2020年11月03日 | 物联网正在把交通工具变成通信枢纽，但是有些注意事项

本文作者：Ted HEBRON，LAIRD CONNECTIVITY高级产品经理

物联网如今有了一个新的领域，它代表着物联网部署的一个新类别：卡车、火车、公共汽车、飞机、轮船和其他类型的车队，共同创造了世界各地的交通网络。

迄今为止，在我们的行业中，大多数物联网使用案例都是在固定地点实施的：工业工厂、智能建筑、智能城市网络、农业传感器网络以及几乎所有商业行业案例。但物联网不仅仅是静止的，它可以移动。事实上，它需要高度的移动性，以支持物联网的各种用例，其中涉及到作为移动通信枢纽的车辆。

车辆物联网具有一系列独特的设计挑战，工程团队必须应对这些挑战，才能在此类物联网项目中取得成功。本文旨在为从事这些物联网项目的工程师们提供一个启发，他们需要在车辆无线实现的复杂射频技术，但是却缺乏在这些环境下成功部署物联网的专业知识。

在我们讨论这些最佳实践和注意事项之前，让我们先来看看车辆物联网的一些例子。无线技术在汽车上并不新鲜。许多车辆使用蓝牙连接，例如，在座舱中，用于立体声控制和语音命令等功能。此外，Wi-Fi连接在从飞机到巴士的交通工具中已经变得很普遍。但是车载物联网将事情提升到了另一个层面，即并行运行的无线技术数量以及依赖于这种连接的设备和应用的数量。当车辆作为无线通信枢纽时，这些环境的复杂性最好描述为车辆物联网。

像警用巡洋舰这样的公共安全车辆就是这种转变的一个很好的例子。警用巡洋舰拥有无线技术已有数十年，在旧电视剧和电影中巡洋舰顶部的许多天线就是一个证明。然而，如今警用巡洋舰正在升级下一代设备和应用，这些设备和应用需要在每辆巡洋舰上安装更复杂的无线网络。实际上，如今每辆车都成为了自己的无线通信生态系统，FirstNet、Wi-Fi、蓝牙、GNSS、UHF、4G/5G等技术都位于同一辆车上。这些无线技术支持越来越多的设备和应用，包括人体摄像头、语音通信、高清视频访问、面部检测、笔记本电脑连接、跟踪设备等。所有这些都发生在一个工程师可以工作的最复杂的射频环境中：一个由超过一吨金属部件组成的车辆上，并且通常移动迅速。

像警用巡洋舰这样的交通枢纽所需要的不仅仅是连通性。他们需要一个车载物联网策略。所有其他类型的交通工具都是如此，它们被要求更多地使用无线技术、设备和应用程序。卡车车队、货运列车和货运飞机等交通工具正在配备越来越多的无线连接设备和无线应用，这些设备和应用需要一个复杂的车载物联网系统。物联网的实现包括诊断系统、环境传感器、物理安全设备、温度控制传感器、产品跟踪功能、增强通信系统、工人安全设备、移动计算设备等。所有这些都需要一个多技术的无线环境，包括Wi-Fi、蓝牙、蜂窝、GPS和LoRa。同样的道理也适用于运载乘客的交通工具，如火车、校车、班车等。越来越多的车辆不仅为乘客提供公共Wi-Fi，而且无线系统还支持售票系统、位置跟踪设备、使用/容量报告系统、数字标牌、调度通信、安全/安保系统、增强型驾驶员支持系统等。

每一个车载物联网部署都面临着许多挑战，这些挑战涉及到车辆的射频环境、集中在一个小空间的无线技术，以及必须在每个无线生态系统中发挥良好作用的设备。本文的剩余部分提供了一个清单，列出了在车载物联网设备和实现上工作的工程团队为了使他们的项目成功而应该牢记的事情。

为金属屏蔽的影响做好准备

车辆的射频动力学与工程团队从事的其他物联网项目不同，金属屏蔽是一个主要原因。对于车顶为金属表面的安装，天线的位置会对整体性能产生重大影响。对于车内天线的安装，金属物体会成为屏蔽及反射罩，多径源会对系统性能产生负面影响。无论安装位置如何，金属都是影响系统性能的重要因素。

另一个需要注意的问题是来自附加无线系统/服务的其他近距离无线信号的集中，这与车顶和车内安装都相关，这些都会造成信号干扰。这些复杂的射频动态特性，对天线的选择是一大挑战。射频建模和测试成为系统性能的一个重要步骤，天线的选择、放置和实现至关重要。

射频建模很重要…但还不够

车辆射频建模是理解复杂射频学的重要步骤。它将根据天线和设备在车辆中的相对位置，为工程团队提供重要指导，这对于使用众多无线技术和设备的物联网部署非常有价值。但光靠射频建模是不够的。应进行射频测试，以确保实现预期性能。测试将揭示建模软件未预料到的射频冲突，并将引导您正确选择天线和安装位置，从而优化车辆所有无线系统性能。

尽量减少钻孔

许多物联网项目都涉及到钻孔，包括农业、工业环境和智能城市中涉及的传感器和设备网络。但是，由于车辆在行驶过程中进水的风险很高，车辆项目也增加了复杂性。在车辆上钻的每个孔都是潜在的漏水源，不仅威胁物联网的实施，而且威胁到整车的电子系统。集成的多技术天线对于车载物联网来说非常重要，不仅因为它们可以最大限度地减少车辆外部的钻孔数量。同时，在确保不降低信号模式和性能的情况下，很难在一辆车上共用多个独立的天线。集成天线的设计可以使多种无线技术在没有退化和干扰的情况下进行配置。与部署多个天线相比，选择集成天线通常可以降低射频设计的复杂性，同时还可以简化最终设计的测试和认证过程（当集成天线经过预认证时）。

选择低剖面天线

还应该注意到天线很容易损坏，而且当车辆行驶时，它们周围的间隙通常很小。例如，在城市环境中，货车在许多立交桥下的净空通常很小。火车在经过部分线路时，周围的净空通常是有限的。而且，杂草丛生的植被对每种车辆上的高天线都是一种威胁。选择一个低剖面天线将是车辆物联网项目的一个重要考虑，以防止这种损害。

注意电缆长度的影响

其他物联网实现与车载物联网的最大区别之一是车辆系统中的电缆长度较长。随着电缆长度的增加，衰减挑战的可能性也会增加，而车载设备中的电缆长度通常比其他设置中长得多。在这些项目中工作的工程师应仔细选择组件、电缆和天线，通过选择高质量、低损耗的解决方案，以满足物联网系统的射频性能要求。

关于作者

Ted Hebron是Laird Connectivity的高级产品经理，该公司提供全套天线解决方案和无线模块，简化了无线技术的使用过程。在担任这一职务期间，Hebron领导Laird的车载天线和其他连接产品的开发。Hebron在射频设计和天线工程方面拥有36年的经验，使用了一系列无线技术，包括蜂窝、雷达、无线电、电视和低可观测连接。曾在全球六个Laird运营中心管理工程团队，他在Laird之前的工作包括在波音和哈里斯广播公司任职，在堪萨斯大学获得了学士学位。