国内的物联网发展大概到了什么阶段?未来有何发展?如何选择合适的物联网解决方案

国内的物联网发展大概到了什么阶段?未来有何发展?如何选择合适的物联网解决方案,第1张

近3年,伴随着传感器精度的提高,大数据、机器视觉、机器学习等领域的高速发展,智慧农业商业化的时间点已经来临,行业龙头和VC都在积极投资。根据中金公司智慧农业行业研究报告分析,预计到2020年,智慧农业的可及市场空间将超过800亿美元。其中以农业物联网应用的“精准农业”发展最为迅速。
“精准农业”主要是指:将传感器等硬件收集到的实时农作物、土壤、牲畜数据与天气、温度,湿度等环境数据相结合,利用分析软件对数据进行处理后,向农业用户提供更好的决策建议,达到节省资源、提高产量、降低风险等一系列目的。具体应用包括精准种植、精准灌溉、精准施肥、精准农药喷洒等。该部分在智慧农业中市场规模最大、商业化最成熟,根据MarketsAndMarkets预计,到2022年精准农业可及市场空间将超过200亿美元。
可根据个人或企业的种植园区或种植基地的实际情况,选择适合园区或基地本身的农业物联网解决方案,如果只是针对生产过程,可选农业远程智能监控房方案;如果针对农产品,可选择农产品溯源,如果需要综合考虑,可选择智慧农业云平台等方案,智慧农业解决方案提供商也会到实地进行考察,给出相关的建议。

Nb-iot核心优势:窄带传输、广覆盖、海量接入、低功耗
Nb-iot是(Narrow Band Internet of Things)的缩写,意为是窄带物联网。Nb-iot已经成为物联网最重要的无线接入手段之一,可以说nb-iot技术是为物联网行业量身打造。其优势包括:①NB-IoT只需要非常窄的频谱就可以正产工作,只消耗大约180赫兹的频段,完全兼容于全球移动通信系统、通用移动通信系统和4G网络,也就是说,它可以搭建在已有的通信平台上,不用进行硬件方面的升级。②广覆盖。在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍;③具备支撑海量连接的能力。NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构;④更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年。
4G的核心优势:高数据速率、宽带传输、无线即时通讯、兼容性高
4G可以说是3G移动通信的升级版,其核心变化是信息传输速率上面的变化。而从1G、2G一直到4G,更多是人们对信息传输速度、信息传输量的需求不断扩大。所以4G通信的优势总结如下:①高数据速率。目前,4G无线传输的速度已经可以达到20Mbps,最高可以实现100Mbps。②宽带传输。通讯速度对于带宽的要求非常高,第三代合作伙伴计划(通讯标准化组织)决定在3G通信网络的基础上,进行大幅度的改造,每个4G信道会占有100MHz的频谱,相当于3G通讯网络的20倍。③无线即时通讯。4G大大促进移动网络的及时互动,信息传输种类更加丰富,包括、音频、视频等。④兼容性好。4G几乎可以同任何网络进行互联,大多数种类的终端设备均可接入4G通讯网络。

蓝牙模块选型前期,一定要了解应用场景以及需要实现的功能(应用框图),以及功能实现过程中所能提供调用的接口(主从设备,功能),考虑模块供电,尺寸,接收灵敏度,发射功率,Flash,RAM,功耗(广播,连续传输,深度睡眠,待机状态),连接距离,接口,天线,性价比等。

根据蓝牙标准,SKYLAB的BLE蓝牙模块大致分为BLE42模块,BLE50模块,BLE52模块;如果蓝牙方案中需要的是支持主从一体的蓝牙模块,则可以选择BLE42模块SKB369,BLE50模块SKB501,BLE52模块SKB378,如果是想要找高性价比且做从的蓝牙模块,则优先考虑蓝牙42模块SKB376。

BLE蓝牙模块选型之参数:

传输速率:传输速率通常是设计人员首要考虑的,因为它关系到传送的信息类型。因此在进行蓝牙模块选型的时候务必要清楚蓝牙模块的应用,并以工作状态下所需要的数据传输速率为选型标准,毕竟把高质量音乐传送到耳机所需的数据速率,与心跳监护仪所需的数据速率有着很大的差别。

连接距离:根据距离的远近来选择,根据蓝牙方案的实际应用中的距离来确定哪个BLE蓝牙模块更能够满足数据传输需求。传输距离也是一个重要的考虑因素,当然距离越远越好,SKB369的传输距离可以达到30米,SKB501的传输距离可以达到50米,SKB378的传输距离可以达到50米+;

功耗:功耗主要由传输速率和距离来决定。一般蓝牙设备通过电池供电,功耗的高低直接决定着产品的续航能力。BLE蓝牙模块本身就是以低功耗著称,但是因为其拥有多种工作状态:广播(100ms间隔),连续传输(20ms间隔),深度睡眠(μA),待机状态(μA);各个状态下的功耗值也是有区别的,这个就需要工程师根据实际的蓝牙方案来确定了。BLE52蓝牙模块SKB378拥有极低功耗:TX 41mA@0dBm, RX 36mA@1Mbps, Sleep current<18uA);适合对于功耗有着严苛要求的产品,如智能手表、智能手环表等产品;

通讯接口:模块产品本身就是为了缩减产品上市周期了,为了方便蓝牙模块的使用,现有的BLE蓝牙模块都提供灵活的硬件接口,支持UART/SPI/GPIO/I²C/I²S/PWM接口,用户可以根据蓝牙方案的实际需求入手,如果只是数据传输,采用串行接口(TTL电平)就好了。

芯片方案:芯片决定着蓝牙模块的运算能力,没有一颗强劲的“ 芯 ”,蓝牙模块的性能无法保证。SKYLAB BLE42/50蓝牙模块都是基于Nordic方案研发推出,参数性能稳定可靠。SKYLAB BLE52蓝牙模块SKB378主频768MHz,32位ARM Cotex-M33处理器,同时内置32kB RAM和512kB Flash,支持模拟或者数字外设;

工作方式:BLE蓝牙一般分主、从机、主从一体/主从同连,一个主机目前最大可以与7个从机通讯,支持点对点通信;

目前市场中SKYLAB的BLE蓝牙模块主要是基于Nordic方案的蓝牙模块,分别是基于Nordic nRF52832芯片制作的SKB369和基于Nordic nRF52840芯片制作的SKB501,以及基于EFR32BG22蓝牙无线收发芯片的SKB378。可应用于互动娱乐设备:遥控、3D眼镜、游戏控制器;个人区域网络:健康/健身传感器和监护仪、医疗设备、钥匙扣+手表;遥控玩具;蓝牙信标;蓝牙网关;室内定位。

Wi-Fi最大的优点是连接快速持久稳定,它是解决IoT设备端连接的首选方案,唯一需要考虑的是智能设备对于Wi-Fi的覆盖范围的依赖导致智能设备的活动范围比较小,缺点是不适合随身携带或户外场景

1、3765C考勤机是一款典型的通过Wi-Fi与云平台连接通讯设备,但是手机与其连接借助的是Bluetooth通讯

蓝牙最大的优点是不依赖于外部网络,便携,低功耗,只要有手机和相应的智能设备,就能够保持稳定的连接,走到哪连到哪,所以大部分运动的智能设备和户外使用的设备都会优先考虑Bluetooth。它的主要不足有:
1不能直接连接云端
2传输速度比较慢,只能用于数据量较小的传输
3组网能力比较弱(距离近(大概10米)、蓝牙的组网一个central只能连接7个外设)

13650签到机采用的蓝牙通讯:校验设备、设置各种参数,签到机的发现采用的Beacon协议(而Beacon协议也是蓝牙协议的扩展):智能手环与手机之间的通讯是蓝牙通讯

Wi-Fi的不足是智能设备移动范围小,蓝牙的短板是设备不能直接连云端和组网能力弱。而WWAN既可以移动,也可以随时联网,看上去好像完全弥补了Wi-Fi和Bluetooth的不足,实际上它也两个主要的短板
1在使用的过程中可能会产生比较高的费用
2网络状况不稳定,常常遇到无网或弱网的环境

智能设备车载Wi-Fi

前面介绍了主流的三种无线技术占到了所有IoT使用场景的95% ,剩下的是一些特殊场景用到的无线技术选型

ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全
例如在全屋智能场景中,家中已存在大量IoT设备,如果使用Wi-Fi方案,每个设备配网会非常麻烦,并且Wi-Fi每次做移动,修改密码,智能设备都要一一作出调整。如果使用蓝牙方案,以目前BLE42标准,蓝牙的组网一个central连接7个外设,但是蓝牙的组网能力弱也满足不了需求,所以在全屋智能场景中,经常会使用ZigBee+Wi-Fi的二合一网关。ZigBee和蓝牙一样都是近距离低功耗的通讯技术,但他对比蓝牙有个最大的优势就是强大的组网能力,在全屋智能场景中,IoT设备多达十几个,蓝牙的配网模式满足不了需求,所以一般会使用搭配ZigBee和Wi-Fi的二合一网关,通过ZigBee连接IoT设备,通过Wi-Fi将数据同步到云端

智能家居场景

智能家居的通信一般使用Wi-Fi,蓝牙,Zigbee。而我们的手机,平板可以通过蓝牙和Wi-Fi接入进行数传通信。电脑可以通过Wi-Fi
此方案中,蓝牙和Wifi都可以作为设备的接入点,即使身边没有专业的Zigbee控制器,也可以通过蓝牙,Wifi这些常用的设备接入,最终通过串口控制另一个可接入模块和Zigbee的主设备

例如飞行器的使用场景,飞行器一般都在没有Wi-Fi的环境使用,所以Wi-Fi不满足,飞行器常常有较远的飞行距离,所以Bluetooth和ZigBee不满足,另外飞行器常常在海边、山上等GPRS无线信号或者弱网的环境使用,所以WWAN也不合适,从上述来看单一的无线通讯模块都不能很好的解决飞行器的通讯需求,所以飞行器需要用的是多种无线模块的组合使用,通过Bluetooth让遥控器和手机连接,通过Sub1GHZ处理长距离时飞行器和遥控器之间的通讯,通过其他波长处理中距离或短距离飞行中的数据通信,这种组合技能满足手机 *** 控,又能在中距离有高质量的图像数据,在远距离还能继续控制

NB-IoT,Narrow BandInternet of Things,窄带物联网,是一种专为“万物互联”打造的蜂窝网络连接技术,万物互联网络的一个重要分支。顾名思义,NB-IoT 所占用的带宽很窄,只需约 180KHz,而且使用License 频段,可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式,与现有网络共存,并且能够直接部署在GSM、UMTS 或 LTE 网络,即2/3/4G的网络上,实现现有网络的复用,降低部署成本,实现平滑升级
移动网络作为全球覆盖范围最大的网络,其接入能力可谓得天独厚,基于蜂窝网络的 NB-IoT 连接技术的前景更加被看好,已经逐渐作为开启万物互联时代的钥匙,而被商用到物联网行业中

2014年,华为与沃达丰共同提出 NB-M2M

2015年5月,华为和高通共同宣布了一种融合的解决方案,即上行采用 FDMA 多址方式,下行采用 OFDM 多址方式,命名为 NB-CIoT(Narrow Band Cellular IoT)

2015年8月10日,在 GERAN SI阶段最后一次会议,爱立信联合几家公司提出了 NB-LTE(Narrow Band LTE)的概念

2015年9月,3GPP在2015年9月的 RAN 全会达成一致,NB-CIoT 和 NB-LTE 两个技术方案进行融合形成了 NB-IoT WID。NB-CIoT 演进到了 NB-IoT(Narrow Band IoT),确立 NB-IoT 为窄带蜂窝物联网的唯一标准

2016年4月,伦敦 M2M 大会上华为宣布与沃达丰成立 NB-IoT 开放实验室

2016年4月,NB-IoT 物理层标准在 3GPP R13 冻结

2016年6月,NB-IoT核心标准正式在3GPP R13冻结

2017年一季度,根据《国家新一代信息技术产业规划》,把 NB-IoT 网络定为信息通信业“十三五”的重点工程之一

2017年4月1日,海尔、中国电信、华为三方签署战略合作协议,共同研发基于新一代 NB-loT 技术的物联网智慧生活方案

2017年4月25日,全球移动通信设备供应商协会发布数据,目前全球仅有4张 NB-IoT 商用网络。但同时又指出,至少有13个国家的18家运营商规划部署或正在测试40张 NB-IoT 网络

2017年5月,软银与爱立信合作,将在日本全面部署 Cat-M1 和 NB-IoT 网络,以期率先在日本国内推出商用蜂窝物联网业务

2017年5月,中国联通上海宣布5月底完成上海市 NB-IoT 商用部署。上海联通在2016年上半年,建设了全球首个 pre NB-IoT 大规模连续覆盖区域—上海国际旅游度假区,并携手华为共同发布 NB-IoT 技术的智能停车解决方案

2017年5月,华为 NB-IoT 芯片 Boudica 120在6月底大规模发货

从2018年开始全面推进国家范围内的 NB-IoT 商用部署。其实在我们生活当中已经推行了很长一段时间了。试用商反馈也是一片良好,垂直使用场景也是数不胜数

NB-IoT目前的应用

综上所述,NB-IoT 就像一个可以保障 5G 大范围完美落地的安全气垫。建设基于 NB-IoT 技术的物联网垂直行业应用将趋于更加简单,分工更加明晰。在 5G 大家庭里,它是一个温润如水的大哥。有山的背膀和水的包容力。是 5G 家里稳定又踏实的“经济适用男”。是家里第一个冲向前线的人,并且为了实现家庭的大目标尽可能完善自己。飞速发展的 5G 时代里,它是勇攀高峰的保险绳

对前面无线通讯技术的做个总结,优缺点以及适用于哪些领域一目了然

对于未来的Bluetooth50以及NB-IoT都是需要我们密切关注的技术,Bluetooth50相比42,在组网和传输距离上有了很大的提升,连接范围扩大了4倍,速度提高了2倍,无连接数据广播能力提高了8倍,Bluetooth50对于ZigBee的冲击影响可想而知
而NB-IoT目前的提出就是针对IoT的使用场景,其中最大的特色是覆盖面广,价格便宜。NB-IoT现在联盟的力量很强大,大部分芯片商,通讯商,电信运营商都参与其中,都在积极的推进NB-IoT的公共网络建设,未来潜力非常值得关注

IoT技术选型及模型设计的思考

什么是NB-IoT


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