大约四年前，我撰写了“Top wireless standards for IoT devices”一文，对市场上可用的不同无线网络技术进行了广泛的介绍。当时，所安装的大多数连接设备都使用传统的2G蜂窝网络和M2M通信技术，使用SMS和GPRS/EDGE传输数据。
当时，面向物联网的新LTE标准——机器长期演进（LTE-M）和窄带物联网（NB-IoT）——开始出现，它们在蜂窝网络上提供了新的低功耗广域连接。这使得大规模的物联网应用得以部署，特别是在工业和农业方面。多年来，LTE-M在美国变得非常流行，而NB-IoT则在亚洲和欧洲成为首选标准。
此外，由于LTE-M和NB-IoT都出现在了新空口的规范中，因此两者都为5G提供了清晰的路径。
如今，对于大多数需要低功耗以及蜂窝网络的安全性和可用性的大规模物联网应用来说，NB-IoT和LTE-M是首选的解决方案。虽然两者都支持数千个连接的大规模物联网部署，但它们也存在一些差异：NB-IoT所需的功率更少且所需的调制解调器更小，因此非常适合依靠电池运行的小型设备，但它(尚)不支持SMS或语音；LTE-M则需要更多功率，但它支持SMS和基本的语音通信。
从蜂窝服务提供商的角度和盈利能力来看，LTE-M使其能够通过软件更新来支持现有4G网络上的服务，而NB-IoT则需要额外的硬件。
随着5G网络的到来，LTE-M和NB-IoT都成为规范的一部分，因此可以直接得到支持。此外，对于需要更多带宽但不需要完整网络功能的物联网应用，还有5G NR-REDCAP，它在低频段频谱上提供了与LTE类似的性能。
从定义规格到创建基础设施，经过几年的发展，我们已经看到在过去三年中，全球主要城市出现了首个商用5G网络。
虽然5G最初的关注点集中在新标准的更高带宽、更低延迟和可靠性上，但新一代蜂窝连接的真正好处是5G的可编程性、更低功耗以及灵活性。新空口最关键的功能之一是网络切片。
完全在5G独立网络（3GPP第16版及更高版本）中实施的切片技术，将物理无线电虚拟地划分为多个共存的逻辑分离无线电服务，从而以最适用的资源和网络拓扑支持不同的服务和应用。
图1：网络切片。(图片来源：NTT DoCoMo)
网络切片对于启用专用无线网络和大规模物联网至关重要。通过切片，蜂窝服务提供商(CSP)可以分离5G无线电的某些部分，以便某个公司在其设施中运行单独的网络；为自动驾驶汽车提供更高的带宽和低延迟；或者隔离频谱中的某个不同部分，而将其用于连接农场中数千个传感器的NB-IoT服务。这些服务和切片在同一个5G网络上运行。
自动驾驶汽车、远程手术、无人机监控以及其他需要超低延迟和可靠性的关键物联网应用，需要5G新空口的功能。
此外，CSP们正在关闭全球范围内的传统2G和3G网络。由于无线频谱稀缺且受到严格监管，运营商们正在重新利用其现有的4G和5G许可证。几年后，4G和5G将成为运营蜂窝连接物联网设备网络的唯一选择。
蜂窝网络最显著的优势之一是其安全性。任何蜂窝设备都需要一个用户身份模块(SIM)，从而提供NSA Suite B AES-256加密和身份认证。
幸运的是，运营商和OEM厂商可以在没有SIM卡的情况下使用嵌入式SIM(eSIM)或集成SIM(iSIM)进行产品发货，然后在不访问设备的情况下配置网络凭据。
除了可编程性和基本操作之外，一些新的SoC已经具备iSIM、2G、4G和5G无线电功能。
持续的成本、功耗和对CSP的依赖，是许多组织为其物联网部署选择其他无线标准的原因。
虽然LTE-M和NB-IoT为大规模物联网提供了低成本、低功耗的方案，但它们的运行成本仍然高于WiFi、LoRA或Sigfox等其他选项。此外，不同的CSP有不同的物联网商业模式，在某些地区，竞争是有限的或不存在的。
在第2部分中，我将介绍IoT的其他一些无线方案选择，尤其是低功耗广域网(LPWAN)。
（原文刊登于EDN姊妹网站IoT Times，参考链接：2022 top wireless networks for IoT – Part 1，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2022年6月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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