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？
在本文中，我们将移动通信与射频通信（RF协议）进行对比，并探讨关键考量因素，以帮助您做出最佳选择。虽然我们的示例将Digi XBee 为主，但无论您在项目中采用何种品牌或型号的无线通信设备，这些考量因素都同样适用。
带我进入射频和蜂窝调制解调器的 XBee 生态系统
文章概述：
选择合适的无线通信方式是IoT 中最关键的决策之一。本文将对蜂窝通信与射频（RF）通信进行清晰且高层次的对比分析，帮助开发人员和决策者了解哪种方案最适合他们的应用场景。
本文阐述了蜂窝IoT如何利用运营商网络实现广域覆盖、无缝移动性和直接云连接，使其成为远程监控、医疗设备和移动设备等应用的理想选择。同时，本文也指出了其存在的权衡取舍，例如更高的功耗、持续的数据费用以及对外部基础设施的依赖。
相比之下，本文探讨了基于射频（RF）IoT ——包括Zigbee、DigiMesh和802.15.4等协议——如何实现低功耗、高性价比且自成体系的网络。这些系统非常适合智能建筑、工业监控和智慧城市等本地化部署场景，在这些场景中，长电池寿命和不依赖运营商网络至关重要。
Digi XBee 哪些蜂窝和射频协议？
Digi XBee 包含三种基于行业标准且已通过预认证的蜂窝网络解决方案：
Digi XBee RF（射频）系列包括短距离和长距离模块。
Digi XBee 包括：
XBee 长距离系列包括：
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，OEM厂商和终端客户还可以使用Digi的基于云的设备管理和通信平台， Digi Remote Manager 来处理一系列关键任务。Digi Remote Manager Digi RM）提供了一整套管理功能，例如针对整个部署环境的自动固件更新、监控配置设置以检测安全漏洞、状态和设备健康状况监控、针对特定条件的警报和通知等。此外，Digi RM还支持通过安全的VPN隧道管理您所有的联网IoT ——包括非Digi品牌的串行设备。
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
本文将介绍的射频通信解决方案与蜂窝通信具有不同的功能。它们可以相互直接通信，在使用网状协议时，甚至可以通过其他中间模块中继消息。如果网络需要将消息发送至其本地区域之外，则需要一个网关设备（例如Digi XBee 网关），该设备负责转换数据并将其转发至其他地方，通常是通过互联网实现的。 射频网关虽很常见，但绝非必需，并非所有解决方案都会使用它们。
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 这样的点对点协议中，每个无线电设备都必须位于网关的覆盖范围内。然而，像Zigbee和DigiMesh 这样的网状网络协议允许消息在传输至网关的途中自动通过中间模块进行“中继”，因此网络规模可以远大于网关本身的覆盖范围。由于射频（RF）解决方案具有独立性，因此无需根据他人的时间表进行任何升级。 一旦系统投入运行，理论上可保持不变运行数十年，从而有效降低成本。
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，像 Digi 提供的这类高级网关支持空中固件分发，但请注意，其他品牌可能不支持。此外，DigiXBee Studio支持对已部署的 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
割草机是移动的，因此我们首先想到的是采用蜂窝网络来实现移动通信。割草机需要充足的车载电源，且体积较大、价格不菲，Digi XBee 也是理想的选择。直接访问IP协议也使得支持系统架构的开发更加简便。 值得注意的是，像Digi XBee PRO这样的长距离射频通信模块同样能够胜任，但如果场地面积较大、林木茂密或地势起伏，可能需要部署多个网关和中继器，这可能会导致系统成本增加且稳定性降低。
阅读我们与 Renu Robotics 公司的客户案例研究，了解他们如何为其太阳能田间机器人割草机选择无线通信方法！
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。
在此，像Digi XBee Zigbee或Digi XBee Wi-SUN这样的解决方案可以构建一个网状网络，将消息从一个路灯传递到下一个，直至到达目的地。某些路灯将充当网关（例如每个社区设置一个），用于通过互联网或该城市的私有 IP 网络双向传输控制和状态消息。 路灯拥有充足的电力，因此所有路灯均可作为 Zigbee 路由器节点。这意味着，如果任何一个节点发生故障，无线网络都能轻松绕过故障点进行路由，从而构建出一种低成本且稳健的解决方案。
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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。
从技术角度来看，蜂窝通信或许可行，但频繁更换电池以及蜂窝通信普遍较高的成本意味着，这种方案在经济上可能并不现实。像Digi XBee DigiMesh这样的节能解决方案在此场景下应能大放异彩。其成本低廉，且 DigiMesh 提供的协调休眠周期可帮助电池续航数月之久，同时还能维持一个无需布线、且可能仅需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。
关于蜂窝调制解调器与射频调制解调器的常见问题
在IoT，射频通信与蜂窝通信有何区别？
射频（RF）通信允许设备在规定范围内直接相互连接，通常采用Zigbee、DigiMesh、Wi-SUN或802.15.4等协议。而蜂窝通信则通过无线运营商的网络基础设施连接设备，从而能够通过互联网与云服务直接通信。
在IoT应用中，何时应选择蜂窝通信，何时应选择射频通信？
当您的IoT 需要以下功能时，蜂窝网络是最佳选择：
- 广域或全球覆盖
- 高机动性（例如：移动中的车辆或设备）
- 通过 IP 实现直接云连接
- 本地基础设施极简
它在移动设备追踪或远程医疗设备等应用中尤为有用。
在IoT ，射频通信有哪些优势？
当您需要以下功能时，射频（RF）通信是一个绝佳的选择——例如，相比于蜂窝通信：
- 低功耗（电池续航时间长）
- 无需支付数据流量月费
- 降低硬件成本
- 在固定的局部区域内运行可靠
射频网络可以独立运行，无需依赖第三方基础设施，因此对于许多部署而言，既经济实惠又具备可扩展性。
对于电池供电的IoT ，射频（RF）和蜂窝网络哪一种更好？
对于电池供电的设备而言，射频（RF）通常是更好的选择，因为它功耗显著较低，并且支持休眠模式，可将电池续航时间延长至数月甚至数年。而蜂窝模块由于需要与基站进行长距离通信，因此功耗较高。
使用蜂窝网络的IoT 需要数据套餐吗？
是的。蜂窝IoT 通常需要向无线运营商购买付费数据套餐，因为它们依赖运营商的基础设施来传输数据。即使是低带宽的IoT ，也会带来持续的运营成本。
与Digi这样的解决方案提供商合作，他们不仅提供包含数据套餐在内的完整解决方案，还拥有专业的无线设计服务团队，可就如何优化数据使用提供专业建议。
RFIoT 需要连接互联网吗？
不一定。射频网络可以在本地环境中独立运行。但是，如果您需要将数据发送至云端或外部系统，则需要一个网关设备来提供互联网回程连接。
什么是RFIoT 中的网关？
网关是一种将射频（RF）网络与互联网等外部系统连接起来的设备。它从射频模块收集数据并将其转发至云平台，同时也能向设备发送指令。
射频（RF）IoT和蜂窝IoT，哪一种更具成本效益？
射频技术通常更具成本效益，因为：
- 无需支付月度数据费
- 降低硬件成本
- 更长的电池寿命可减少维护工作
随着时间的推移，手机费用可能会因持续的数据套餐和更高的耗电量而变得昂贵。
射频网络能否满足大规模IoT 的需求？
是的。像Zigbee、DigiMesh和Wi-SUN这样的网状无线电协议允许设备之间相互中继消息，从而将网络覆盖范围扩展到单个设备的覆盖范围之外，并支持大规模部署。
射频（RF）与蜂窝物联网（CellularIoT）的常见应用场景有哪些？
射频（RF）非常适合：
- 智能建筑与漏水检测
- 密闭空间内的工业监测
- 智能照明与城市基础设施
- 室内传感器网络
移动网络非常适合：
- 移动资产（车辆、机器人）
- 远程医疗设备
- 需要即插即用连接功能的应用程序
- 需要直接云集成的系统
是蜂窝网络还是射频网络更容易部署？
蜂窝网络通常更易于部署，因为它所需的基础设施极少——只需终端设备和数据套餐即可。射频系统可能需要更多的配置工作，包括网关和网络设计，但能提供更强的控制能力，且长期成本更低。
在我的IoT 中，该如何在射频（RF）和蜂窝网络之间做出选择？
请根据您的项目需求进行选择：
- 选择移动网络，享受移动便捷、广泛覆盖和操作简便
- 利用射频技术构建低成本、低功耗的局域网络
最佳解决方案取决于环境、电源供应、预算以及可扩展性需求等因素。
Digi的无线设计服务团队可协助您为您的应用选择合适的解决方案。
下一步工作
编者注：本文最初发表于2022年10月，并于2026年4月进行了更新。