一文读懂物联网连接江湖：谁在主导万亿级市场？

物联网设备有潜力彻底改变我们的工作、生活和发展方式。要充分利用这项技术的优势，需要深入了解物联网设备及其连接系统。无论是选择最佳网络进行连接，还是理解信号强度、数据速率、成本和其他方面，都需要类似的专业知识。本文将提供物联网设备连接所需的全部信息。

在数字互联和信息无缝共享的世界中，合适的设备和网络至关重要。物联网（IoT）是构建不同数字设备和连接网络的关键技术之一。

理解物联网设备连接

不同类型的物联网设备共同形成通信通道，实现无缝连接。实现物联网设备之间的通信是所有物联网系统的支柱。这些连接通道允许物联网设备共享信息并协调行动，从而能够根据现有环境做出实时和主动决策。

这种通信的无缝性提高了效率、增强了物联网网络的可扩展性和自动化范围。在建立连接之前，我们还必须考虑环境因素，因为网络设置可能因生态系统而异。

物联网设备连接类型

有线连接

有线连接通过以太网和局域网提供高速稳定的连接，适用于工业环境中对连接可靠性要求极高的场景。

无线连接

包括Wi-Fi和蜂窝网络，覆盖短、中、长距离。无线连接在物联网网络中广泛使用，助力构建智能家居和智能工厂。

低功耗广域网络（LPWAN）

适用于需要长距离无线和可靠连接但功耗较低的环境，例如环境监测和资产追踪。

卫星连接

卫星物联网连接旨在建立需要全球覆盖的通信通道，适用于偏远地区和海洋应用。

蓝牙

蓝牙连接在短距离通信中广泛应用，可成功连接不同物联网设备、智能家居设备等。

Zigbee

另一种低功耗配置的通信通道，Zigbee连接适用于网状网络中的物联网设备，常用于智能家居和工厂，提供能效和可靠连接。

Z-Wave

Z-Wave连接旨在通过安全无线协议在家庭自动化系统中建立无缝连接。

近场通信（NFC）

近场通信为近距离物联网设备提供支持，允许它们之间进行安全数据交换，主要用于非接触式支付和物联网应用的访问控制系统。

窄带物联网（NB-IoT）

NB-IoT是LPWA技术中的一种连接解决方案，可实现不同物联网设备之间的通信，适用于低功耗和高系统容量场景。

选择物联网连接时需考虑的因素

范围

连接解决方案的范围是多少？根据需求，它能否在所有设备之间以可靠速率实现通信，而不会出现延迟、断开或差异？

数据速率

了解连接解决方案的数据吞吐量。有线连接的数据速率为10 Gbps，而无线连接的数据速率则因2.4GHz至5 GHz频段而异。蜂窝网络速度可达5 Gbps，蓝牙连接速度可达2 Mbps。因此，请根据需求选择连接类型。

功耗

检查物联网设备的功耗。高功耗设备可能会增加运营成本。

成本

考虑建立整个网络的成本，包括硬件和软件费用。此外，还包括设备运行、维护和维修的成本。

延迟
延迟率是指数据传输之间的延迟。有线连接和蓝牙的延迟最低，而LPWAN系统的延迟最高。

不同类型的物联网连接对比

消费级连接设备

包括智能家居设备和装置，如智能音箱、自动化安全系统、语音助手、可穿戴设备、健身追踪器、联网家电等。

企业级连接设备

为大型场所提供动力，构建智能工厂和仓库等。包括智能安全系统、能源管理、资产和库存追踪、移动解决方案等。

工业物联网（IIoT）

IIoT设备安装在大规模工业环境中，提供预测性维护、实时监控、自动化等优势。通过数据驱动的洞察，工业领域可提高生产力、减少停机时间并提高效率。

有线连接

有线连接包括通过高容量和高速有线网络建立的连接。以太网是有线连接的典型示例，可提供10 Mbps至10 Gbps的不同连接速度。以太网的主要优势之一是高数据吞吐量，这在工业环境和需要高容量的工作站中至关重要。然而，也存在一些局限性，例如每个设备都需要通过有线连接，这限制了移动性，并带来了维护和运营挑战。

应用领域包括智能电网、医疗保健、交通、工业自动化、安全系统和智能建筑。

无线连接

顾名思义，无线连接无需布线即可建立连接。它们利用与电磁波谱无线电波传播系统相关的射频（RF）技术。通过这种在开放空间中传播的连接，物联网网络中的无线设备可相互连接并协同工作。

蜂窝网络

蜂窝网络已成为当今最流行的网络连接系统，同样适用于物联网网络。利用现有的全球蜂窝网络建立物联网连接更加容易。不同类型的蜂窝网络包括：

2G

：第二代网络，实现了数字语音通信和短信功能，数据传输能力有限，广泛用于物联网资产追踪。

3G

：第三代网络提高了数据速度，支持远程监控，并可轻松与复杂设备和应用程序建立连接。

4G

：第四代蜂窝网络速度更快，支持构建物联网智能城市和自动驾驶联网车辆。

5G

：第五代网络具有超高速和低延迟，支持实时远程控制和自主设备操作。

LTE-M

：LTE-Machine网络是一种适用于广域网络的低功耗连接系统，可用于物联网，提供扩展覆盖范围和更高的电池寿命。
NB-IoT
：窄带物联网网络提供出色的室内连接，同时提供低功耗解决方案，适用于农业物联网和智能电表。
蜂窝网络安装和维护简单，但可能面临提供商协议和使用条款的限制，这可能会限制其能力。因此，该系统不适用于制造和金融服务领域的物联网连接。

此外，该连接类型还存在成本挑战，以及需要更高功耗的问题。

低功耗广域网络（LPWAN）

LPWAN是无线通信系统和技术的子集，专门设计用于构建物联网网络。这些连接为长距离覆盖提供通信通道，同时具有低功耗和成本效益等优势。

因此，LPWAN非常适合电池供电的物联网连接，特别是在智能城市、农业环境和环境监测中。LPWAN中的不同连接类型包括：

• LoRaWAN
  ：LoRaWAN适用于建立长距离物联网连接，为农业和智能城市提供智能连接，是一种经济高效的解决方案。然而，使用该网络的实体必须建立自己的基础设施。由于该连接使用未授权频段，企业只需支付基础设施费用。
• Sigfox
  ：Sigfox也专门设计用于为低功耗无线环境中的设备提供连接，广泛用于智能仪表网络。目前，Sigfox在72个国家拥有900 MHz频段网络。使用该技术，企业可获得100比特/秒的数据速率。
  增强室内覆盖
  ：为物联网网络提供稳健的连接，通过降低用户设备和系统的功耗来提高能效。我们可以将NB-IoT视为一种良好的低带宽蜂窝网络替代方案。
• LTE-M
  ：LTE-M是针对物联网应用优化的蜂窝网络，提供可靠且低延迟的连接，非常适合车队管理和远程监控等操作。

卫星连接

卫星物联网连接是在偏远和难以到达的地区建立连接的绝佳选择。当其他类型的有线和无线连接不可用时，它可以提供出色的解决方案。卫星连接具有无缝连接和广泛覆盖的优势，对于海洋应用、航空追踪和偏远地区环境监测至关重要。

卫星连接的局限性之一是高安装和运营成本。此外，其延迟率较高，这可能会使实时决策变得困难。卫星连接可有效应用于以下领域：

• 近海能源作业
• 偏远地区的农业工作
• 灾害管理服务
• 航运和物流
  在这些领域，卫星物联网连接可通过实现数据传输来帮助快速决策。

安全和隐私考虑

物联网网络中所有设备的互联确实引发了安全和隐私担忧。尽管有多种解决方案可以应对这些挑战，但我们必须为不友好分子利用安全系统漏洞留出空间。

认证和授权

安全的物联网网络采用数字证书和安全API等认证系统，用于识别设备并允许授权设备接入网络。授权系统控制设备的访问级别和操作。

数据加密

使用TSL/SSL加密协议，可确保存储和传输中的数据安全。这可以防止窃听攻击、数据篡改和数据泄露，从而维护数据隐私和完整性。

量子加密

物联网连接采用量子安全加密技术，以填补量子计算可能带来的安全漏洞。量子算法可保护物联网网络免受量子计算系统攻击。

固件更新

为保护固件并增强其安全性，会发送安全的空中下载（OTA）更新，以保护网络免受各种漏洞的影响。通过在网络上叠加加密签名，我们可以建立一个系统来验证更新的真实性和安全性。

分布式拒绝服务（DDoS）防护

安全的物联网网络具备DDoS防护系统，如流量分析、速率限制和异常检测。

通过这些安全系统，我们可以维护物联网网络的完整性和安全性。安全网络对于保护连接到网络的设备、数据和用户至关重要。

互操作性和标准

每个物联网网络都受某些通信协议和标准约束。制定这些标准是为了优化整个网络的实用性、安全性和完整性。以下是物联网中使用的标准：

1. MQTT
   ：消息队列遥测传输是一种发布-订阅协议，广泛用于低带宽和高延迟网络。MQTT协议具有实时数据传输功能，适用于资源有限的物联网网络。
2. CoAP
   ：受限应用协议也专门为资源有限的网络设计。该协议使用HTTP将网络与Web服务连接。
3. HTTP
   ：超文本传输协议广泛用于物联网设备连接。这是因为HTTP是一种全球认可和实施的协议，为不同物联网设备之间提供了强大且标准化的通信通道。
4. DDS
   ：数据分发服务协议是另一种发布-订阅标准，但具有数据为中心的架构。它提供实时物联网设备通信，创建了一个高速、可靠、易于扩展且低延迟的通道。我们可以将这些标准物联网系统部署在自动驾驶汽车等领域。
   使用这些标准，可以构建、运行和管理一个运行良好的物联网网络，同时为终端用户提供保障性收益。

物联网设备连接的未来趋势

物联网的未来充满希望，我们期待新技术能够增强其能力。借助这些新技术，我们可以构建一个更强大、更安全、更高效的物联网网络，具有更广阔的范围和更好的潜力。让我们来看看推动物联网设备连接未来发展的新技术。

• 5G集成
  5G将为物联网连接提供超高速，使高速数据传输更加容易。它将进一步通过蜂窝网络实现实时决策。因此，我们可以期待在偏远地区实现更高效的物联网连接。
• 边缘计算
  边缘计算将有助于降低延迟并提高数据处理速度。它将在更靠近物联网设备的地方处理数据，并提高工业自动化和增强现实应用中的物联网连接。
• 人工智能和机器学习
  人工智能可以提供更好的洞察力，为物联网设备通信提供支持。由于人工智能可以快速分析大量数据集，因此可以提高物联网网络的容量和处理效率。因此，我们可以在所有行业中构建更具创新性的物联网网络。

  结论

  随着物联网技术的飞速发展，我们有望在不久的将来看到更多的智能家居、智能城市和智能产业。然而，随着先进技术的出现，只要我们能够应对运营和安全挑战，物联网网络将获得更多能力，使所有人受益。