物聯(lián)網(wǎng)工程師是專家的專家。他們知道計(jì)算機(jī)科學(xué)、硬件設(shè)計(jì)，以及如何將功能集與特定用例相結(jié)合。他們了解微控制器、固件和網(wǎng)絡(luò)。他們知道如何將這些元素組合在一起，為用戶帶來真正的價(jià)值。但即使有這樣的專業(yè)知識(shí)，您也不必從頭開始構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的每個(gè)元素。

例如，以蜂窩模塊為例，即在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的芯片組和軟件。隨著物聯(lián)網(wǎng)專用蜂窩技術(shù)（如Cat 1、NB-IoT和LTE-M）的興起，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接產(chǎn)品從未如此流行。事實(shí)上，預(yù)計(jì)2022年至2026年，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場將增長近一倍，預(yù)計(jì)到后一年，全球價(jià)值將達(dá)到610億美元。

但蜂窩連接有很多變量，創(chuàng)建這些物聯(lián)網(wǎng)連接的模塊很復(fù)雜。有了合適的團(tuán)隊(duì)，你當(dāng)然可以建立自己的團(tuán)隊(duì)。問題是，除非你大規(guī)模部署，在現(xiàn)場部署了數(shù)百萬臺(tái)設(shè)備，否則你很少會(huì)看到投資的回報(bào)。

此外，還有大量靈活、可靠的蜂窩模塊可用。其中一些旨在簡化虛擬即插即用，其特點(diǎn)是嵌入式SIM卡具有預(yù)配置的網(wǎng)絡(luò)訪問、電源管理固件，甚至可以通過移動(dòng)虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（MVNO）實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)連接。如果您正在將物聯(lián)網(wǎng)功能添加到現(xiàn)有產(chǎn)品中或向除最大市場之外的任何市場銷售，那么明智的業(yè)務(wù)舉措通常是與物聯(lián)網(wǎng)模塊提供商合作，而不是嘗試自己構(gòu)建。

為什么？一句話：復(fù)雜性。以下是構(gòu)建蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊所需的步驟，以及為什么從可信合作伙伴處采購模塊和支持服務(wù)通常是更好的選擇。

蜂窩模塊設(shè)計(jì)的四個(gè)要素

構(gòu)建蜂窩模塊不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)；這是一個(gè)廣泛的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)的多個(gè)組成部分和領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都需要自己的深入專業(yè)知識(shí)。從本質(zhì)上講，設(shè)計(jì)蜂窩模塊需要對(duì)以下四個(gè)要素進(jìn)行大量工作：

#1： 硬件設(shè)計(jì)

讓我們從蜂窩模塊的物理部分開始：調(diào)制解調(diào)器、天線和處理數(shù)據(jù)流量的微控制器單元（MCU）。只有調(diào)制解調(diào)器制造商才可能從頭開始制造調(diào)制解調(diào)器。這意味著您必須購買符合您使用案例技術(shù)要求的第三方調(diào)制解調(diào)器，包括區(qū)域部署、帶寬需求和適當(dāng)?shù)墓摹?/p>

您需要選擇天線（用于單天線蜂窩技術(shù)，如Cat 1 bis）或天線（用于雙天線應(yīng)用）。你需要一個(gè)與調(diào)制解調(diào)器無縫對(duì)接的MCU，處理將設(shè)備連接到用戶應(yīng)用程序的處理。在全球供應(yīng)鏈中斷之際，無法保證所有這三種技術(shù)都能獲得或負(fù)擔(dān)得起。

但選擇合適的設(shè)備只是開始：

要使調(diào)制解調(diào)器正常工作，必須長時(shí)間與制造商的現(xiàn)場應(yīng)用工程師密切合作。

要傳輸數(shù)據(jù)，您必須完美地集成天線。

您需要優(yōu)化各種蜂窩頻段和連接選項(xiàng)的集成。

即使您優(yōu)化了硬件，還有一個(gè)重要步驟：法規(guī)遵從性。您的硬件必須經(jīng)過PTCRB認(rèn)證，以確保在全球網(wǎng)絡(luò)上的互操作性。此外，根據(jù)您部署設(shè)備的位置，您還需要獲得美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）、歐盟（CE標(biāo)志）和/或其他地區(qū)當(dāng)局的認(rèn)證。這些認(rèn)證并不便宜，而且需要大量的工作才能獲得。

#2： 固件開發(fā)

即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的固件開發(fā)人員，在使用蜂窩模塊時(shí)也可能需要學(xué)習(xí)很多東西，這是一個(gè)充滿深度專業(yè)知識(shí)的領(lǐng)域。為了說明復(fù)雜性，這里是一個(gè)不完整的任務(wù)列表，供在定制物聯(lián)網(wǎng)芯片上工作的固件開發(fā)人員使用：

為固件堆棧選擇生態(tài)系統(tǒng)：（Zephyr、FreeRTOS、ThreadX、Linux等）

確保生態(tài)系統(tǒng)完全支持您選擇的調(diào)制解調(diào)器和芯片組

編寫一個(gè)新的調(diào)制解調(diào)器驅(qū)動(dòng)程序，能夠包裝所有調(diào)制解調(diào)器功能的AT命令

調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序中的所有AT命令

為MCU設(shè)計(jì)全天候更新

為設(shè)備上的物理內(nèi)存選擇加密技術(shù)（VPN、安全元素、TLS等）

決定如何將郵件打包到設(shè)備和從設(shè)備打包郵件

選擇數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化格式（協(xié)議緩沖區(qū)、JSON等）

當(dāng)然，一旦編寫了固件，您就必須對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)您構(gòu)建自定義蜂窩模塊時(shí)，您可以在系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)自行完成。

#3： 云開發(fā)

固件處理設(shè)備上的數(shù)據(jù)處理。為了實(shí)現(xiàn)真正的連接，您還需要支持您獨(dú)特用例的云服務(wù)。這需要廣泛的云開發(fā)，包括但不限于以下工作：

設(shè)備服務(wù)的全面開發(fā)，能夠遠(yuǎn)程安裝和更新固件

定義云架構(gòu)，為所有微服務(wù)選擇理想的技術(shù)

將所有設(shè)備完全集成到云服務(wù)中（請(qǐng)注意，主要的云供應(yīng)商只提供端點(diǎn)和證書，其余由您決定）

創(chuàng)建流暢的設(shè)備入職流程

定義所有潛在的故障狀態(tài)，并針對(duì)每個(gè)故障狀態(tài)中的正常故障和恢復(fù)實(shí)施修復(fù)

傳輸之間數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)

對(duì)于開發(fā)人員來說，所有這些云開發(fā)可能是一種不受歡迎的干擾，他們寧愿專注于用戶應(yīng)用程序和設(shè)備功能，這些是客戶實(shí)際體驗(yàn)的解決方案的一部分。

#4： MVNO運(yùn)營商集成

工作的蜂窩模塊的最后一部分不是你能控制的：它是與MVNO的合作伙伴關(guān)系，MVNO是處理你對(duì)網(wǎng)絡(luò)本身訪問的連接提供商。根據(jù)您選擇的MVNO，您的設(shè)備可能僅限于特定類型的SIM卡（多SMSI、eSIM、iSIM、本機(jī)SIM卡等）。

一旦您的SIM卡技術(shù)與MVNO的系統(tǒng)相一致，您就有更多的決定要做。您將需要一個(gè)平臺(tái)，允許您激活和停用設(shè)備，并管理沿途的數(shù)據(jù)消耗。您必須將云應(yīng)用程序與連接平臺(tái)集成。您需要預(yù)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)使用情況；這對(duì)于成功與MVNO協(xié)商至關(guān)重要，MVNO可能會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)速率收費(fèi)。

蜂窩模塊競爭

在模塊設(shè)計(jì)過程的每一個(gè)階段，您都將面臨競爭，除非您在市場上占有巨大的地位，否則您將無法獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)。這意味著與大型競爭對(duì)手相比，您將為SIM卡和數(shù)據(jù)支付更多的費(fèi)用。

這是與集成模塊供應(yīng)商合作而不是構(gòu)建自己的物聯(lián)網(wǎng)芯片的另一個(gè)商業(yè)理由。這些供應(yīng)商利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低連接價(jià)格。更好的是，它們?yōu)槟?jié)省了構(gòu)建自己的蜂窩模塊的成本和難度，請(qǐng)放心，本文只觸及了復(fù)雜性的表面。

作者：Blues Wireless