在设计IoT 系统时，您首先要做的选择之一就是如何进行通信。虽然有些项目可以使用以太网或串行协议进行硬接线，但大多数项目都需要无线通信所带来的移动性和灵活性。
IoT 这些设备通常位于无法布线供电或通信的地方，而且许多设备是完全移动的，因此不可能采用任何有线解决方案。在这种情况下，选择无线通信协议就不难了。但是，哪种无线解决方案适合您的项目呢？
在本篇文章中，我们将比较蜂窝通信和射频通信（射频协议），研究主要注意事项，帮助您做出最佳选择。我们将以Digi XBee® 模块为例，但无论您在项目中采用哪种品牌和型号的无线通信设备，考虑的因素都是一样的。
带我进入射频和蜂窝调制解调器的 XBee 生态系统
在蜂窝方面，我们将了解Digi XBee Cellular 产品线支持的低带宽协议，包括LTE Cat 1、LTE - M和NB-IoT 。 Digi 还提供多种非蜂窝射频解决方案。我们将其称为Digi XBee 模块的 "射频 "系列，包括：XBee 3 Zigbee、XBee3 DigiMesh 和 XBee3 802.15.4；XBee-PRO Zigbee和 XBee-PRO DigiMesh；XBeeSX 900和XBee 868MHz；以及 XBee-PRO 900HP。
请参阅《XBee 购买指南》，比较Digi XBee 生态系统中不同模块的功能。
射频与蜂窝无线通信的比较
IoT 系统的最佳无线通信解决方案总是取决于具体情况。对于某些项目，蜂窝网络是最合适的选择。而对于其他项目，蜂窝网络的功率要求和成本可能会让人望而却步，而Digi XBee 3 Zigbee 等短距离射频解决方案则是理想的搭配。之所以有这么多不同的IoT 协议，是因为有这么多不同类型的项目，每个项目都有独特的要求。有鉴于此，让我们来看看每种解决方案的注意事项。
蜂窝通信：优势与权衡
与所有无线通信方案一样，蜂窝方案也需要考虑成本、复杂性、设计和构建解决方案所需的时间，以及您或您的最终客户最终将如何管理设备。例如，您需要确保您的产品固件能够定期进行安全或功能更新，并确保您的无线通信设备能够在线正常运行。
蜂窝解决方案需要外部基础设施。两个蜂窝模块之间从不直接对话；它们必须通过无线运营商的网络，利用其庞大的通信塔和大量的后端基础设施进行连接。当我们说蜂窝模块与 "信号塔 "通话时，实际上指的是以单个信号塔为代表的运营商的整个网络。由于蜂窝电话需要基础设施，因此几乎总是需要无线运营商提供付费数据计划。即使是低带宽IoT 设备的减价计划，总费用也可能相当可观，对于某些项目而言，甚至会让人望而却步。
蜂窝通信的优势
蜂窝通信模块可直接与范围内的任何信号塔通话，并利用该连接直接进行通信，通常是与在线云应用程序进行通信。选择蜂窝电话作为无线通信方式的一个主要优势是无需其他设备，只需模块及其天线即可。
蜂窝解决方案具有极高的移动性。它们的连接可以在塔与塔之间高速传输。有了合适的模块和数据计划，您的IoT 设备可以在全球范围内无缝移动，而不会失去连接。请记住，每个模块都必须在塔台的无线电范围内才能进行通信。如果某个区域没有无线运营商覆盖，则无法进行蜂窝通信。
蜂窝数据是 IP 本机数据，这意味着具有实时连接的蜂窝模块可以直接以其本机语言与互联网对话。这减少了开发工作，简化了IoT 网络架构。由于固件可以直接从云传输到设备，因此空中更新也相对简单，从而简化了错误修复和改进的过程。
此外，原始设备制造商和终端客户还可以使用 Digi基于云的设备管理和通信平台Digi Remote Manager®来完成一系列关键任务。Digi Remote Manager (Digi Remote Manager®（Digi RM）提供全套管理功能，例如在整个部署中自动进行固件更新、监控配置设置以检测安全漏洞、状态和设备健康监控、特定条件下的警报和通知等。Digi RM 还能通过安全的 VPN 通道管理全套已连接的IoT 设备，包括非 Digi 串行设备。
蜂窝通信的利弊权衡
其中一个折衷方案是，蜂窝系统必须定期升级，以跟上运营商要求的更新，有时协议到期需要更换底层硬件。
大多数IoT 设备都使用电池。蜂窝通信的功耗要求相对较高，因为它们需要大量电流才能与 1/4 英里或更远的信号塔通信。新的IoT 蜂窝通信协议降低了电流消耗，甚至还提供了一些睡眠模式，但它们对电池的消耗仍然比射频通信模块快得多。
蜂窝电话硬件相当复杂，因此通常成本更高，体积更大，特别是考虑到需要更大的天线来接收所有不同的蜂窝电话频段。
非蜂窝射频通信：优势与权衡
我们在此介绍的射频通信解决方案具有与蜂窝通信不同的功能。它们可以直接相互通信，在使用网状协议时甚至可以通过其他中间模块跳转信息。如果网络需要将信息发送到本地以外的地方，则需要一个网关设备，如Digi IX15IoT 网关，它可以将数据转换并转发到其他地方，通常是通过互联网。射频网关很常见，但绝对是可选的，并非所有解决方案都使用它们。
请注意，虽然我们在这篇博文中没有涉及这些内容，但 Digi 还提供出色的LoRaWAN®、Wi-Fi和蓝牙解决方案。
射频通信系统可以无限期部署和运行，无需向第三方支付月租费。这就决定了IoT 解决方案的成本效益，也决定了该解决方案即使在技术上是可靠的，在经济上也是行不通的。射频网络几乎可以在任何地方建立，无需考虑任何第三方的覆盖范围，但它们通常会被限制在一个预定义的区域内，在该区域内，每个模块至少可以看到另一个模块，以维持其网络。
通过射频解决方案，您可以独立于任何供应商提供自己的覆盖范围。您还必须提供自己的数据回程，将信息从网络边缘传送到需要的地方。在大多数情况下，这需要某种网关设备，用于汇聚从本地射频网络传入的数据，并将其传输到互联网。网关还可以接收互联网数据并将其转发到射频网络。
在802.15.4 等点对点协议中，每个无线电都必须在网关的范围内。然而，Zigbee和DigiMesh等网状协议允许信息在到达网关的途中自动 "跳过 "中间模块，因此网络可以比网关本身的范围大得多。由于射频解决方案是独立的，因此无需按照别人的计划进行升级。系统一旦投入使用，理论上可以几十年不变地运行，有助于降低成本。
射频模块通常使用 IP 以外的协议进行通信。这并不是疏忽，而是因为 TCP/IP 在设计时并没有考虑到IoT 解决方案，这给经常处于睡眠和离线状态的低功耗、低带宽设备带来了巨大的技术挑战。虽然即将推出的 Matter 等协议最终会改变这种状况，但目前广泛部署的 802.15.4、Zigbee 和 DigiMesh 等协议如果需要接入互联网，就必须在网关处进行翻译。
请注意，Digi 等高级网关支持空中固件分发，但其他品牌可能不支持。此外，Digi XCTU®可对已部署的 XBee 射频模块进行本地配置和管理。
使用射频模块进行无线通信的优势
我们已经介绍了射频通信的几大优势，特别是在节省手机套餐方面。IoT 设备通常需要非常便宜，以确保整个系统具有成本效益。这正是射频解决方案的真正优势所在。
以下是射频通信设备的其他一些关键优势，所有这些优势都会影响总拥有成本：
- 它们的协议和硬件都经过严格优化，以节省成本。
- 它们使用的电流非常小，可以在长时间不工作时处于休眠状态，因此电池可以存活数月甚至数年而无需更换。
- 设备本身更简单，这意味着它们的体积更小，价格更低。
- 它们的天线通常只需支持一个频段，从而进一步扩大了尺寸和成本优势，为盈利铺平了道路。
无线通信的应用：射频和蜂窝选项
让我们来看看IoT 使用案例中无线通信的几种不同应用，看看这些选择在现实世界中是如何发挥作用的。这些无线通信示例共同说明了多种类型的应用以及开发团队的一些注意事项。
监测和控制用于高尔夫球场的机器人割草机
割草机可以移动，因此我们立刻想到了移动蜂窝电话。割草机需要大量的机载电源，而且体积庞大、价格昂贵，因此Digi XBee 蜂窝网络也是一个很好的选择。直接访问 IP 协议还能简化支持系统架构的开发。值得注意的是，像Digi XBee SX 这样的远距离射频通信模块也能胜任这项工作，但如果球场面积较大、森林茂密或多山，则可能需要多个网关和中继器，这可能会降低系统的经济性和稳定性。
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建筑机房漏水监测
机房是一个室内场所，有时位于地下，可能没有手机信号覆盖。我们需要多个传感器，以确保无论泄漏发生在何处，都有传感器进行检测。我们希望降低成本，因为成本将乘以传感器的数量。如果房间足够紧凑，所有设备都在网关的无线电范围内，那么像Digi XBee 3 802.15.4模块这样的点对点解决方案就非常适合，它能以低成本、低复杂度提供可靠的无载波覆盖。
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市政街道照明
城市中的路灯通常相距 100 英尺左右，一个城市可能有数万盏路灯。任何市政工程都会对成本非常敏感，因此我们的路灯监控系统需要在预算紧张的情况下工作。
在这里，像Digi XBee 3 Zigbee这样的解决方案可以创建一个网状网络，将信息从一个灯杆传递到下一个灯杆，直至到达目的地。某些路灯将安装一个网关，也许每个社区都有一个，通过互联网或该城市的专用 IP 网络来回传递控制和状态信息。路灯有充足的电力，因此所有路灯都可以成为 Zigbee 路由器节点，这意味着如果任何一个设备出现故障，无线网络都可以轻松绕过问题，从而创造出一种低成本、稳健的解决方案。
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健身房运动机监控
用户签到、锻炼记录和维护监控为会员提供了附加价值，同时确保设备在会员需要时正常工作。由于健身器材通常距离很近，而且都在室内，这也是另一个网状联网的机会。举重机通常不提供空调电源，因此我们的无线模块将依靠电池运行，他们需要节约电池。
从技术上讲，蜂窝通信可能可行，但频繁更换电池和蜂窝通信普遍较高的成本意味着它在经济上可能行不通。Digi XBee 3DigiMesh这样的省电解决方案应该会大放异彩。成本低，DigiMesh 提供的协调睡眠周期可帮助电池维持数月之久，同时维持一个无需布线、可能只有一个网关的自愈网络。
家庭血压监测
医院提供的家庭血压测量系统听起来可能像一个 Zigbee 甚至 Wi-Fi 项目--广泛用于家庭自动化的协议。然而，如果考虑到后勤问题，情况就会变得更加复杂。年老或不健康的病人可能不愿意甚至没有能力将新设备接入家庭网络。理想情况下，我们的解决方案可以在任何地方进行通信，无需任何设置。
如果您在考虑蜂窝电话，我们也在考虑蜂窝电话。零设置和完全移动性的优势将抵消稍高的成本。血压的测量并不频繁，每次测量时间很短，因此蜂窝电话的耗电量较高并不是问题。在日常测量之外，设备通常会处于关闭状态。最后，由于家庭监测可以减少昂贵的住院费用，因此蜂窝电话的边际附加成本相对较低。这是一个很好的例子，说明了在选择IoT 通信解决方案时，实际情况是多么重要。
您的 XBee 蜂窝或射频设计需要工程设计支持来制作原型、进行测试并为生产做好准备吗？Digi 的专家随时准备为您提供帮助。请联系我们的无线设计服务团队进行咨询。
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