB-IoT 和 LTE-M 最初是作为 4G LTE 标准的一部分创建的,但它们现在已成为最新 5G 标准(由国际电信联盟无线电通信组 (ITU-R) 定义)的一部分,确保随着网络继续发展而不断调整。

这种发展演进至关重要,因为下一阶段的大规模物联网发展将依赖于这些 5G 网络。具体来说,工程师正专注于开发 "大规模机器类型通信"(mMTC),该技术将使用低功耗无线连接来实现广泛的机器对机器(M2M)应用,支持每平方公里多达一百万个设备。

DECT NR+:大规模物联网的非蜂窝替代方案

NB-IoT 和 LTE-M 正在不断发展以满足mMTC的需求,但它们并不是唯一选择;DECT NR+ (“NR+”)也可以满足 mMTC 的所有技术要求。人们定义NR+为5G 技术,虽然它与蜂窝协议共享某些技术,但其本身并不是蜂窝协议技术。

NR+在1.9 GHz全球免许可频段内运作,由于不收取数据费用,因此降低了运营成本。工程师无需使用许可网络,可以在不需要 SIM 卡的情况下构建高密度专用mesh网络。这些网络可覆盖室内数百米或室外数公里的范围,单个网络可容纳多达 40 亿个独特的无线电设备。它们还可以进行定制以支持高数据传输速率(高达每秒数千兆比特)或低功耗(平均低于 10 微安)。

低成本、大规模连接

NR+确保可靠性和低延迟,因此适用于关键基础设施等重要应用。由于采用了自愈mesh网络技术,它具备高可靠性和稳健性,这意味着即使一个网络节点出现故障,仍可通过其余节点传输和接收数据。NR+还有望提供与有线网络类似的延迟时间。例如,Nordic 首款基于 nRF91 系列的 NR+ 解决方案可提供1 毫秒的设备间延迟和每秒 3 兆比特的吞吐量。这一性能适用于每平方公里高达一百万个设备密度,使得NR+非常适合大规模物联网应用。

Nordic推出大规模物联网解决方案

Nordic扩展产品阵容,将NR+解决方案增添到现有的蜂窝物联网产品中,连同nRF9160 SiP,还提供nRF9161, nRF9151 和nRF9131 LTE-M/NB-IoT 和NR+

解决方案。这些新产品不仅拓宽了蜂窝物联网的范围,还首次为该技术引入了 NR+支持和功能。

蜂窝物联网和 NR+技术支持未来的大规模物联网,不仅能够提高生产力、改善休闲活动和教育,还可以应对气候变化、可持续生活、资源保护和改善健康等全球挑战,从而为所有人创造更美好的世界。

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