大多数建筑，主要是住宅，都没有使用电线连接其现有的系统，例如暖通空调、电梯、安全摄像头和其他设备。使用 LoRaWAN 或 NB-IoT 等技术的无线物联网设备可以帮助连接新设备和传感器，并改造现有设备。
将新传感器和控制系统连接到现有资产是一项挑战。在大多数情况下，每台电器、电梯、暖通空调和安全系统都有自己的连接（如有）。
在过去三十年里，许多建筑物业主一直在为他们的装置布线，以便能够从一个控制室或几个控制面板远程管理这些系统。虽然这种方法可以获得不同建筑系统当前状况的实时信息，但是在收集关于运行状态、部件磨损、环境条件等宝贵数据方面仍存在不足。
为利用分析和自动化，基础设施必须配备传感器和其他智能设备，并与综合控制系统连接。
设计新建筑时，必须决定需要什么样的连接。虽然大多数新设施都已做好有线连接的准备，但最好考虑使用蜂窝和其他无线网络来支持不同类型的设备，尤其是电池供电的传感器。
此外，无线连接可能是连接旧建筑中不同类型系统的最佳解决方案，因为为基础设施布线可能会很麻烦，成本很高，而且无法覆盖建筑的所有区域。
专为物联网设计的新蜂窝技术
随着物联网设备数量的快速增长，以及连接数十亿设备的电力需求，使得我们有必要考虑低功耗通信技术。
在长期演进（LTE，通常称为 4G）到来之前，大多数无线连接设备都使用 Wi-Fi 或 2G 蜂窝网络来发送和接收数据。即使在今天，一些设备，主要是安全摄像头和监控系统，仍然使用在全球大多数地区广泛可用的 2G。
十年前，4G 开启了一场变革。新的蜂窝标准是第一个利用传统语音和文本进行数据通信的标准。此外，不同版本的 4G 支持载波聚合和低功耗通信等附加功能。
新物联网设备的爆炸式增长，尤其是工业和建筑应用中的传感器，需要新的蜂窝功能，如低功耗、广域连接以及新设备的轻松安装。
第一部分是低功耗连接，在 2016 年随着两个新 4G 标准到来，运营商可以在现有网络中安装这两个标准：LTE 机器类型通信 (LTE-M) 和窄带物联网 (NB-IoT)。两者都是在 2016 年 6 月成为标准的 3GPP 版本 13 中进行了定义的。
LTE-M 和 NB-IoT 的工作方式是在 4G 网络上使用少量突发数据。LTE-M 相比 NB-IoT 的优势在于其相对更高的数据传输率、移动性和网络语音。尽管如此，但对于设备制造商来说，LTE-M 需要更多的带宽，成本也更高。NB-IoT 提供更低的功耗和更便宜的调制解调器，但不支持语音或短信。
运营商更喜欢 LTE-M，因为只需要在他们的网络上进行软件更新。然而，不需要短信或语音的设备制造商更喜欢 NB-IoT，因为它的功耗更低，调制解调器更便宜。
LTE-M 在北美盛行，但运营商现在也提供 NB-IoT 连接。
第二个挑战，即新设备的轻松加入，是通过使用嵌入式用户身份模块 (eSIM) 来实现的。在 GSMA eSIM 规范出台之前，每台连接到蜂窝网络的设备都需要一个插孔和一个插槽来安装塑料 SIM 模块，也就是所有智能手机上都有的那种。
小如针头的 eSIM 以及嵌入在其他芯片中的集成 SIMs (iSIM)，使设备制造商可以设计小型设备，并且运营商可以在安装后通过无线传输 (OTA) 向这些设备提供蜂窝运营商证书。不需要人工干预。
智能设备使用蜂窝连接的主要优势是蜂窝网络的可用性和更好的安全性。如今，全球成千上万的蜂窝网络使用相同的标准运行，通信是使用基于硬件的安全性，即 SIM 模块进行加密的。然而，与其他 LPWAN 相比，其主要缺点是功耗和成本较高，包括设备和支付给蜂窝提供商的使用费。
非蜂窝 LPWAN 降低成本和功耗
建筑物中最常见的无线连接可能是 Wi-Fi。这种无线标准无处不在，使其成为连接许多配备 Wi-Fi 调制解调器的设备的理想选择。恒温器、安全摄像头、空调和许多其他智能设备可以轻松连接到 Wi-Fi 接入点。
然而，通过 Wi-Fi 连接一切也会带来一些挑战和不便。Wi-Fi 范围受到严重限制，信号被墙壁、地板和其他物体阻挡。为确保网络和设备之间的良好通信，有必要在建筑物中安装许多接入点。
其次，Wi-Fi 非常耗电。不仅路由器、交换机和接入点需要插电，连接到网络的数百台设备也需要插电。虽然这对于大型设备来说不算问题，但对于小型传感器和其他电池供电装置来说却是个问题。
在过去的几年里，市场上出现了新的低功耗广域网 (LPWAN) 标准。这些标准是专门为连接低功率设备而设计的，这些设备大多靠电池运行，使用 sub-GHz 免授权频谱与网关相连。最受欢迎和安装的可能是 LoRa。其他例子包括 Zigbee 和 Sigfox。
LoRaWAN 等 LPWAN 可以解决使用 Wi-Fi 带来的两个主要问题。通过使用 sub-GHz 免授权频谱，范围显著扩大。在许多情况下，一个 LoRa 网关可以为整栋建筑提供服务。此外，低功耗和有限的带宽（LoRaWAN 带宽范围为 0.3 kbps 至 50 kbps）允许使用只需有限连接的电池供电设备，这意味着一个小型传感器可以在无需维护的情况下工作数年之久。
此外，全球 LoRaWAN 网络使得安装现场网关毫无必要。与蜂窝连接一样，LoRaWAN 可以凭借更低的功耗连接成千上万的物联网设备，而成本只有一点点。
LoRaWan 的安全性使用标准化的 AES-128 加密算法。密钥可以在调试期间预安装在生产线上，也可以在现场无线激活 (OTAA)。OTAA 允许在必要时重新设置设备密钥。
没有万能的网络
毋庸置疑，智能建筑的不同系统、组件和设备需要不同类型的连接。
监测环境条件和设备及其他系统健康状况的传感器只需要发送和接收少量的突发数据。它们最好由 LoRa 等 LPWAN 提供服务，从而降低功耗和成本。
摄像头、运动检测器等安全系统和其他实时应用需要更高的带宽和稳定的连接，而蜂窝和有线连接可以满足这些要求。
其他设备，如恒温器和智能窗户，可以有效地通过 Wi-Fi 接入点运行或通过有线进行连接。
互操作性是关键
建筑设计师和开发商面临的最大挑战是让所有不同的设备协同工作。迄今为止，大多数建筑物解决方案都是独立的孤岛，部分解决方案只能解决基础设施的一部分。
这就是为什么现在市场上出现了新的平台，允许不同的系统和网络协同工作。一个是 Building X by Siemens，不限于使用 Siemens 的硬件。供应商和其他建筑管理公司可以将其现有系统集成到该平台中，从而减少初始投资和额外成本。通过这种方式，他们可以使用单一管理平台或数字孪生，高效地管理他们的建筑。
Microsoft 也通过 IoT Central 和 Azure Digital Twins 进入这个不断增长的市场。Microsoft Azure IoT 公司副总裁 Sam George 表示：“我们正在与其他行业领导者联手，加速数字孪生在垂直市场中的应用。“我们致力于构建一个开放的社区，以促进最佳实践和互操作性，帮助建立成熟、随时可用的设计模式，以及特定业务和跨领域核心概念的标准模型。”
