物联网蜂窝连接的六大关键要素

多年来，蜂窝网络一直在支持我们通过电话、即时通讯软件和社交媒体保持联系。但蜂窝技术的发展已经不仅仅是将我们与我们的联系人更方便的连接起来。从医疗保健到农业和制造业，它已成为跨行业运营中不可分割的一部分。 

虽然决定实施蜂窝物联网很简单，但创建企业级网络要复杂得多。连接构成网络的许多部分可能具有挑战性，我们必须确保每个环节都能高效运行以满足企业需求。

本文中，我们将探讨蜂窝物联网的工作原理、其组成部分，以及在将其实施到企业之前需要了解的一些内容。

物联网蜂窝连接的工作原理

物联网蜂窝连接的工作原理是将设备连接到它们向其传输信息的基站。例如，在城市屋顶上看到的天线是蜂窝网络的基站。一组基站称为RAN（无线电接入网络）。 

RAN将设备或用户连接到运营商的网络，也称为移动网络运营商 (MNO)，如中国移动、Vodafone、AT&T、MTN和SignTel等全球知名的提供商。运营商的核心网络然后将设备链接到外部网络，如其他网络或云。该系统还允许运营商相互连接。

物联网蜂窝网络拥有者许多优势，包括广覆盖、成本低、易于扩展、远程管理、安全等。

物联网蜂窝连接的六大关键要素

不同类型的物联网蜂窝网络

如今，蜂窝技术还在不断的发展和变化；随着时间的推移，网络技术的各种迭代得到了发展，每一种都有其优势和用途。有些企业甚至可能使用不止一种类型的网络来满足他们的需求。下面，我们来分别了解蜂窝物联网中最常用的类型：

  • 2G、3G 和 4G

2G和3G有助于物联网的快速发展，主要是因为它们的成本低、覆盖范围广、全球基础设施成熟。但传统技术无法永远跟上不断变化的需求。随着4G和5G等新技术的成熟，我们有能力和理由逐步淘汰2G和3G，并且这两者都已经在慢慢被淘汰。 

目前，4G仍在广泛使用。该技术允许设备通过使用LTE无线电标准连接蜂窝设备进行无线连接。4G是物联网的绝佳网络，因为它提供可靠的无线连接，使无线监控、远程设备激活和连接各种设备等活动成为可能。

  • LTE-M

LTE-M（长期演进机器类型通信）兼容4G和第二代LTE Cat.0技术，降低运营商资本支出（CapEx）。这种高级连接形式明确设计用于支持物联网活动，尤其是移动物联网设备。它的优势包括低延迟（更高的上行链路和下行链路速度）、采用 eSIM（支持无线更新）、长电池寿命和低功耗。 

LTE-M是需要中等吞吐量的低功耗应用的理想选择。其延迟在毫秒范围内，为时间关键型应用提供实时通信。LTE-M非常适合需要低功耗、低延迟或移动性的中等吞吐量应用，例如资产跟踪、可穿戴设备、医疗、POS 和家庭安全应用

  • NB-IoT

NB-IoT（窄带物联网）是一种可帮助组织以低功耗和数据使用优势参与物联网的技术。与LTE-M一样，它与 4G网络兼容并提供类似的优势。除了低能耗外，NB-IoT还具有较长的电池寿命（甚至超过十年）、高可扩展性和可靠的连接性。

然而，与LTE-M不同的是，NB-IoT不支持无线更新并提供更高的延迟传输。此外，它需要特定的硬件，这可能会增加运营商的资本支出。该技术非常适合需要低带宽、依赖持久耐用的电池并且只需要传输少量数据的应用，例如传感器、电表以及天气和风等环境传感器。 

  • LTE-1

LET-1属于4G LTE技术的一个类别。它于2018年标准化并服务于物联网特定用例。LTE-1提供强大的覆盖范围和连接可靠性，因为它可以在4G可用的任何地方使用。其20Mhz的大频段使其非常适合需要更高带宽的网络。此外，它还提供大量数据（下行链路的最大速度为每秒10Mb/s，上行链路的最大速度为5Mb/s），使其适用于各种物联网用例，包括视频流或聚合数据传输。    

  • 5G

虽然4G在许多方面代表了物联网的现状，但5G 代表了未来。随着越来越多的蜂窝供应商转向5G，蜂窝物联网领域出现了更多机会。5G通过使用显着更高的带宽和更短的波长来比以往更快、更远、更精确地传输数据，从而将 4G 技术提升到一个新的水平。

5G是物联网网络的更好选择，因为它支持物联网活动，例如工业自动化、智慧城市和允许更多远程流程的制造开发。我们上面提到的LTE-M和NB-IoT技术将在5G中继续得到支持。 

物联网蜂窝连接的六大关键要素

资料来源：Moniem-Tech

物联网蜂窝连接的好处

蜂窝物联网结合了物联网的效率和蜂窝网络的优势。蜂窝技术固有的安全性和一致的连接性使其成为物联网技术的完美基础。物联网技术的功能取决于其可靠性，对于许多用例，例如发电厂安全运营或敏感的政府流程，失去连接可能会带来灾难性的后果。

蜂窝物联网设备通常会传输敏感或重要数据，因此安全性非常重要。因此，蜂窝物联网网络具有广泛的安全选项，包括VPN、防火墙和其他安全协议。在蜂窝网络基础设施已经存在的地方，蜂窝物联网也比许多其他连接选项更实惠。用户只需要通过选择合适的配置或使用定制的计划来为他们使用的数据付费。

物联网蜂窝连接的六个关键要素

物联网蜂窝连接在各行各业都有广泛的应用，但所有网络都共享几个基本要素。这些基础是：

1.分布式架构

物联网变得越来越复杂，连接的设备越来越多。可能需要分布式架构来支持高容量网络并促进数以千计的设备之间的数据传输和处理。分布式架构包括边缘和核心。 

边缘计算是一种分布式计算，它使计算更接近数据源。不是所有数据都在一个集中式网络中处理，一些数据可以在本地环境中处理，例如计算机、物联网网关或边缘服务器。这可以实现快速分析并减少延迟和带宽消耗。即使在分布式架构中，企业也可以依靠其核心基础设施进行集中连接和分析。处理可以集中进行，也可以在网络边缘进行。

物联网蜂窝连接的六大关键要素

资料来源：ResearchGate

2.带宽

网络带宽是网络可以传输的数据的最大限制，这些传输可以通过有线或无线信道进行。带宽通常以频率来衡量，最常见的是千比特、兆比特和千兆比特。 

许多人将带宽与网络速度混淆。与网络速度不同，带宽不是指网络传输数据的速度。相反，它与它在特定时间内可以传输的数据量有关。更高的带宽意味着可以在更短的时间内传输更多的数据，而低带宽则承载更少的数据并需要更多的传输时间。根据设备的带宽需求选择正确的技术至关重要。NB-IOT和LTE-M适用于低带宽，而LTE-1则适用于更高带宽。 

3、功耗

2016年，Nest Learning Thermostats 中的一个软件错误耗尽了数千台Nest设备的电池，使用户在寒冷的冬天无法调节温度。尽管事件很快得到解决，但这个故事足以说明了电池寿命和功耗对任何物联网网络的重要性。 

不符合要求的设备将成为各种潜在危机的根源。一些设备的电池寿命长达10年，但了解每个设备的限制对于避免因断电导致网络中断至关重要。如果设备分布在大面积区域，则电池电量尤为重要。除了设备电池，在这种情况下，选择正确的蜂窝技术也很重要。例如，NB-IoT最适合传输少量周期性数据。 

4. 安全

安全是围绕物联网网络的主要问题之一，基础设施和个人设备都需要受到保护。蜂窝物联网安全使用系统或各种技术的组合来保护网络及其设备免受网络威胁。尽管蜂窝技术是最安全的连接技术之一，但它仍然容易受到攻击。

物联网蜂窝连接的六大关键要素

如今，针对物联网网络的网络威胁正在增加。仅2021年上半年，发生了15 亿次物联网违规事件，证明没有什么物联网能幸免。由于其双重漏洞，网络犯罪分子将物联网网络视为容易攻击的目标，因此保护它们变得更加重要。 

有多种解决方案可用于保护蜂窝物联网网络。其中包括硬件、软件或基于云的安全解决方案，以及许多专业保护网络和网络设备的连接管理平台。

5. 可靠性和覆盖范围

无论目标或寿命如何，可靠性对于任何规模的物联网网络都至关重要。停机意味着物联网无法作为“互联网”运行，并且设备无法连接。可靠性对于涉及人类生命或安全的行业尤其重要，例如安全监视器、医疗设备、健康追踪器和救援无人机。这些应用的网络故障可能会导致人员伤亡。即使是分析等不太重要的项目，也依赖于可靠性来接收执行操作所需的数据。

覆盖范围是另一个需要关注的因素，因为设备可能需要在室内和室外甚至难以到达的地方（例如地下深处）进行通信。覆盖范围对于硬地条件下的设备或运输途中的设备尤为重要。蜂窝网络相对比较可靠；因此，它们甚至适用于最复杂的物联网项目。    

6.成本

物联网需要复杂的基础设施来支持其运营。此外，不同的物联网提供商服务于不同的行业，每个行业都有其收费和定价系统。分析师预测，到 2025 年，每年为蜂窝连接支付的平均价格将降至1美元。尽管有如此显着的减少，我们仍然需要考虑持续的维护成本。这些额外成本包括添加其他软件，例如连接管理和安全工具。 这就是为什么选择最具成本效益的工具非常重要。

资料来源：FirstPoint