【盤點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)主要通信技術(shù)】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，分為短距離和長(zhǎng)距離應(yīng)用。

一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過(guò)無(wú)線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短范圍內(nèi)，都可以稱為短距離無(wú)線通信。

以下簡(jiǎn)要介紹下幾種主要的短距通信技術(shù)。

藍(lán)牙

藍(lán)牙技術(shù)基于IEEE802.15.1協(xié)議，基于藍(lán)牙規(guī)范V1.1實(shí)現(xiàn)。最早始于1994，由瑞典愛(ài)立信研發(fā)，后續(xù)成立了藍(lán)牙特別興趣小組（SpecialInterestGroup，SIG），它采用調(diào)頻技術(shù)（Frequency-hoppingSpreadSpectrum），藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段，通信頻段為2.402GHz-2.480GHz，速率可達(dá)1Mbps（藍(lán)牙4.2）。

藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道，三路語(yǔ)音信道，以及一部數(shù)據(jù)與同步語(yǔ)音同時(shí)傳輸?shù)男诺馈?/p>

BLE是標(biāo)準(zhǔn)定義了短距離、低數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú)線通信所需要的一系列通信協(xié)議?；贐LE的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所使用的工作頻段為868MHz、915MHz和2.4GHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps。

ZigBee

ZigBee主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備，是一種便宜的、低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。

它的基本速率是250kb/s，有效覆蓋范圍10~75m之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定。使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz(歐洲)及915MHz(美國(guó))，均為免執(zhí)照頻段。特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織（自配置、自修復(fù)、自管理）、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。

根據(jù)ZigBee聯(lián)盟目前的設(shè)想，ZigBee的目標(biāo)市場(chǎng)主要有PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿)、消費(fèi)類電子設(shè)備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備)等非常廣闊的領(lǐng)域。

RFID

RFID(RadioFrequencyIdentification)，即射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Reader)和天線(Antenna)三個(gè)基本要素組成。其基本工作原理為標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(PassiveTag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(ActiveTag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)。解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

RFID可被廣泛應(yīng)用于安全防偽、工商業(yè)自動(dòng)化、財(cái)產(chǎn)保護(hù)、物流業(yè)、車輛跟蹤、停車場(chǎng)和高速公路的不停車收費(fèi)系統(tǒng)等。

RFID目前存在最大的問(wèn)題是成本相對(duì)較高且沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

IRDA

IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)的技術(shù)。目前在小型移動(dòng)設(shè)備，如：PDA、手機(jī)上廣泛使用。IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是紅外通信成本低廉，并且還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功能低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。

IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)設(shè)備之間的連接。

NFC

NFC最初僅僅是遙控識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無(wú)線連接技術(shù)。它能快速自動(dòng)地建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接”，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通訊。NFC的短距離交互大大簡(jiǎn)化了整個(gè)認(rèn)證識(shí)別過(guò)程，使電子設(shè)備間互相訪問(wèn)更直接、更安全和更清楚。

NFC通過(guò)在單一設(shè)備上組合所有的身份識(shí)別應(yīng)用和服務(wù)，幫助解決記憶多個(gè)密碼的麻煩，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。有了NFC，多個(gè)設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、電腦、手機(jī)等之間的無(wú)線互連，彼此交換數(shù)據(jù)或服務(wù)都將有可能實(shí)現(xiàn)。

此外NFC還可以將其它類型無(wú)線通訊(如Wi-Fi和藍(lán)牙)“加速”，實(shí)現(xiàn)更快和更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)電子設(shè)備都有自己的專用應(yīng)用菜單，而NFC可以創(chuàng)建快速安全的連接，并且無(wú)需在眾多接口的菜單中進(jìn)行選擇。與知名的藍(lán)牙等短距離無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)不同的是，NFC的作用距離進(jìn)一步縮短且不像藍(lán)牙那樣需要有對(duì)應(yīng)的加密設(shè)備。

UWB

UWB主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。除此之外，這種新技術(shù)適用于對(duì)速率要求非常高（大于100Mb/s）的局域網(wǎng)（LAN）或個(gè)域網(wǎng)(PAN)。

UWB最具特色的應(yīng)用將是視頻消費(fèi)娛樂(lè)方面的無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN）UWB有可能在10m范圍內(nèi)，支持高達(dá)110Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)地完成視頻數(shù)據(jù)處理。例如將視頻信號(hào)從機(jī)頂盒無(wú)線傳送到數(shù)字電視等家庭場(chǎng)合。

UWB技術(shù)的弱點(diǎn)主要是占用的帶寬過(guò)大，可能會(huì)干擾其他無(wú)線通信系統(tǒng)。

Z-Wave

Z-Wave工作頻率美國(guó)908.42MHz、歐洲868.42MHz，采用無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此任何節(jié)點(diǎn)都能直接或間接地和通信范圍內(nèi)的其它臨近節(jié)點(diǎn)通信。數(shù)據(jù)速率包括9.6kbps和40kbps，信號(hào)的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過(guò)100m。

Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于短距離、窄帶寬的應(yīng)用場(chǎng)合。Z-Wave專注于家庭自動(dòng)化，在歐美國(guó)家比較流行。

Z-Wave采用了動(dòng)態(tài)路由技術(shù)，每一個(gè)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)都擁有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)地址(HomeID);網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址(NodeID)，由控制節(jié)點(diǎn)(Controller)分配。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多容納232個(gè)節(jié)點(diǎn)(Slave)，包括控制節(jié)點(diǎn)在內(nèi)。

長(zhǎng)距離通信技術(shù)

目前用于長(zhǎng)距離通信的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要有兩種：LoRa和NB-IoT。

LoRa

LoRa（LongRange）是由Semtech發(fā)明的一種長(zhǎng)距離、低功耗、低速率應(yīng)用下使用的無(wú)線調(diào)制技術(shù)，是一種物理層（PHY）協(xié)議，能被用在幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，是長(zhǎng)距離低功耗協(xié)議族的總稱，但目前只有LoRaWAN一個(gè)成員。LoRa主要在全球免費(fèi)低頻段運(yùn)行，包括433、470、868、915MHz等。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、廣覆蓋、低功耗（電池壽命長(zhǎng)）、大接入量的用戶數(shù)及低成本，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界多地進(jìn)行試點(diǎn)或部署。例如我國(guó)著名的京杭大運(yùn)河網(wǎng)絡(luò)，完成284個(gè)基站的建設(shè)，覆蓋1300Km流域。

2015年LoRa聯(lián)盟發(fā)布LoRaWAN技術(shù)規(guī)范，成為L(zhǎng)PWAN（低功耗長(zhǎng)距離廣域網(wǎng)）的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，遵循LoRaWAN規(guī)范的設(shè)備具有良好的互操作性。完全符合LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)關(guān)可以接入5到10公里內(nèi)上萬(wàn)個(gè)無(wú)線傳感器通訊節(jié)點(diǎn)，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢通訊模式，也能大幅度降低節(jié)點(diǎn)通訊功耗。

NB-IoT

NB-IoT（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。NB-IoT支持待機(jī)時(shí)間短、對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接，能提供非常全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋。

NB-IoT具有很大的商業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。從商業(yè)層面上來(lái)講，截至目前，蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋了全球超過(guò)50%的地理面積，90%的人口，是一張覆蓋最為完整的網(wǎng)絡(luò)。從技術(shù)層面上來(lái)講，NB-IoT有4大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：首先是覆蓋廣，相比傳統(tǒng)GSM（globalsystemformobilecommunication），一個(gè)基站可以提供10倍的面積覆蓋;其次是海量連接，200KHz的帶寬可以提供10萬(wàn)個(gè)聯(lián)接;第三是低功耗，使用AA電池便可以工作十年，無(wú)需充電;第四是低成本，模組成本小于5美金。假設(shè)全球有500萬(wàn)左右物理站點(diǎn)，全部部署NB-IoT，每個(gè)站3個(gè)扇區(qū)、每個(gè)扇區(qū)部署200kHz、每小時(shí)每個(gè)傳感器發(fā)送100個(gè)字節(jié)，那么全球站點(diǎn)能夠聯(lián)接的傳感器數(shù)量高達(dá)4500億。

NB-IoT物理層設(shè)計(jì)

NB-IoT在多重存取(MultipleAccess)技術(shù)的選擇上，使用與LTE系統(tǒng)相同之MultipleAccess技術(shù)，亦即在下行使用正交分頻多路存取(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess,OFDMA)，在上行使用單載波分頻多重存取(SingleCarrierFrequencyDivisionMultipleAccess,SC-FDMA)，且子載波間距(SubcarrierSpacing)以及訊框架構(gòu)(FrameStructure)與LTE系統(tǒng)相同。

由于帶寬最多僅有1個(gè)PRB，所以不同物理層通道之間大多為分時(shí)多任務(wù)(TimeDivisionMultiplexed,TDD)，也就是在不同時(shí)間上輪流出現(xiàn)。另外，考慮到NB-IoTUE的低成本與低復(fù)雜度，Release-13NB-IoT僅支持分頻雙工(FrequencyDivisionDuplex,FDD)且為半雙工(HalfDuplex)，亦即上行與下行使用不同的載波，且一NB-IoTUE傳送和接收需在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行。

NB-IoT支持在頻段內(nèi)(In-Band)、保護(hù)頻段(GuardBand)以及獨(dú)立載波(Stand-alone)共三種運(yùn)行模式。In-Band運(yùn)行是利用LTE載波(Carrier)內(nèi)的PRB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，GuardBand運(yùn)行是利用LTE載波內(nèi)的GuardBand來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，Stand-alone運(yùn)行則是使用非LTE頻段的載波來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了提高NB-IoT的市場(chǎng)需求性，三種運(yùn)行模式的設(shè)計(jì)具有一致性，但I(xiàn)n-Band與GuardBand兩種運(yùn)行模式則需特別考慮到對(duì)LTE系統(tǒng)的兼容性。NB-IoT所支持的最大數(shù)據(jù)速率(DataRate)在上行(Uplink)為64Kbit/s，下行(Downlink)為28Kbit/s。