检查蜂窝物联网：成本、电池和数据

物联网 (IoT) 背后有许多不同的无线机器对机器 (M2M) 技术。这些技术之一是蜂窝网络。 1979 年，Nippon（一家日本公司）创建了第一个商业自动化蜂窝网络。此后的 36 年里，蜂窝网络已经从简单的无线语音通信发展到具有复杂的宽带能力。

今天，蜂窝网络主要是为移动设备设计的，因此专为语音和视频通话以及其他高数据速率应用而设计。它们已针对这些宽带使用模式进行了优化。由于其广泛覆盖，物联网开发人员正在转向蜂窝以支持他们的应用程序。但这是个好主意吗？蜂窝是否适用于大多数 M2M 连接设备？有更好的选择吗？我们将在本文中探讨这些（以及更多）问题。

蜂窝物联网的要素

基础设施

也许使用蜂窝物联网最常被提及的好处是无处不在的覆盖范围。手机信号塔已经无处不在，主要网络覆盖了大约 99% 的美国人口。因此，如果您想立即部署您的传感器网络，蜂窝网络随时可用。

必须安装和部署专为低数据速率物联网应用而设计的低功耗广域 (LPWA) 网络才能运行。但许多工程师和物联网开发人员忘记的考虑是，这些网络通常不需要覆盖超过几平方英里的距离。如果您需要一个网络来覆盖办公楼、校园或农场，您将能够通过仅使用几个网关的 LPWA 网络有效地实现这一目标。因此，如果您愿意安装自己的网关或等待安装 LPWA 公共网络，那么蜂窝物联网的广泛地理优势就变得不那么重要了。

电池寿命

创建 2G 网络时，蜂窝网络在物联网领域获得了大量部署。应用开发商和网络运营商喜欢 2G 的原因是存储转发架构 .无线电可以唤醒，发送数据，接收为他们准备的数据，然后重新进入睡眠状态。这节省了大量电池寿命，因为收音机不必一直开着等待消息。

在创建 3G 和 4G 时，存储和转发架构被移除，取而代之的是永远在线的方法。 这意味着无线电始终在侦听一条消息，该消息告诉设备何时获得新信息。由于与网络的这种近乎持续的通信，电池寿命会受到影响。

使用 LPWA 网络时，传感器会在需要发送数据包时进入睡眠和唤醒状态。由于收音机大部分时间都处于休眠状态，因此电池可以使用 5 到 10 年（取决于技术）。蜂窝供应商已经认识到电池寿命是物联网领域的一个问题，并且他们明白蜂窝对于非常小的数据位是不够的。针对这些担忧，他们提出了一种称为 LTE-M 的新协议。有趣的是，它实际上旨在带回 2G 蜂窝传输的一些元素，例如存储和转发。

值得注意的是，即使这些功能恢复，蜂窝连接的 M2M 设备仍然需要比 LPWA 网络更多的功率和能量。与新兴的 LPWAN 网络系统相比，4G-LTE 纯数据功率要求是传输的十倍（~120mA 对~12mA）和 1000 倍的待机（~2 毫安对~2 微安）。这是蜂窝服务提供商将不得不面对的挑战。

LTE-M 定于明年年底提出，然后需要得到批准和采用。我们可能会在 2017 年末或 2018 年看到 LTE-M 的第一次迭代。因此，如果您现在（或在未来三年左右）需要电池效率更高的解决方案，您可能应该考虑低功耗、宽-区域网络。

数据传输

谈到最新的蜂窝网络——4G 和 LTE——运营商可以在 44 个频段上进行广播。因此，当设备尝试建立连接时，有大量潜在带宽。

但请记住，LTE 网络专为宽带而设计 通讯。它们针对高质量语音和数据进行了优化，包括视频功能，例如观看 Netflix 或拨打 FaceTime 电话。我们喜欢将其描述为一条巨大的 8 车道高速公路，里面满是专为处理大数据而设计的自卸卡车。那么，当您不需要移动大数据——只需要发送小数据包时会发生什么？好吧，与其将那些自卸卡车装得满满当当，不如说他们只有满满一铲的数据。显然，这将是一个非常低效的运输方案。

重要的是要记住，许多 M2M 应用程序发送的数据少于几百个字节 每天。例如，报警面板每天仅发送 40 个字节。即使您假设设备每小时发送 30 个字节，每月也只有 22 KB。这远低于蜂窝公司的数据计划，后者适用于千兆字节的数据。

所以，按照我们的类比，你真正 需要基于传感器的网络和许多新的物联网应用并不是一条充满大量数据负载的 8 车道高速公路——您只需要一条自行车道！这就是 LPWA 网络所提供的：一种移动少量数据的有效方式。请记住，当您将物联网视为一个整体时，您不是在谈论带有传感器的几百个无线电，而是在谈论数百亿 的设备。如果所有这些设备明天都出现在运行 TCP/IP 的 LTE 网络上，它将完全破坏网络。

蜂窝物联网成本

模块成本

大量购买的 LTE 模块成本在 25 美元到 30 美元之间。大量购买的 LPWA 模块将花费大约 10 美元。随着 LPWA 网络的成熟——在未来三年内——每个模块的价格应该在 5 美元到 10 美元之间。 10 美元的差价可能是很多 金钱乘以可能需要的数千（或数百万）个模块。

经常性费用

目前正在部署的 LPWA 网络（主要在欧洲）每年收费几美元。与今天的蜂窝数据费用相比——每月几美元——当你开始将这些数字乘以部署的数百万台设备时，你会看到很大的不同。请记住，如果您要部署自己的基础架构，就像许多组织为他们的 LPWA 应用程序所做的那样，则不会产生每月经常性成本。

杂费

对于某些蜂窝系统，要记住的另一件事是还有其他成本，例如 SIM 费用、激活和停用费用等。如果用户不小心，这些类型的更改可能会累积。此外，无论用户是否传输数据，一些网络都会向用户收费。 LPWA 网络可能会做同样的事情，但成本低得多，可能只是象征性的费用。

哪种类型的网络最好？

最后，您需要确定什么 亲切 您发送的数据以及方式 很多 您发送的数据，因此您可以为工作选择正确的工具。按照上面的类比，如果您的应用程序使用数据自卸车，那么蜂窝物联网可能是您想要的方向。但是，如果您只使用少量数据（在所述自卸卡车中装满铲子），您最好走自行车道并使用 LPWA 网络。

同样重要的是要注意蜂窝和 LPWA 并不是唯一可用的 M2M 网络类型。事实上，我们已经编写了一份关于七个最流行的 M2M 网络的白皮书，我们建议您查看一下以更好地了解哪种网络选项最适合您的组织。