构建现实世界的物联网系统:使用短信连接野外的传感器

工业物联网的历史比大多数人想象的要长得多，早于消费者物联网。它早期的化身最初被称为M2M或者机器对机器的网络。这些早期的系统总是由有线机器组成的网络，通过以太网、光纤、DSL甚至是通过调制解调器的双绞线固定线路进行通信。有线系统需要一个重要的基础设施，这就是为什么大多数现代系统都以制造业或工业自动化为中心。如果远程设备没有连接到光纤网络，或者通信网络非常昂贵，那该怎么办?那些正在运动的东西呢，比如汽车、货车和铁路?那些电池供电的小型传感器设备又如何呢?它们现在被部署在资产跟踪、环境和农业需求方面。

未来工业物联网的部署将越来越多地集中于连接这些远程站点和野外传感器。与拥有固定、线路供电资产的智能城市或智能制造车间不同，这些远程设备和传感器将由电池供电，因此需要低功耗的无线通信。对于野外的固定资产，如环境或农业传感器，可用的选择之一是a低功率广域网(LPWAN)如LoRa, Sigfox, RPMA或Weightless。不幸的是，每一种技术在使用上都存在一些严重的障碍，其中一些需要大量投资来构建基站的基础设施，而大多数基站的覆盖范围都很有限。对于劳拉，最大距离是13英里，在900 MHz下工作，输出功率为+14 dBm。对于Sigfox来说，部署使用的是现有的基础设施，其在915mhz下的工作范围为18到30英里，但这取决于Sigfox是否有覆盖范围。

不幸的是，虽然每一种技术都有一些好处，但它们都有同样的缺陷:缺乏普遍和普及的覆盖。如果您的传感器正在漫游，或在全球部署，该怎么办?只有一种无线技术给了我们这个:蜂窝。目前的蜂窝技术的问题是它们非常耗电。为了建立与其他设备通信所需的IP连接，调制解调器必须通过几个状态通电以进入连接模式，一旦进入该模式，它必须持续通电以维持必要的链路条件以允许TCP/IP会话，需要800mw。正如你所看到的，即使是手机里的大电池，电池的寿命也不会超过一天。

为了解决这个问题，人们正在进行创新。你可能已经听说过3GPP (3G背后的团队)发布的几种新的蜂窝技术，如Cat-1(目前唯一完全可用的蜂窝物联网)、Cat-0、Cat-M/LTE-M和NB-IoT / Cat-M2。其中，Cat-M似乎最有希望。这是为物联网应用而开发的第二代LTE芯片。它完成了Cat-0所设定的成本和功耗的降低。通过将最大系统带宽限制为1.4 MHz(与Cat-0的20 MHz相反)，Cat-M实际上针对的是LPWAN应用程序，例如智能计量，这里只需要少量的数据传输。

不幸的是，这些新的蜂窝物联网技术都没有被广泛使用，今天才刚刚部署，预计在未来几年内才会有广泛覆盖。

那么，我们该如何建造和部署一个可以在全球范围内工作的互联传感器系统呢?

有趣的是，我们在蜂窝技术的一个原始遗迹中找到了答案短消息服务在PDU模式。在目前的物联网系统中，短信通常被用作“轻拍肩膀”来唤醒设备，然后将其转入传输模式。我们没有理由不能简单地使用SMS作为我们的数据传输，就像移动短信一样。该设备甚至可以通过移动终端消息接收配置更新。

短信每条消息提供140字节。对于资产跟踪、环境和农业传感器等设备，140字节应该足够打包所报告的每个遥测属性了。如果需要多个消息，使用消息信封的时间戳和IMSI信息很容易在消息之间分割报告的数据。

通过使用短信，我们可以制造出一种以年而不是以小时计算电池寿命的设备。因为发送和接收短信不需要调制解调器达到完全连接的状态，我们的功耗是最小的。此外，由于我们不需要保持蜂窝通信所要求的完全连接状态，我们可以关闭设备，以便它刚好有足够的电力来收集和存储数据。最重要的是，我们可以部署一个系统，今天将在200多个国家，开箱即用。

在下一篇文章中，我将讨论构建和部署sms通信物联网设备的一些实用性。

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