Обзор сетевой архитектуры M2M для инженера

Обмен данными между машинами (M2M) позволяет машинам и устройствам передавать небольшие объемы информации другим машинам. Это включает в себя связь с датчиками дыма, дверными замками, сигнализацией, счетчиками воды, сельскохозяйственными датчиками, интеллектуальными зданиями, интеллектуальным освещением, датчиками окружающей среды и т. Д.

Каждое приложение IoT имеет свой набор ограничений с точки зрения дальности действия беспроводной сети и энергопотребления, которого необходимо достичь. Следовательно, сетевая архитектура M2M направлена ​​на правильное использование радиоресурсов. Каждая из перечисленных ниже сетей использует разные методы обработки этих ресурсов. Например, сотовая связь - это единственный тип повсеместно распространенной сети M2M, использующий собственное лицензированное частотное пространство. Остальные обычно сосуществуют, используя бесплатные нелицензированные частоты. Из-за нормативных ограничений компаниям не разрешается проектировать свои сети так, чтобы они имели несправедливое преимущество перед другими сетями, поэтому при создании сетевой архитектуры для этих компаний возникает вопрос, как эффективно использовать нелицензированный спектр.

Ниже мы рассмотрим преимущества и особенности семи ведущих сетевых архитектур M2M.

1. Сотовая связь

Сотовая связь долгое время доминировала в пространстве M2M. Основным преимуществом сотовой связи является повсеместное покрытие, но основными недостатками сотовой связи являются короткое время автономной работы, высокая стоимость конечных точек и высокие регулярные платежи. Любому приложению с батарейным питанием будет сложно использовать сотовый модем. Сотовые сети тоже постоянно меняются. Например, когда начинался M2M, большая часть сотового мира использовала технологию на основе GSM (которая сейчас постепенно прекращается). GSM в основном был заменен 3G и LTE, и ходят слухи, что эти технологии для приложений M2M в конечном итоге будут прекращены и заменены LTE-M. Таким образом, компании, внедрившие сотовые модемы, должны знать, что их оборудование может не поддерживаться в ближайшие годы.

2. Wi-Fi

Wi-Fi стал более распространенным вариантом M2M за последние пять лет. Отчасти это связано с производителями микросхем WiFi, такими как GainSpan, которые теперь ориентируются на пространство, создавая более дешевые наборы микросхем с низким энергопотреблением и очень простым интерфейсом. С этими новыми чипами вам не понадобится компьютер и драйвер Wi-Fi; вместо этого вы можете использовать универсальный асинхронный приемник / трансивер (UART). Но в то время как покрытие сотовой связи является повсеместным, покрытие WiFi отсутствует, что является одним из основных недостатков WiFi на рынке M2M. Например, если вы собираете дверной замок с карточкой-ключом для каждой квартиры в небоскребе Нью-Йорка и используете Wi-Fi, подготовка к работе станет кошмаром.

3. Bluetooth с низким энергопотреблением (LE)

Другой вариант, который стал доступен в последние четыре года, - это Bluetooth Low Energy (LE), который также называется Bluetooth 4.0 или Bluetooth Smart. Bluetooth LE потребляет значительно меньше энергии, чем традиционный Bluetooth, но, как и его предшественник, пользователи довольно ограничены диапазоном и размерами пакетов. Bluetooth LE предназначен для передачи только очень небольших фрагментов информации в Интернете через телефон или компьютер. Это делает Bluetooth LE идеальным вариантом для таких приложений, как пульсометры или фитнес-трекеры, но он не идеален для всего, что требует более высокого энергопотребления или более широкого диапазона.

4. ZigBee

ZigBee - это протокол ячеистой сети, который пытается решить проблему дальности. Хотя он предлагает значительно лучший диапазон, чем что-то вроде Bluetooth LE, есть ограничения диапазона и недостатки, которые связаны с ячеистой сетью. Например, некоторые из узлов в ячеистой сети существуют только для передачи информации, что вызывает постоянное (и несколько ненужное) потребление энергии. Это делает ZigBee плохим кандидатом для устройств с батарейным питанием, но он хорош для чего-то вроде мониторинга электрической сети, которая имеет неограниченный источник энергии. Короче говоря, ZigBee продолжает внедряться на некоторых нишевых рынках, но он не сможет удовлетворить потребности всех в пространстве M2M.

См. также: The ZigBee Vs. Битва WiFi за связь M2M

5. SIGFOX

Пространство глобальной сети с низким энергопотреблением (LPWAN) в последнее время стало более насыщенным - и сейчас лидером в группе является SIGFOX. Эта сеть M2M отправляет небольшие, медленные пакеты данных, что делает ее идеальной для таких вещей, как системы сигнализации или простые счетчики. Из-за асимметричного бюджета канала сеть допускает только ограниченную двунаправленность, поэтому она не может отправлять данные обратно от шлюза к узлам на периферии сети. (Это проблема, которую пытаются решить другие проигрыватели LPWAN.)

6. LoRaWAN

LoRaWAN - это протокол M2M, созданный LoRa Alliance для создания экосистемы приложений M2M, использующих физический уровень LoRa. Как и SIGFOX, LoRaWAN является сетью, ориентированной на восходящие каналы, и поэтому хорошо работает для сенсорных устройств. Частично это связано с европейскими правилами, согласно которым для каждого устройства (включая шлюз) рабочий цикл должен составлять 1%. Из-за нормативных различий здесь, в США, большой сегмент рынка можно решить, разработав протокол, который позволяет использовать больше приложений, основанных на «управлении и контроле». И именно на этом мы в Link Labs попытались сосредоточить свое внимание.

7. Симфоническая ссылка

Symphony Link - это сеть Интернета вещей, которую мы в Link Labs разработали для решения некоторых проблем, связанных с другими архитектурами M2M. Например, один шлюз Symphony может использоваться для связи с 10 000 узлов и, таким образом, охватывать все здание. Symphony также нацелен на время автономной работы; узел в нашей сети, который отправляет сообщение каждые 10 минут, может прослужить от восьми до 10 лет в зависимости от приложения.

Заключение

Как видите, доступно множество сетей IoT. Каждый из них пробует уникальный подход к решению стандартной инженерной задачи:как найти компромисс между стоимостью, производительностью и сложностью. Каждый инженер знает, что у вас не может быть лучшего из всех этих возможностей, но вы можете создать сеть, которая будет обслуживать определенные приложения. Мы с нетерпением ждем, как эти сетевые архитектуры будут улучшаться, развиваться и расти в ближайшие годы.