四大条：用于大规模物联网的低功耗蜂窝

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By Jonathan Kaye

在物联网部署方面，蜂窝连接传统上只占一小部分。尽管蜂窝网络是几乎无处不在的无线连接来源，但除了极少数项目外，它对所有项目都是不切实际的。蜂窝技术广泛应用于物联网的最大障碍之一是物联网设备的硬件成本高昂，以及持续数据传输成本高昂。这两个价格标签对于智能手机和平板电脑等媒体密集型消费设备来说还不错，但对于大量低成本设备提供小而断断续续的数据包的物联网项目来说，就太贵了。

电池供电

蜂窝技术用于物联网的另一个主要障碍是它消耗电池电量的速度。移动电话“永远开机”的无线电架构的高能耗可能是手机的理想选择。尽管如此，对于那些不需要或可能没有机会更换电池的物联网设备来说，这仍然是一个巨大的劣势。

这两个缺点掩盖了物联网的多种蜂窝优势，其中包括最大的优势：已经存在于如此多地区的广泛的LTE网络基础设施。如果能够克服上述两个缺点，那么由大型电信公司构建和维护的庞大基础设施代表了已经构建的、高度可靠的物联网回程基础设施。蜂窝技术的两个低功耗、低成本版本——LTE-M和NB-IoT——完全实现了这一点，使蜂窝物联网首次成为大规模的实用选择。

LTE-M和NB-IoT

这两个新版本的LTE蜂窝解决了过去阻碍蜂窝实用的两个缺点。与蜂窝技术主要规范的永远在线架构不同，LTE-M和NB-IoT旨在通过睡眠周期和其他节能功能（称为eDRX和PSM模式）延长电池寿命，使设备能够运行10数年或更长时间无需更换电池。LTE-M和NB-IoT还解决了硬件和数据成本的成本问题，使它们能够与其他无线连接技术竞争。仅间歇性地使用蜂窝网络来提供批量的临时数据，LTE-M和NB-IoT可最大限度地降低运营成本。LTE-M和NB-IoT还消除了公司必须通过使用公共LTE网络基础设施来构建和维护网络基础设施的费用。

通过消除这些缺点，LTE-M和NB-IoT将蜂窝塔变成了无处不在的物联网基础设施。在手机上有条形图的任何地方，您都可以部署接入相同数字基础设施的物联网设备。这对于一长串用例来说意义重大，包括智慧城市计划、食品和疫苗的冷供应链、远程医疗设备的远程健康监控、工业设备的远程监控——所有这些都具有通过无处不在解决的连接挑战细胞连通性。

低功耗蜂窝版本

低功耗蜂窝被创建为两个版本。这使工程师能够选择最适合他们给定设备和网络的功能集。LTE-M使工程师能够以更宽的带宽进行设计，提供比NB-IoT更高的传输数据速率，并实现长达10年的电池寿命。当更高的吞吐量是给定项目性能的首要任务并且覆盖渗透率较低时，工程师通常会使用LTE-M。与LTE-M相比，NB-IoT可为工程师提供更好的覆盖渗透率和更长的预计电池寿命。当设备的用例和部署环境使覆盖渗透比最大化吞吐量具有更高的优先级时，工程师通常会使用NB-IoT。

对于低功耗蜂窝，工程团队要牢记的关键设计考虑因素之一是，在物联网项目开始时，您不会面临两个版本之间的高风险选择。蜂窝物联网允许您将这两种技术嵌入到设备中，以便您的团队可以根据以后使用设备的方式以及使用您的产品的地理位置来使用一种或另一种技术。供应商稍后可以通过在逐个设备的基础上利用最有意义的任何东西来优化设备和物联网网络的性能。

工程团队在使用蜂窝技术时要记住的一件重要事情是认证。由于蜂窝无线电产品的额外认证障碍，包括监管机构（例如FCC/IC等）、网络批准（例如PTCRB/GCF）和运营商批准，因此任何蜂窝连接设备的认证都可能很困难（例如，AT&T认证）。但是，可以使用预先认证的蜂窝物联网插座调制解调器并通过拥有经验丰富的无线设计公司作为合作伙伴来加速和简化该过程。

节电模式

我给工程师们的一个最重要的建议是使用节电模式。LTE-M和NB-IoT为工程师提供了大量睡眠设置控制，以平衡性能和功耗。需要知道的关键功能是PSM和eDRX，它们协同工作，使电池寿命长达10年。PSM是省电模式(PowerSavingMode)的缩写，它允许设备被编程进入深度睡眠模式，同时仍可连接。你可以用不同的参数来编程睡眠周期，睡眠一会儿或一年以上。它节省电力的程度几乎与关机的程度相同，但设备仍然注册在网络中。它不需要花费时间和精力来重建网络连接。可以利用的另一个睡眠周期特性是eDRX(ExtendedDiscontinuousReception，扩展间断接收)，它允许工程师通过在分页周期之间编程定制远比默认时间长得多的暂停来优化分页周期之间的时间长度。这种分页周期的延长可以达到工程团队希望的秒数或分钟数，从而大大降低了功耗。

云连接

我给工程团队的另一个关于蜂窝物联网的重要建议是关于云连接。云计算对于蜂窝物联网至关重要，因为数据管理可能会对运营成本产生巨大影响。尽管窄带物联网和LTE-M的设计目的是将数据成本降至最低，但工程团队可以通过使用的云策略仔细控制这些成本。通过仔细权衡你希望设备发送到云上的内容、你不想发送的内容、你希望这种情况发生的频率等，你可以最小化网络的数据传输周期，从而在很大程度上控制这些成本。

天线选择

低功率蜂窝计划的最后一个重要考虑是天线的选择。选择任何天线都是一个复杂的过程，特别是对于蜂窝项目，因为频率范围很宽，而且有不同运营商拥有的频段。当LTE-M和窄带物联网与蓝牙等短程技术相结合时，选择过程变得更加复杂。与在天线选择和实施方面具有专业知识的顾问或公司合作，可以确保您选择正确的天线，将其安装在设备的正确位置，并根据实施的确切作用和物理位置优化性能。

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