物聯(lián)網工程師是專家的專家。他們知道計算機科學、硬件設計，以及如何將功能集與特定用例相結合。他們了解微控制器、固件和網絡。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值。但即使有這樣的專業(yè)知識，您也不必從頭開始構建物聯(lián)網產品的每個元素。

例如，以蜂窩模塊為例，即在蜂窩物聯(lián)網設備上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的芯片組和軟件。隨著物聯(lián)網專用蜂窩技術(如Cat 1、NB-IoT和LTE-M)的興起，通過移動網絡連接產品從未如此流行。事實上，預計2022年至2026年，蜂窩物聯(lián)網市場將增長近一倍，預計到后一年，全球價值將達到610億美元。

但蜂窩連接有很多變量，創(chuàng)建這些物聯(lián)網連接的模塊很復雜。有了合適的團隊，你當然可以建立自己的團隊。問題是，除非你大規(guī)模部署，在現(xiàn)場部署了數(shù)百萬臺設備，否則你很少會看到投資的回報。

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，其特點是嵌入式SIM卡具有預配置的網絡訪問、電源管理固件，甚至可以通過移動虛擬網絡運營商(MVNO)實現(xiàn)預付費連接。如果您正在將物聯(lián)網功能添加到現(xiàn)有產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)務舉措通常是與物聯(lián)網模塊提供商合作，而不是嘗試自己構建。

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

蜂窩模塊設計的四個要素

構建蜂窩模塊不是一項簡單的任務;這是一個廣泛的設計項目，涵蓋了計算機科學的多個組成部分和領域，每個領域都需要自己的深入專業(yè)知識。從本質上講，設計蜂窩模塊需要對以下四個要素進行大量工作：

1、硬件設計

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

您需要選擇天線(用于單天線蜂窩技術，如Cat 1 bis)或天線(用于雙天線應用)。你需要一個與調制解調器無縫對接的MCU，處理將設備連接到用戶應用程序的處理。在全球供應鏈中斷之際，無法保證所有這三種技術都能獲得或負擔得起。

但選擇合適的設備只是開始：

• 要使調制解調器正常工作，必須長時間與制造商的現(xiàn)場應用工程師密切合作。
• 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的集成。

即使您優(yōu)化了硬件，還有一個重要步驟：法規(guī)遵從性。您的硬件必須經過PTCRB認證，以確保在全球網絡上的互操作性。此外，根據(jù)您部署設備的位置，您還需要獲得美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)、歐盟(CE標志)和/或其他地區(qū)當局的認證。這些認證并不便宜，而且需要大量的工作才能獲得。

2、固件開發(fā)

即使是經驗豐富的固件開發(fā)人員，在使用蜂窩模塊時也可能需要學習很多東西，這是一個充滿深度專業(yè)知識的領域。為了說明復雜性，這里是一個不完整的任務列表，供在定制物聯(lián)網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制解調器和芯片組
• 編寫一個新的調制解調器驅動程序，能夠包裝所有調制解調器功能的AT命令
• 調試驅動程序中的所有AT命令
• 為MCU設計全天候更新
• 為設備上的物理內存選擇加密技術(VPN、安全元素、TLS等)
• 決定如何將郵件打包到設備和從設備打包郵件
• 選擇數(shù)據(jù)的結構化格式(協(xié)議緩沖區(qū)、JSON等)

當然，一旦編寫了固件，您就必須對其進行維護。當您構建自定義蜂窩模塊時，您可以在系統(tǒng)的整個生命周期內自行完成。

3、云開發(fā)

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

• 設備服務的全面開發(fā)，能夠遠程安裝和更新固件
• 定義云架構，為所有微服務選擇理想的技術
• 將所有設備完全集成到云服務中(請注意，主要的云供應商只提供端點和證書，其余由您決定)
• 創(chuàng)建流暢的設備入職流程
• 定義所有潛在的故障狀態(tài)，并針對每個故障狀態(tài)中的正常故障和恢復實施修復
• 傳輸之間數(shù)據(jù)的臨時存儲

對于開發(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用程序和設備功能，這些是客戶實際體驗的解決方案的一部分。

4、MVNO運營商集成

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

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

蜂窩模塊競爭

在模塊設計過程的每一個階段，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)模經濟。這意味著與大型競爭對手相比，您將為SIM卡和數(shù)據(jù)支付更多的費用。

這是與集成模塊供應商合作而不是構建自己的物聯(lián)網芯片的另一個商業(yè)理由。這些供應商利用規(guī)模經濟降低連接價格。更好的是，它們?yōu)槟?jié)省了構建自己的蜂窩模塊的成本和難度，請放心，本文只觸及了復雜性的表面。