大約四年前，我撰寫了“Top wireless standards for IoT devices”一文，對市場上可用的不同無線網絡技術進行了廣泛的介紹。當時，所安裝的大多數連接設備都使用傳統的2G蜂窩網絡和M2M通信技術，使用SMS和GPRS/EDGE傳輸數據。
當時，面向物聯網的新LTE標準——機器長期演進（LTE-M）和窄帶物聯網（NB-IoT）——開始出現，它們在蜂窩網絡上提供了新的低功耗廣域連接。這使得大規模的物聯網應用得以部署，特別是在工業和農業方面。多年來，LTE-M在美國變得非常流行，而NB-IoT則在亞洲和歐洲成為首選標準。
此外，由于LTE-M和NB-IoT都出現在了新空口的規范中，因此兩者都為5G提供了清晰的路徑。
如今，對于大多數需要低功耗以及蜂窩網絡的安全性和可用性的大規模物聯網應用來說，NB-IoT和LTE-M是首選的解決方案。雖然兩者都支持數千個連接的大規模物聯網部署，但它們也存在一些差異：NB-IoT所需的功率更少且所需的調制解調器更小，因此非常適合依靠電池運行的小型設備，但它(尚)不支持SMS或語音；LTE-M則需要更多功率，但它支持SMS和基本的語音通信。
從蜂窩服務提供商的角度和盈利能力來看，LTE-M使其能夠通過軟件更新來支持現有4G網絡上的服務，而NB-IoT則需要額外的硬件。
隨著5G網絡的到來，LTE-M和NB-IoT都成為規范的一部分，因此可以直接得到支持。此外，對于需要更多帶寬但不需要完整網絡功能的物聯網應用，還有5G NR-REDCAP，它在低頻段頻譜上提供了與LTE類似的性能。
5G通過網絡切片提供新的可能性
從定義規格到創建基礎設施，經過幾年的發展，我們已經看到在過去三年中，全球主要城市出現了首個商用5G網絡。
雖然5G最初的關注點集中在新標準的更高帶寬、更低延遲和可靠性上，但新一代蜂窩連接的真正好處是5G的可編程性、更低功耗以及靈活性。新空口最關鍵的功能之一是網絡切片。
完全在5G獨立網絡（3GPP第16版及更高版本）中實施的切片技術，將物理無線電虛擬地劃分為多個共存的邏輯分離無線電服務，從而以最適用的資源和網絡拓撲支持不同的服務和應用。
圖1：網絡切片。(圖片來源：NTT DoCoMo)
網絡切片對于啟用專用無線網絡和大規模物聯網至關重要。通過切片，蜂窩服務提供商(CSP)可以分離5G無線電的某些部分，以便某個公司在其設施中運行單獨的網絡；為自動駕駛汽車提供更高的帶寬和低延遲；或者隔離頻譜中的某個不同部分，而將其用于連接農場中數千個傳感器的NB-IoT服務。這些服務和切片在同一個5G網絡上運行。
對于“關鍵物聯網”而言，5G無可替代
自動駕駛汽車、遠程手術、無人機監控以及其他需要超低延遲和可靠性的關鍵物聯網應用，需要5G新空口的功能。
此外，CSP們正在關閉全球范圍內的傳統2G和3G網絡。由于無線頻譜稀缺且受到嚴格監管，運營商們正在重新利用其現有的4G和5G許可證。幾年后，4G和5G將成為運營蜂窩連接物聯網設備網絡的唯一選擇。
安全性是蜂窩網絡的關鍵特性
蜂窩網絡最顯著的優勢之一是其安全性。任何蜂窩設備都需要一個用戶身份模塊(SIM)，從而提供NSA Suite B AES-256加密和身份認證。
幸運的是，運營商和OEM廠商可以在沒有SIM卡的情況下使用嵌入式SIM(eSIM)或集成SIM(iSIM)進行產品發貨，然后在不訪問設備的情況下配置網絡憑據。
除了可編程性和基本操作之外，一些新的SoC已經具備iSIM、2G、4G和5G無線電功能。
蜂窩網絡并不總是最好的選擇
持續的成本、功耗和對CSP的依賴，是許多組織為其物聯網部署選擇其他無線標準的原因。
雖然LTE-M和NB-IoT為大規模物聯網提供了低成本、低功耗的方案，但它們的運行成本仍然高于WiFi、LoRA或Sigfox等其他選項。此外，不同的CSP有不同的物聯網商業模式，在某些地區，競爭是有限的或不存在的。
在第2部分中，我將介紹IoT的其他一些無線方案選擇，尤其是低功耗廣域網(LPWAN)。
（原文刊登于EDN姊妹網站IoT Times，參考鏈接：2022 top wireless networks for IoT – Part 1，由Franklin Zhao編譯。）
本文為《電子技術設計》2022年6月刊雜志文章，版權所有，禁止轉載。免費雜志訂閱申請點擊這里。
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