如何实现无线传感器网络的困难工业设置

企业物联网(EIoT)技术的一些最有趣和最有影响力的实现是在工业环境中，无线传感器网络和控制使组织能够以前所未有的方式监控和管理机械。无线传感器只需一小块电池，无需硬件布线，可以安装在工业环境中，这是前几代工业传感器和控制器无法实现的。

企业级版本的物联网(IoT)技术eiot具有增强的可靠性、安全性和全面的互操作性，可满足制造业、医疗保健、金融服务等行业无线实现的严格要求。EIoT通过技术特性和设计元素满足了这些需求，远远超过了用于不太严格的消费者或商业应用的传统物联网。

工业EIoT挑战

在给定的工业环境中，支持eiot的传感器和控制器几乎可以用于任何地方，但到目前为止，还存在一个问题。并非所有工业应用都是无线化的理想选择，因为物联网部署有两个基本要素:

• 无线连接的设备网络，安装了一系列传感器和控制装置，这些传感器和控制装置与短距离低功耗技术相连
• 物联网传感器网络需要在更长的距离范围内与其他机器、控制器和网络的其他部分进行集体通信。

在工业环境中，远距离可靠通信的能力往往是一个重大障碍，原因很简单:在工业设备所在的地点，通过电线或蜂窝塔信号进行电信连接并不总是可用的。即使在连接可用的情况下，使用蜂窝服务一次只传送几个传感器数据包的成本在经济上或技术上都没有多大意义。此外，在公用事业电力方面也经常存在类似的问题，在设备或基础设施没有供电的偏远地区(例如，储罐)，公用事业电力可能很难获得。

尽管在人口密集的地区连接无处不在，但有些地区没有可靠的无线电信服务。当涉及到工业设备的农村和偏远地区时，这通常是非常正确的，例如远程定位的石油/天然气/管道机械，远离大都市地区的水/废水系统，储罐和泵以及其他应用。这些站点通常也远离最近的技术人员，他们可以顺便检查设备。对于工程师来说，实地考察需要花费一整天的时间，甚至在访问几个远程站点时需要花费几天的时间，这并不罕见。通常，在这些偏远地区寻找工人是很困难的。支持eiot的传感器和控制器在远程设置中同样罕见，在这些设置中，低功耗广域网(LPWAN)可以提供帮助。

无线EIoT: BLE, LPWAN

在EIoT部署中使用最广泛的短距离无线技术是低功耗蓝牙(BLE);也被称为智能蓝牙)。BLE在EIoT中受欢迎的最大原因是它的功率效率，它允许传感器和控制器在小电池上长时间运行。它管理睡眠周期和活动周期，以节省能源，同时满足某些应用程序的数据收集和报告。由于其射频(RF)信号强度，BLE也被广泛使用，即使在具有RF噪声，计算信号和物理障碍物的复杂环境中也表现良好-所有这些都是工业环境中常见的。

BLE是许多正在实施或处于设计阶段的工业EIoT项目的核心短距离技术，但支持BLE的设备网络必须具有远距离中继数据和接收指令的方法。对传统电信基础设施(通过Wi-Fi或蜂窝信号实现双向通信)的依赖限制了这些传感器和控制网络的发展，这就是为什么互补的远程技术如此重要的原因。通过将BLE与LoRa的超长距离和低能耗功能(来自LoRa联盟，该联盟于1月份宣布了成立计划)相结合，公司不再需要将EIoT部署限制在电信和电力基础设施立即可用的位置。这为物联网的实现开辟了一个全新的地理环境。

LoRa广域网协议通常被称为LPWAN，因为它提供安全的双向数据传输和与物联网网络的长距离通信，而无需更换电池。它可以发送和接收最远10英里的信号，如果需要，中继器可以将这个距离扩展到数百英里。当LoRa与短距离BLE技术在一个集成解决方案中配对时，可以减轻以前存在于EIoT实施中的地理限制，从而使这些低功耗、短距离设备网络几乎可以到达任何地方，而无需在现场建立电信基础设施。对于可以提供蜂窝服务但由于远程位置缺乏竞争而价格昂贵的站点，LoRa和BLE使EIoT实现更具成本效益。以前，当需要使用蜂窝网络连接时，由于高昂的网络费用，他们不会这样做。

LoRa技术由于其具有成本效益的规格和功能，为物联网应用带来了许多好处，包括:

• 它适用于电池供电的物联网设备网络，因为与BLE一样，它也是一种超低功耗技术，可以在电池上运行很长一段时间，并且不需要经常维护。
• 这些节点价格低廉，允许公司绕过高成本的蜂窝数据费用或光纤/铜安装费用，这消除了远程位置的主要成本障碍，并且意味着零持续数据费用。
• 它适用于室内的设备网络，包括恶劣的工业环境，否则可能会给其他技术带来困难的挑战。
• LoRa具有高度可扩展性和互操作性，支持多达一百万个节点，并与公共和专用网络兼容，用于数据回程和双向通信。

使用像LoRa这样的低功耗、超远程技术的代价是吞吐量，这使得它不适合需要流数据的应用程序。但是，这种限制并不适用于小批量事件数据交付的广泛物联网应用程序。

虽然其他新兴的LPWAN技术有望解决物联网实施的远程回程问题，但LoRa提供了物联网部署所需的双向通信、抗干扰性和大数据有效负载。

在EIoT网络中使用LoRa、BLE技术

LoRa一旦与BLE等技术结合起来，其潜力就会显现出来。它们共同提供了一套短距离和远程超低功耗无线功能，扩展了EIoT网络的可能性。例如，在城市地区，只需几个LoRaWAN网关就可以覆盖整个都市区，这些网关可以作为不依赖于传统电信基础设施的BLE传感器网络的骨干。通过这种方式，LoRa和BLE降低了在城镇等人口稠密地区扩展物联网的许多障碍，这将是重要的，因为它为创造性物联网应用浪潮提供了基础。然而，LoRA和BLE最引人注目的影响是使无线传感器和控制器以及其他设备能够安装在任何地方。

BLE允许将无线设备压缩到任何物理位置，从而使这一切成为可能。BLE还允许这些设备在一个集成的短距离网络中一起工作，该网络可由智能手机或平板电脑控制，例如充当远程无线显示器。LoRa以BLE的移动功能为基础，作为中继，可以在很长的范围内发送和接收数据，可以通过简单的网关扩展以传递信号。BLE甚至可以在设施的最小角落实现EIoT，而LoRa可以在地图上的任何地方实现EIoT。这将大大加速物联网革命。

为了说明LoRa和BLE配对时可能发生的情况，应用说明讨论了如何使用无线温度传感器从设备收集信息。BLE传感器收集温度数据，然后LoRA和BLE模块(Laird的RM1xx模块)可以通过远程LoRaWAN网络转发信息进行处理。它为这类传感器项目开辟了一条全新的道路，因为LoRa和BLE解锁了更远距离传输数据的能力，它如何消除部署物联网的许多最具挑战性的方面，以及它如何代表一种简单的编程风格，因为它是模块的一部分预构建组件。

BLE的前景是，用于温度、湿度、振动、液位、流量和压力阀控制的传感器可以在任何地方使用，当它与LoRa结合在一起时，这一点在地理上是真实的。

LoRa和BLE的配对使EIoT网络在技术和地理上超越了以前的限制。这样一来，这种技术的结合为工业应用开辟了一个令人兴奋的、新的无线可能性的新星系。

扎克Hogya是莱尔德公司的软件工程总监乔纳森·凯耶是莱尔德连接解决方案产品管理总监。编辑:Emily Guenther，副内容经理，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com。

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作者简介:Jonathan Kaye和Zach Hogya是Laird连接解决方案业务部门的高级成员，该部门提供全系列模块和其他解决方案，以简化无线技术的使用过程。Laird是无线技术、嵌入式、预认证无线模块和设计服务的全球领导者，这些服务使下一代互联智能产品成为可能。Kaye在嵌入式无线和产品设计领域拥有近20年的经验，在8年前加入Laird之前，他曾在EZURiO和Lever Technology任职。Hogya在无线产品软件设计方面拥有超过20年的经验，包括在9年前加入Laird之前在AeroComm wireless的长期任职。Kaye和Hogya可以在jonathan.kaye@lairdtech.com和zach.hogya@lairdtech.com。

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