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物联网设备与网关无线通信

物联网
2024-05-03 12:38:26
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一、物联网关是什么

物联网网关是一个新术语，将在未来的物联网时代发挥非常重要的作用。这将成为认知网络和传统通信网络之间的纽带。物联网网关作为网关设备，可以完成传感网络与通信网络以及各类传感网络之间的协议转换。

网关既可以实现广域互联，也可以实现局域网互联，并具有设备管理功能。运营商可以管理底层传感器节点，了解各个节点的相关信息，并通过物联网网关设备实现远程控制。

物联网云网关

这一部分强调物联网网关实现感知网络与物的互联。但要实现这种互联网，认知网络有LonWorks、ZigBee、6LoWPAN、rubee等多种协议，网关必须具备协议转换功能。同时，网关有两个关键点：实现广域互联。当没有广域网时，网关往往可以实现局域网互连，即短距离的交互和协作。

主要特点：

1.丰富的接入能力

目前短距离通信的技术规范有很多，仅有LonWorks、ZigBee、6LoWPAN、rubee等。诸如此类的常用无线传感器网络技术缺乏兼容性和系统规划，因为各种技术主要针对特定应用而开发。目前，国内外包括3GPP和传感器工作组正在开展物联网网关的标准化工作，以实现各种通信技术标准的互联互通。

2.可管理性

强大的管理功能对于任何大型网络都至关重要。首先需要解决网关问题，包括注册、授权处理、状态监管等。网关不仅获取节点的身份、状态、特性、能量等，还完成子网内的节点管理，包括基于各种技术标准的远程唤醒、控制、诊断、升级和维护。由于子网协议的复杂性，网关具有多种管理能力。物联网中的模块化网关可用于管理多个传感网络和多个应用，允许使用一致的管理接口技术来管理终端网络节点。

3.协议翻译功能

从各种传感网络到接入网络的协议翻译，一致地将数据封装为较低标准的格式，以确保不同传感网络之间的协议保持一致数据和信令：高层通告分析数据包转换成识别层协议可以识别的信号和控制命令。

总结这些基本的网关特性没有问题，但对于物联网网关来说，关键点之一是网关本身是唯一的入口和出口通道，完成感知层和通信层。对外，你只需要与网关打交道，网关用于调度和控制下面连接和注册的不同类型的传感设备。

因此，网关具有与API网关类似的核心功能。即在感知层访问和应用不同类型的感知设备提供的不同类型的协议时，可以将协议的访问转换为标准化的接口协议和通信层交互。对于实时接口可以使用类似的HTTP
rest接口，对于信息集成可以使用类似的标准mqtt消息等。物联网网关更注重硬件层驱动API的注册和访问，包括后续的处理。

物联网网关一般在架构和实现过程中提供硬件设备，实现协议转换、路由、转发、自动注册管理和南北一体化接口功能。该网关是通常放置在LAN侧的设备。在全云架构中，只有网关设备和云端可以交互。

边缘计算的最终实现可以在物联网网关层实现，进一步提高物联网网关的存储和计算能力。同时，网关层实现本地采集数据的自动采集，然后将采集到的数据进行二次处理后上传至云端。另一方面，云的主要计算规则和逻辑都分布到网关层，支持网关层的本地化计算。这也是网关层功能的重大扩展。

二、LPWAN技术的特点及应用

LPWAN（低功耗广域网），也称为LPWA）或LPN，是物联网（例如电池供电的传感器）中使用的一种类型，能够以低比特率无线网络进行长距离通信。 LPWAN可以同时满足覆盖范围和电池寿命的要求。以最小的功耗提供最远的距离覆盖是LPWAN最大的技术优势。
3LPWAN技术特点
LPWAN技术是近年来世界范围内物联网接入的革命性技术。长距离、低功耗、低运维是LPWAN技术的最大特点。与现有的WiFi、蓝牙、ZigBee等技术相比，LPWAN真正实现了广阔的发展，可以实现物联网的低成本全覆盖。
1.广域覆盖
LPWAN技术使物联网设备之间的通信距离达到3-20公里。低功耗LPWAN技术的应用使得数据可以在智慧城市中进行长距离传输。
2.低功耗
使用LPWAN的主要优点之一是低功耗。借助LPWAN，物联网设备在不使用时会自动进入睡眠模式。而且物联网设备在睡眠模式下消耗的电量非常少，因此这一优势有助于节省电量。低功耗和低使用率引起了连锁反应，这些使用LPWAN的物联网设备的电池寿命预计为5到10年。
3.降低成本
LPWAN技术的应用大大降低了物联网设备的相关成本。低功耗特性使得物联网设备可以使用更低的电池成本，物联网设备的成本也相应降低。此外，设备的维护成本也大幅降低。此外，通过LPWAN传输数据的网关数量也将相应减少，进一步降低基础设施成本。
LPWAN在智慧城市中的应用
LPWAN的3种主流技术
LPWAN技术是一种无线通信解决方案，可以解决很多需求以前无法解决，但当前LPWAN市场已经出现了各种类型的技术。目前市场上主要的LPWAN技术包括NB-IoT、eMTC、LORA等。
NB-IoT是物联网领域的一项新兴技术，支持广域网中低功耗设备的蜂窝数据连接。它也称为低功耗广域网(LPWAN)。 NB-IoT支持设备有效连接，待机时间长，对网络连接要求高。据称，NB-IoT设备的电池寿命可以提高到至少10年。
eMTC是物联网的一个应用场景。它非常可靠且延迟低。 eMTC主要用于设备之间的通信需求。
Lora是Semtech为其提供芯片的专有技术。 Lora技术改变了以往传输距离和功耗之间的权衡，为用户提供了一个简单的系统，可以实现长距离、长电池寿命和大容量，从而扩展传感器网络。
目前，与NB-IoT相比，LORA无线模块是目前最成熟稳定的窄带物联网通信技术。其免费网络专网远胜于运营商不断收费的NB网络，而且LoRa不需要终身付费。但LORA在物联网通信中的应用展难度大、周期长、进入壁垒高。运营商将采用NB-IoT和eMTC，而Lora将专注于企业级应用。
LPWAN技术的3种应用场景
LPWAN技术在智慧城市建设中可以发挥决定性作用。例如，智能路灯、湿度传感器、智能电表和智能停车场不需要非常高的数据速率，但需要非常广泛的覆盖范围。特别是在停车管理、智能冷链、智能抄表等方面。
LPWAN应用
LPWAN技术在智能抄表中的应用
在智能抄表解决方案应用中，水、电、气、热抄表终端通过LoRaWAN通信模块将数据上传到本地LoRaWAN基站。该模块可以控制一个LoRaWAN基站的数千个终端，然后通过蜂窝骨干网将数据上传到服务器。
LPWAN技术在智能冷链中的应用
在智能冷链解决方案中，温湿度信息由带有LORA传输模块的各种采集器采集，然后上传到LORA网关、蜂窝网络和互联网上传到云平台，客户可以在后台实时监控状态。
LPWAN技术在智慧路灯中的应用
在智慧路灯解决方案中，LoRaWAN解决方案的架构与抄表类似。各节点的数据需要通过基站进行采集，然后通过后台管理系统上传至云端，实现路灯故障报警、安全监控、紧急呼叫等功能。