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贾埃罗

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聊聊适用于地磁传感器中第二重要的无线通讯技术

  目前在地磁传感器中使用的有采用私有协议的射频模块(比如Sub G、2.4G芯片上自己开发私有协议),也有采用LoRaWAN、NB-IoT等标准协议的无线通讯技术。
  LoRa是SemTech公司主推的,基本是在2015年开始逐步被国内厂家所熟悉,如果是LoRaWAN主要是由用户自己架设私有基站(后面会提到很多厂家用的是假LoRa);NB-IoT这2年炒的比较火,是运营商架设的基站,由运营商主导,小编有幸在2015年下半年就开始接触NB-IoT,当时还是非标阶段配合华为一起开始的,到目前已经成功实施了国内第一个真正采用NB-IoT地磁传感器数量过千并上线运营的项目(很多地方也宣传过哪里哪里的NB-IoT智慧停车,但是基本都是个位数的演示试点而已,主要给领导们参观的,小编负责的这个是已安装完成调试,并上线运营的)。
  言归正传,聊聊几个无线通讯技术在停车地磁传感器上应用的优势和劣势。
  私有协议(Sub G、2.4G)
  私有协议主要是无线通讯的帧格式是厂家各自定义的,每个厂家之间是不通用的。厂家研发能力的差异,也决定了协议是否有扩展性和健壮性,同时协议设计的优劣直接决定了设备无线组网的差异性。
  在地磁传感器领域,组网主要有星型组网和MESH组网这2类,下面谈谈这2种组网的差异性、优劣性。
  1.星型组网
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  星型组网最简单,2层结构,网关是父节点,地磁传感器是子节点,网关固定管理对应的N个子节点,协议实现最简单,数据流向就是地磁传感器发送数据给管理它的网关,网关把数据再送到后台服务器。网关只能管理有限个地磁传感器(一般可能是10~20个左右),每个网关需要配置管理的地磁传感器ID,配置复杂。
  那么问题来了,如果某个网关没电、SIM卡欠费等原因导致无法和后台通讯时,那么它所管理的一大片地磁传感器将处理瘫痪状态,无法正常传输数据到后台,这对一个实时的停车系统是致命的,会导致无法收费,造成运营损失。
  国内90%厂家的组网方式都是星型组网,因为协议简单,开发难度低。但是对于产品而言,这是最不可靠的。如果只是几个泊位的试点,可能看不出问题,一旦大批量安装就会暴露出各种问题。并且星型组网中每个父节点都是网关,每个网关都要SIM卡,那么会造成需要N多的SIM卡,SIM卡数量多管理也困难,费用也增加,非常不合适。
  2.MESH组网
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  MESH组网比较复杂,有3层结构,最上层是网关,中间层是转发器,最底层才是地磁传感器。地磁传感器可以和网关、转发器通讯;转发器又可以和网关、转发器通讯;网关和后台服务器通讯。MESH架构可以更好的保证数据可靠性,也就是说任何一个设备的故障,不会影响系统的稳定性,系统依旧正常工作。
  由于MESH架构整个通讯会交叉起来,非常复杂,协议如果设计的不成熟,可能会直接造成网络瘫痪。在停车地磁传感器领域采用这种MESH架构的组网屈指可数,因为要做到这个通讯架构,协议层面设计复杂,因此很多厂家不愿意或者没能力花太长时间在这个重要的工作上,都是想着用最简单的星型组网快速做出东西的为多,而不是考虑把基础架构设计结实。小编在地磁传感器上设计的就是这种复杂的MESH自组网协议,在大量项目中稳定可靠,可以做到99.x%不丢包。
  这里要强调下有一种假MESH,它也是3层结构,但是他们的设计是倒树型,地磁传感器只能发数据给转发器,转发器只能发数据给网关,这种看起来也是3层结构,实际上和星型组网没任何区别,网关出问题,那么更大范围的一片就出问题了。
  3.星型组网和MESH组网对比
  1000个泊位的项目中,每个接收设备管理20泊位为例,对比下组网差异带来的比较:
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  1000个泊位SIM卡差异达到35张,10000个泊位的话,SIM卡差异将达到350张,SIM卡的管理将非常麻烦,另外网关的维护工作量很大,而转发器基本不用维护,组网方式的差异在项目实施及维护阶段将体现出产品的优劣。
  LoRa
  LoRa存在2种方式,一种是纯LoRa模块,用户开发自己的私有协议;一种是LoRaWAN标准协议,用户自己开发或购买LoRaWAN标准协议模块进行通讯即可。
  采用LoRaWAN标准协议的,在网关端必须是LoRaWAN网关专用芯片SX1301,SX1301同时支持8个通道,吞吐量更大,但是一般厂家买不到SX1301,即使能买到SX1301,在细分的停车行业中独立去开发LoRaWAN网关时得不偿失的;LoRaWAN终端芯片一般用SX1276/SX1278等,这个是面向终端厂家的。
  LoRaWAN网关在架设时要架设在高处,比如楼顶等,需要市电供电,有线网络或4G网络,总之LoRaWAN网关的架设类似运营商基站架设,细分的停车行业厂家很难协调安装需要的那些条件,比如楼顶,市电,网络等,对项目建设进度存在太大阻碍。目前在地磁传感器行业并没有一家安装过单个项目过万的LoRaWAN地磁传感器。
  下面聊聊市面上90%的地磁传感器厂家说的LoRa地磁,也就是我上面说的假LoRa。
  LoRa宣传的长距离,高灵敏度是牺牲了通讯速率。通讯速率越低,灵敏度肯定越高,这是常识,LoRa在超过30Kbps速率下,几乎没任何通讯距离的优势,它的优势是在1Kbsp不到,甚至0.1Kbsp不到的前提下才体现所谓的通讯距离。很多厂家因为买的是其他厂家的LoRa模块,模块厂家肯定只宣传优势距离远,但是不会去说前提条件要极低速率,如果地磁传感器厂家的研发人员没有扎实的无线知识基本功的话,那在设计之初选择LoRa模块就是一个错误的选择。
  为什么叫假LoRa?因为网关用的居然也是终端芯片SX1276/SX1278,一颗用在终端的芯片,地磁厂家自己随意设计放在网关上,其吞吐量超级低。举个例子,假设我们不关注无线通讯中的前导码、同步字,校验等,只关注应用PayLoad的数据长度,在普通无线100Kbsp速率下,传输100字节应用层协议,只需要8ms;但是LoRa模块在1Kbsp下,传输100字节却要耗时800ms,这是什么概念?网关每秒还收不了2包数据,当无线数据频繁的地方,LoRa的无线冲突将非常大。这也是市面上用LoRa地磁+自己做的LoRa网关一直做不好的原因,因为在通讯层面就出现了很大问题。
  另外由于LoRa传输速率极低,因为在组网也只能采用星型组网,前面也提到了,星型组网的各种问题。
  小编并不是说LoRa技术不好,而是说用纯粹LoRa模块,自己开发私有协议的话,不建议用在地磁传感器上,因为停车泊位都比较集中,数据通讯都比较繁忙的,这种方式在通讯层面就是个大问题。
  NB-IoT
  NB-IoT这2年炒的火热,运营商、华为的宣传口号基本是:大连接,低功耗,10年寿命等字眼,挺能吓唬人的。但是宣传这些文字时忽略重要几点:使用场景怎么没描述呢?1秒发一包数据?1小时发一包数据?一天发一包数?一年发一包数据?只字未提。脱离使用场景谈低功耗,长寿命就是耍流氓。
  小编不排斥NB-IoT,在2015年开始就和华为一起做NB-IoT在停车地磁传感器行业的合作,当时还是非标,全球只有Ublox SARA模块,当时一个模块好几百(当然是华为送的,现在还有多余在抽屉里,用的是烧号软SIM的,扯远了)。
  NB-IoT通讯方式用在地磁传感器上有优点,也有缺点,新事物还是不够完善,但是需要包容,让其成长。
  最大的问题在功耗层面,NB-IoT单次发送数据占用能量比较多,主要是连接态的电流有30mA,时间长的20多秒,短的也有10秒不到,这是基站无线侧统一控制的,核心网无法控制,用户也无法自定义;至于T3324时间,如果不小心开卡配置的时间很长,那也消耗了大量的能量。
  在抄表领域1天抄表1次,发送1次数据,直接关电源就不耗电了。停车地磁传感器领域,一天发送数据可能要上百包,功耗就是抄表至少100倍了,如果抄表能用10年,那停车地磁传感器还能用几年?0.1年了。这也是一开始说功耗和寿命的数据要结合具体使用场景为前提的。
  目前停车运营业主在运营商、华为等宣传下,觉得NB-IoT地磁是非常牛的东西,一方面主要还是不够了解其存在的细节问题,另一方面是要政绩,宣传用,争抢第一个用,上头条。
  停车地磁传感器其本质还是地磁传感器,核心还是检测算法,NB-IoT只是通讯方式,并不会对检测准确率有任何提升。很多地磁厂家认为搭上NB-IoT技术其地磁传感器就会起飞一样,其实太乐观了,会摔的很重。检测算法准确率高的地磁传感器,在NB-IoT通讯技术加持下是依旧是准确率最高;但是厂家的普通地磁传感器准确率不高的,用上NB-IoT技术后不会有任何改变,只会更差。
  在选择NB-IoT停车地磁传感器时,要关注厂家之前是否做过非NB-IoT地磁传感器,之前的地磁检测算法做的如何,是前置算法还是后置算法,安装过一线城市、省会城市没,安装在大城市效果如何,单个项目上万个做过没等方面。前置算法的厂家切换到NB-IoT技术是分分钟的事,如果是后置算法几乎切换不到NB-IoT技术,即使切换过去也是耗时、耗力还超高功耗。



原作者:物联网停车

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