随着智能空间的日益普及，确保这些设施拥有所有必要的基础设施将变得至关重要，而试图采用单一网络解决方案可能会失败。智能空间面临哪些挑战？LAN 和 WLAN 将如何共同支持未来的网络？LAN 选项有哪些解决方案？
智能空间将面临的问题
毫无疑问，物联网设备正在崛起，用不了多久，全球就会有 200 亿台物联网设备，但尽管单个传感器有其优势，但众多传感器协同工作的集合体将带来重大变化。例如，单个物联网恒温器可以控制单个房间的温度，但整个建筑中的环境传感器集合可用于了解房间之间的空气流动情况、空气质量以及如何最好地为空间制热。
但是，要创建这样的系统，需要一个强大的底层基础设施，能够同时提供电力和连接。工程师有许多选择，但这些选择始终来自两类中的其中一类：有线和无线。这些技术中的每一项都有自己的优缺点，然而根深蒂固的看法是，工程师必须选择一种技术，而且只能选择一种技术。如果选择错误，未来的升级可能会非常昂贵，甚至完全无法实施，这就是为什么不能轻易做出此类决定的原因。
电缆面临的挑战
一个多世纪以来，由于电缆的结构和操作相对简单，一直是主要的通信手段。由于电缆易于制造，使用电缆进行短距离通信非常划算。虽然远距离安装电缆会带来巨大的劳动力成本，但与无线替代方案相比，跨越数千公里发送信息所需的基础设施更容易实施，成本也更低。
然而，电缆会受到许多物理现象的影响，这使得高速数据传输非常困难。例如，高速数据信号几乎总是依赖差分双绞线来消除共模噪声，如果这些差分对没有仔细匹配，信号完整性可能会受到影响。更糟糕的是，旧电缆装置往往无法处理现代数据速率，这意味着系统的任何升级都可能需要更换所有数据电缆。例如，旧以太网电缆可能支持高达 100Mbps 的速度，但这些电缆都不能用于更现代的 1Gbps 连接。
电缆面临的另一个挑战是，安装起来很费力，如果需要埋设电缆，通常需要挖掘设备，如果悬挂空中，则需要竖立电杆。即使是数据中心也需要大型电缆组件和布线系统，安装和维修都极具挑战性。
根据技术的不同，利用电信号的电缆只能每根电缆支持一个设备，这意味着试图连接多个设备可能需要额外的电缆。当然，有些总线协议允许多个设备连接到一条线上，但这种安排会大大降低电缆的带宽。
最后，许多老式 LAN 非常容易受到攻击。根据所使用的基础设施，许多 LAN 网络技术在默认情况下不实施凭据，这意味着任何能够连接到网络的设备都有使用权限。因此，这是黑客寻找未被主动使用的暴露 LAN 端口的主要原因之一。
无线技术如何受到影响
与电缆相比，无线解决方案确实可以缓解许多挑战，包括使用不同频率进行信道分离的能力（从而减少干扰设备的数量），以及可用于创建不会与同一频率的其他波束相干扰的定向天线（从而增加带宽）。
因此，如果电缆面临如此多的挑战，那么工程师的合理选择就是无线，对吗？好吧，就像电缆有问题一样，无线网络也可能有问题；这一点在 5G 的推出中尤其明显，因为有大量关于干扰的报告，以及当居民发现蜂窝基站建在他们家外面时收到的负面新闻。
首先，无线系统使用的射频将决定其有效范围，从而使频率与范围成反比。因此，低频无线电系统可以在几十公里范围内进行通信，而高频无线电系统可以在较短距离内进行通信。但同时，无线电波的带宽（或每秒能提供多少数据）与其频率成正比。这意味着长距离通信通常提供很少的带宽，而短距离通信则提供极好的带宽。
为理解这有什么问题，一个很好的例子是 5G。与 4G 相比，使用更高的频率可以获得更大的带宽，但频率的增加意味着 5G 的覆盖范围非常差；这导致需要在用户附近（即在住宅区外）设置更多的蜂窝基站。
无线网络可能面临的另一个挑战是，很容易受到远程攻击。虽然以太网电缆需要物理接入，但无线网络很容易受到远程攻击。更糟糕的是，无线电数据包嗅探器的使用可以让攻击者监控无线网络中的流量，如果被破解，攻击者可以识别设备以及正在发送的数据。
同时，如果有太多设备同时连接，无线网络可能会变得拥塞。与 Wi-Fi 相比，蜂窝网络不太容易出现拥塞，因为它们旨在处理数以千计的同时连接，但使用公共可用频率的家庭网络经常会出现拥塞。此外，将成千上万的设备连接到一个接入点，很快就会导致延迟增加，这对需要实时性能的系统来说是有害的。
为什么电缆对智能空间的未来至关重要？
在研究智能空间和连接性这一主题时，大多数人认为 5G 和 Wi-Fi 等无线技术将占据主导地位，这种想法是可以理解的。它们的无线性质不仅有助于减少电缆安装，还为设备安装提供了更大的自由度。完全无线的解决方案不受以太网电缆长度的限制，可以将设备准确安装在需要的位置。然而，更有可能的是，未来的智能空间将结合电缆和无线解决方案的优势，而不是采用“一刀切”的方法。
首先，未来的智能空间将由成千上万台设备组成，这对于任何一个无线网络来说，这些设备都太多了。当然，蜂窝技术是为大负载设计的，但随着延迟和带宽变得越来越重要，试图让所有设备都使用无线信号变得昂贵且难以实现。
除了设备数量庞大之外，许多设备对电能的需求对于能量采集器来说也太大了。例如，安全系统将需要 100% 的正常运行时间，而这些将不适合使用能量采集器。 考虑到这些空间将由数以千计的设备组成，由电池供电也是不可能的，而且这些设备的维护将极具挑战性。虽然有可能使用在设备的整个生命周期内运行的电池，但这可能很快导致大量不必要的电子垃圾。
因此，我们需要一个永久电源，而通过 LAN 建立专用连接不仅可以提供足够的带宽，还可以通过以太网供电 (PoE) 使用单根电缆供电。事实上，使用 PoE 电缆可以简化安装，将设备所需的电缆数量减少到一条，在给定区域捆绑更多电缆，从而为更多设备提供服务。
使用能量采集器的设备可能需要靠近接入点，以降低传输的能源成本。在这种情况下，接入点很可能依赖 PoE 供电和连接，这进一步证明了智能空间对电缆的需求。
在智能空间的安全性方面，电缆也将优先于无线网络，特别是对于摄像机、麦克风和报警器等安全相关设备。使用电缆可以防止远程攻击，对连接设备使用凭据和证书可以拒绝黑客对添加到网络中的不明设备的访问。事实上，未来版本的 PoE 可以检测设备断开连接的时间，并且可以对每个 PoE 设备的电源进行监控，以检测可疑活动，这对于无线设备来说是很难做到的。
最后，有线设备不受干扰，这使得数以千计的设备可以相互靠近安放。电缆的使用还可以抵抗无线干扰，这意味着智能空间可以做到极强的抗攻击能力。
LAN 环境中有哪些解决方案？
对工程师来说，幸运的是，现在有许多 LAN 和 WLAN 解决方案可以实施，以创建提供高带宽的智能空间，同时抵御安全威胁。Lantronix 是一家凭借物联网设备网络解决方案而闻名的公司，该公司提供大量解决方案，包括系统级模块 (SoM)、网络交换机和网关。
例如，XPCW1002100B 是一种串口转 Wi-Fi 模块，也是一种极其紧凑的低功耗网络解决方案，几乎可以在任何具有 SPI 或串行接口的解决方案上实现 IEEE 802.11 无线 LAN 连接。通过降低无线设计的复杂性，XPCW1002100B 允许工程师快速测试和制造物联网设备，并通过网络进行通信，就像物理连接的串行端口一样。对于寻找以太网解决方案的人来说，XPC100100B-01 与 XPCW1002100B 非常相似，可提供串口转网络连接，但它不是通过 WLAN 连接，而是通过 LAN 连接。
关于网络连接，Lantronix 还提供大量网关和交换机解决方案，其中一个例子就是 SGX5150020US。该设备提供 5GHz Wi-Fi 网络，通过 LAN 连接互联网，这种接入点可以帮助隔离网络，同时提供无线功能。
总体而言，未来的物联网智能空间很可能融合有线和无线解决方案，以充分利用这两种技术的优势。
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