M2M如何选择无线技术路线并优化天线组件

电子发烧友网报道（文/李宁远）机器对机器（M2M）通信概念是物联网的核心技术之一，这一技术不需要任何人工干预，就能实现机器、传感器和硬件之间进行点对点直接通信。物联网由M2M范式驱动能提供在许多智能设备之间随时随地连接的能力，在天线组件的助力下无线通信M2M通信更容易将物联网拓展至更多的应用。
 
M2M与物联网，M2M技术路线选择
 
M2M与物联网二者有着很深的羁绊，运作方式看上去是一样的，都是将数据通过网络直接传输，即数据端点通过通信网络达到数据集成点。但是本质上，M2M只是先进物联网中的一种支持技术，二者还是有着明显的区别。
 
M2M旨在在多个与互联网连接的设备中实现数据共享与分析，M2M只需要快速且可靠地执行有限的一组机器设备点对点通信即可，也就是说M2M系统里各个设备形成了一个封闭式系统，不需要像物联网那样支持大量设备实时同步，也不会对可拓展性有太高的要求。而且设备间的点对点连接创建完成后，二者就不再依赖于互联网连接。
 

 
目前实现M2M的有线和无线路线各有千秋，有线能有效覆盖很大的传输范围，但无线的发展趋势也是很明确的。无线M2M肯定是日后的大方向，不过虽然部署起来更便捷，但是目前面临的挑战也很多，既要解决无线路线覆盖范围的问题，又需要对功耗进行控制，还需要考虑射频组件的成本。
 
无线M2M
 
支持M2M的无线协议和支持物联网连接的无线协议一样非常多，如何选择合适的无线协，是M2M成功实现的关键。每种无线技术在M2M应用里的成本、性能和复杂性表现都不一样，因此必须根据应用来选择M2M的无线路线。
 
几种无线路线中大家最熟悉的肯定是蜂窝M2M，在全球范围内有着足够广的覆盖范围，用户对其接受度很高。在各类环境传感器、门锁、报警器等设备中，蜂窝通信路线都很受欢迎，是低功耗、低数据速率设备青睐的选择。另一方面，蜂窝M2M安全性也很高，成本适中。
 
LoRa等专有系统在低功耗广域M2M领域也相当有竞争力，尤其是LoRaWAN在工业环境中优势很明显，采用电池供电的M2M设备很中意这种无线路线，它不仅能够提供足够的安全性（128位AES CCM加密），而且成本很低、覆盖范围非常广。
 
Zigbee是楼宇自动化设备实现M2M常用的无线协议，Zigbee同样支持128位AES CCM加密，安全性足够，功耗也非常低。不同于上面提到的几种协议覆盖范围都很广，Zigbee M2M覆盖范围通常较小，在百米以内，如果对覆盖范围要求不高，同时又希望降低功耗的应用，这是不错的技术路线。
 
M2M现在开始广泛地应用在资产智能追踪上，这会要求无线M2M在移动性上能给予更高的支持，这也是选择无线路线的重要考量。
 
通过天线组件为M2M设备降耗增效
 
使用天线组件保持无线连接的M2M设备对功耗和效率尤为重视，决定这些无线M2M设备功耗和效率因素并不是单一的，数据量、无线覆盖范围、通信时间都对最终性能有着重大影响。从无线协议的选择上，功耗已经出现了差异，更低功耗的无线协议无疑是更受欢迎的。
 
除了上面这些因素，根本上影响功耗和效率最直接的还是天线组件的射频性能，想要提高传输效率并控制功耗，优化天线组件是最基本的。提高天线组件效率就需要将天线设计得可在多个频段下运行提供全向的性能，这就需要根据设备的应用场景来确定控制天线的辐射方向，以最大程度地提升输送到接收天线的功率。
 
天线互相耦合也会造成不小的功率损失，无形中提高了设备的功耗。互相耦合即一个天线发射的部分功率被另一个天线接收，导致这部分功率没有被辐射出去。减少相互耦合的办法很多，在天线设计中可以通过增加天线之间的距离、以正交方式部署天线以及使用不同极化的天线来尽可能减少耦合，降低功率的损耗，对降低功耗也能起到作用。
 
不同的天线配置模式也会影响组件的性能，像FPC式、PCB插片式以及SMT都是目前常见的内部天线配置模式，这些配置模式能增强辐射性能，有些则更注重整体尺寸的缩减，各有千秋。根据不同的M2M应用，从天线组件设计开始，充分考虑组件射频性能以及功耗，会有利于实现M2M设备的成功应用。
 
小结
 
在无线通信迅速发展的今天，不论是在传统的IoT领域、工业自动化还是汽车电子领域，更多的M2M应用场景涌现了出来，为M2M选择合适的无线技术路线并从天线组件开始优化性能将大大加快M2M的落地应用。