流量卡之家：什么是无线物联网传感器以及它们为何有用？

物联网（IoT）正在以巨大的方式改变我们的世界。

通过使日常对象能够以无线方式进行通信，我们可以自动化数据交换并创造新的效率，从而对生活和组织产生积极影响。

物联网的基础是无线传感器技术，它允许我们在很短的时间内收集有关周围环境的信息，而无需人工操作。无线传感器可配置为测量从空气温度到振动的各种变量。总的来说，市场上有许多不同类型的无线传感器。

无线传感器可自动进行数据交换并创造新的效率，对生活和组织产生积极影响。单击“推文”

许多无线网络包含数百甚至数千个无线传感器。这些设备已经广泛应用于各个领域，包括零售，农业，城市规划，安全和供应链管理。

无线传感器做什么？
无线传感器收集有关当地条件的数据，并与其他强大的组件或平台共享结果，以便进一步处传感器通常分布在大的地理区域，并被编程为与中央集线器，网关和服务器通信。

无线传感器的一个主要优点是它们需要低水平的维护和少量的功率。在需要更换电池或充电之前，传感器可以支持物联网应用多年。

在构建无线网络时，开发人员面临的最大问题之一是如何在现场安排无线传感器。传感器或“节点”必须以支持网络开发人员的总体目标的方式分发。

无线传感器如何联网？
无线传感器的两种最常见的安排是星形和网状拓扑。

“网格”拓扑描述了传感器连接到尽可能多的其他附近节点的网络。结果，数据可以从一个节点“跳”到下一个节点，而不必遵循某些路由或传感器层次结构。因此，连接问题对网络性能的危害较小，因为数据可能需要多条路径才能到达处理组件。由于新传感器只需要连接到现有节点，因此网状拓扑也很容易扩展。

在缺点方面，网状拓扑结构成本高且难以维护。创建和管理有很多连接，随着网络的发展变得越来越具有挑战性。

“星形”拓扑描述了每个传感器直接连接到中央网关或集线器的网络。这些集线器获取传感器信息并将其传输到其他应用程序进行处理。在这些布置中，节点不直接彼此通信。

与网状网络相比，星形网络更具成本效益，因为需要更少的连接。然而，由于任何新传感器必须连接具有容量限制的中央集线器，因此扩展网络更加困难。

过去无线传感器如何通信？
有几种可用的无线标准可以支持传感器网络。

直到最近，蜂窝技术才是广域网（WAN）连接最常用的选择。然而，蜂窝技术昂贵并且消耗大量能量，这不太适合于诸如无线传感器的远程低功率设备。

在蜂窝技术之外，WiFi，蓝牙低功耗（BLE）和Zigbee也可以支持无线传感器网络。这些标准也属于“传统无线解决方案”类别，但具有独特的优点和缺点。

WiFi（“无线保真”）是当今商业办公室和家庭中使用最广泛的无线技术之一。WiFi使用2.4GHz和5GHz ISM频段。由于WiFi如此普遍，因此利用现有网络进行无线传感器使用相对容易。

然而，WiFi信号难以穿透墙壁，这对于远程应用来说是不利的。另外，WiFi网络由本地路由器管理，本地路由器可能不总是具有用于更新传感器密钥的直接用户界面。

BLE是一种低功耗协议，不同于传统的蓝牙技术。BLE使用2.4GHz频段传输少量信息。无线标准的使用成本低于WiFi; 但是，在通过墙壁或长距离发送数据时存在同样的问题。此外，BLE易受信号干扰，因为许多其他设备和标准使用2.4GHz频段。

Zigbee是一种无线标准，它依靠网状网络来支持单个网络中的大量节点（> 65k）。Zigbee最适合不需要太多带宽的无线传感器网络。

Zigbee的一个缺点是必须始终打开一些传感器才能共享信息以进行处理。因此，Zigbee消耗的能源总量超过了当今的领先标准。

什么通信标准管理无线传感器？
虽然传统的无线标准是有效的，但已经出现了一种对无线传感器网络更有效的新课程。低功耗广域网（LPWAN）正在成长为远程数据传输的首选技术。LPWAN可以支持数十亿个传感器，并将大量用于物联网应用。

LPWAN与传统标准相比具有多项优势。首先，它们从设备消耗更少的功率，因为它们以更低的比特率传输信息。只需一次充电，传感器就可以在LPWAN上存活数年。LPWAN还可以支持广阔地理区域的传感器，因为数据可以长距离传输。

从成本角度来看，与其他方法相比，在LPWAN上部署无线传感器的成本更低。由于数据速率非常低，因此硬件要求不那么强烈。

使用LPWAN有几个缺点。LPWAN不适合涉及大数据包的应用程序。需要传输更多数据的传感器网络应使用更高容量的蜂窝或短距离WiFi，BLE和Zigbee网络。此外，LPWAN使用未经许可的无线电频率，从干扰的角度来看，这可能更难以管理。

今天无线传感器的主要LPWAN是什么？
用于无线传感器的三个主要LPWAN是LoRa，SigFox和NB-IoT。

LoRa（“长距离”）是一种被广泛接受的标准，它使用啁啾扩频调制方案在很长的距离上传输数据。LoRa是LoRaWAN的基础，LoRaWAN是一种可通过网关或LoRaWAN网络提供商连接无线传感器的公共层规范。LoRaWAN具有比Sigfox更高的带宽，并且可以通过噪声更大的环境更有效地传输数据包。

使用LoRaWAN，数据通过网关和网络服务器之间的加密消息发送。服务器对最终发送到最终应用程序的数据进行身份验证和解密。用户可以通过LoRaWAN直接向无线传感器发送消息以重新配置设备。

LoRaWAN传感器根据传感器发送和接收消息的能力分为三组。A类设备保持睡眠模式，直到它们有东西要传输。这些传感器可以随时发送上行链路消息，这使得它们在无线传感器和执行器网络（WSAN）中特别有用。

B类传感器具有用于设备从服务器接收下行链路消息的调度窗口。C类设备维护消息的开放接收窗口，除非它们需要传输信息。因此，C传感器实现低延迟通信，但比其他类别的传感器消耗更多能量。

对于所有这些LoRaWAN传感器类型，网络开发人员必须具有适当的网关硬件来接收数据并将信息传递到服务器。

SigFox使用超窄带传输将无线传感器直接连接到基站。该标准覆盖超过55个国家，并且可以支持美国每个子频段超过100个频道，速度为600 bps。但是，数据包限制为12个字节，标准不允许消息ACK。SigFox用户按设备付费以及每天发送的上行链路和下行链路消息的数量。

NB-IoT使用现有的蜂窝塔基础设施为低功率设备提供广泛的覆盖。该标准使用窄带保护带来避免干扰，可以很好地穿透室内环境。在2018年，T-Mobile通过其4G网络增加了NB-IoT覆盖。

什么使有效的无线传感器网络？
精心设计的无线传感器网络有几个关键特性。

首先，节点应该易于在网络中定位。当开发人员知道在哪里可以找到所有设备时，传感器维护（例如更换电池和更新组件）要容易得多。

其次，传感器网络应该能够承受节点故障而不会造成广泛的中断。拓扑在网络处理连接问题方面发挥着重要作用。那些部署无线传感器网络的人必须选择能够承受组件故障的拓扑结构。

第三，网络应该易于扩展。开发人员必须能够有效地发展其无线传感器网络，而无需投入大量资金进行扩展。

最后，在设计网络时考虑功耗非常重要。使用的无线传感器应与物联网应用的数据需求保持一致。否则，网络管理员可能会花费大量时间和资金进行持续维护和更换。

今天如何使用无线传感器？
目前，有许多关于如何在各种行业和应用中使用无线传感器技术的实际例子。

安全部门已经在很多方面采用了无线传感器技术。借助无线传感器，组织可以监控其场所，识别可疑活动并跟踪有价值的资产。银行可以将无线按钮转换为员工的紧急按钮，零售商可以在每个建筑物接入点上安装无线窗口传感器。房主还可以使用无线空气传感器来检测空气中的有害气体，例如一氧化碳。

在公用事业管理方面，无线传感器有助于自动化关键系统之间的通信并缓解未来的问题。例如，漏水传感器可以安装在墙壁上，以检测管道故障或可能在冬季爆裂的管道。无线绳索传感器用于服务器机房和数据中心，以检测计算机硬件附近是否存在水。

无线传感器也支持灾难管理工作。在德克萨斯州，无线传感器安装在桥梁上，可以检测到超过某个阈值的水位，从而表明该区域可能发生洪水泛滥。无线振动传感器正在具有大型机械的工业工厂中使用，以在设备发生故障之前预测它们。

在医疗保健领域，无线传感器正在帮助护理团队实时监控患者。无线按钮在高级护理设施中用作PERS设备。湿度传感器正在帮助医院设施管理人员为患者保持健康的环境条件。

零售商和杂货店正在地板上使用无线传感器，以帮助员工为客户创造积极的体验。无线推送传感器正安装在洗手间中，因此购物者可以指示何时需要清洁。无线空调设备正在帮助超市同时监控冰箱和非冷藏商品。

物联商城表示，这些只是无线传感器网络如何以积极的方式创造新的效率和影响生活的几个例子。随着物联网领域的不断发展，人们期待看到更多创新的传感器应用，永远改变现代工业。

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