【盤點物聯(lián)網(wǎng)主要通信技術】物聯(lián)網(wǎng)技術中，分為短距離和長距離應用。

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

以下簡要介紹下幾種主要的短距通信技術。

藍牙

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

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

BLE是標準定義了短距離、低數(shù)據(jù)傳輸速率無線通信所需要的一系列通信協(xié)議?；贐LE的無線網(wǎng)絡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主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備，是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡。

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

根據(jù)ZigBee聯(lián)盟目前的設想，ZigBee的目標市場主要有PC外設(鼠標、鍵盤、游戲操控桿)、消費類電子設備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設備)等非常廣闊的領域。

RFID

RFID(RadioFrequencyIdentification)，即射頻識別，俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID由標簽(Tag)、閱讀器(Reader)和天線(Antenna)三個基本要素組成。其基本工作原理為標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(PassiveTag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(ActiveTag，有源標簽或主動標簽)。解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

RFID可被廣泛應用于安全防偽、工商業(yè)自動化、財產(chǎn)保護、物流業(yè)、車輛跟蹤、停車場和高速公路的不停車收費系統(tǒng)等。

RFID目前存在最大的問題是成本相對較高且沒有統(tǒng)一的標準。

IRDA

IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術，是第一個實現(xiàn)無線個人局域網(wǎng)(PAN)的技術。目前在小型移動設備，如：PDA、手機上廣泛使用。IrDA的主要優(yōu)點是紅外通信成本低廉，并且還具有移動通信所需的體積小、功能低、連接方便、簡單易用的特點。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，兩個相互通信的設備之間必須對準，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術只能用于2臺設備之間的連接。

NFC

NFC最初僅僅是遙控識別和網(wǎng)絡技術的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技術。它能快速自動地建立無線網(wǎng)絡，為蜂窩設備、藍牙設備、Wi-Fi設備提供一個“虛擬連接”，使電子設備可以在短距離范圍進行通訊。NFC的短距離交互大大簡化了整個認證識別過程，使電子設備間互相訪問更直接、更安全和更清楚。

NFC通過在單一設備上組合所有的身份識別應用和服務，幫助解決記憶多個密碼的麻煩，同時也保證了數(shù)據(jù)的安全保護。有了NFC，多個設備如數(shù)碼相機、PDA、機頂盒、電腦、手機等之間的無線互連，彼此交換數(shù)據(jù)或服務都將有可能實現(xiàn)。

此外NFC還可以將其它類型無線通訊(如Wi-Fi和藍牙)“加速”，實現(xiàn)更快和更遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。每個電子設備都有自己的專用應用菜單，而NFC可以創(chuàng)建快速安全的連接，并且無需在眾多接口的菜單中進行選擇。與知名的藍牙等短距離無線通訊標準不同的是，NFC的作用距離進一步縮短且不像藍牙那樣需要有對應的加密設備。

UWB

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

UWB最具特色的應用將是視頻消費娛樂方面的無線個人局域網(wǎng)（WPAN）UWB有可能在10m范圍內(nèi)，支持高達110Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、簡單、經(jīng)濟地完成視頻數(shù)據(jù)處理。例如將視頻信號從機頂盒無線傳送到數(shù)字電視等家庭場合。

UWB技術的弱點主要是占用的帶寬過大，可能會干擾其他無線通信系統(tǒng)。

Z-Wave

Z-Wave工作頻率美國908.42MHz、歐洲868.42MHz，采用無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡技術，因此任何節(jié)點都能直接或間接地和通信范圍內(nèi)的其它臨近節(jié)點通信。數(shù)據(jù)速率包括9.6kbps和40kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過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、窄帶寬的應用場合。Z-Wave專注于家庭自動化，在歐美國家比較流行。

Z-Wave采用了動態(tài)路由技術，每一個Z-Wave網(wǎng)絡都擁有自己獨立的網(wǎng)絡地址(HomeID);網(wǎng)絡內(nèi)每個節(jié)點的地址(NodeID)，由控制節(jié)點(Controller)分配。每個網(wǎng)絡最多容納232個節(jié)點(Slave)，包括控制節(jié)點在內(nèi)。

長距離通信技術

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

LoRa

LoRa（LongRange）是由Semtech發(fā)明的一種長距離、低功耗、低速率應用下使用的無線調(diào)制技術，是一種物理層（PHY）協(xié)議，能被用在幾乎所有的網(wǎng)絡技術中，是長距離低功耗協(xié)議族的總稱，但目前只有LoRaWAN一個成員。LoRa主要在全球免費低頻段運行，包括433、470、868、915MHz等。實現(xiàn)遠距離、廣覆蓋、低功耗（電池壽命長）、大接入量的用戶數(shù)及低成本，進而擴展傳感網(wǎng)絡。目前LoRa網(wǎng)絡已經(jīng)在世界多地進行試點或部署。例如我國著名的京杭大運河網(wǎng)絡，完成284個基站的建設，覆蓋1300Km流域。

2015年LoRa聯(lián)盟發(fā)布LoRaWAN技術規(guī)范，成為LPWAN（低功耗長距離廣域網(wǎng)）的重要技術標準之一，遵循LoRaWAN規(guī)范的設備具有良好的互操作性。完全符合LoRaWAN標準的通訊網(wǎng)關可以接入5到10公里內(nèi)上萬個無線傳感器通訊節(jié)點，其效率遠遠高于傳統(tǒng)的點對點輪詢通訊模式，也能大幅度降低節(jié)點通訊功耗。

NB-IoT

NB-IoT（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）構建于蜂窩網(wǎng)絡，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。NB-IoT支持待機時間短、對網(wǎng)絡連接要求較高設備的高效連接，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)和技術優(yōu)勢。從商業(yè)層面上來講，截至目前，蜂窩網(wǎng)絡覆蓋了全球超過50%的地理面積，90%的人口，是一張覆蓋最為完整的網(wǎng)絡。從技術層面上來講，NB-IoT有4大技術優(yōu)勢：首先是覆蓋廣，相比傳統(tǒng)GSM（globalsystemformobilecommunication），一個基站可以提供10倍的面積覆蓋;其次是海量連接，200KHz的帶寬可以提供10萬個聯(lián)接;第三是低功耗，使用AA電池便可以工作十年，無需充電;第四是低成本，模組成本小于5美金。假設全球有500萬左右物理站點，全部部署NB-IoT，每個站3個扇區(qū)、每個扇區(qū)部署200kHz、每小時每個傳感器發(fā)送100個字節(jié)，那么全球站點能夠聯(lián)接的傳感器數(shù)量高達4500億。

NB-IoT物理層設計

NB-IoT在多重存取(MultipleAccess)技術的選擇上，使用與LTE系統(tǒng)相同之MultipleAccess技術，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(FrameStructure)與LTE系統(tǒng)相同。

由于帶寬最多僅有1個PRB，所以不同物理層通道之間大多為分時多任務(TimeDivisionMultiplexed,TDD)，也就是在不同時間上輪流出現(xiàn)。另外，考慮到NB-IoTUE的低成本與低復雜度，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間點進行。

NB-IoT支持在頻段內(nèi)(In-Band)、保護頻段(GuardBand)以及獨立載波(Stand-alone)共三種運行模式。In-Band運行是利用LTE載波(Carrier)內(nèi)的PRB進行數(shù)據(jù)傳輸，GuardBand運行是利用LTE載波內(nèi)的GuardBand來進行數(shù)據(jù)傳輸，Stand-alone運行則是使用非LTE頻段的載波來進行數(shù)據(jù)傳輸。為了提高NB-IoT的市場需求性，三種運行模式的設計具有一致性，但In-Band與GuardBand兩種運行模式則需特別考慮到對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。