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物联网无线传输技术的发展趋势是以低功耗广域网络为主

2019-11-15 14:53:00

随着万物互联时代的到来，物与物之间的连接方式也在不断发展和更新。如果说，传感器是物联网的触觉，那么，无线传输就是物联网的神经系统，将遍布物联网的传感器连接起来。在物联网出现以前，网络的接入需求主要体现在PC、移动终端对互联网的接入需求。如今，随着物联网技术的发展，无线接入不仅仅体现在PC、移动终端对网络的连接需求，还有工业生产环境下物与物之间的连接需求。

近距离无线传输技术包括WIFI、蓝牙、UWB、MTC、ZigBee、NFC，信号覆盖范围则一般在几十厘米到几百米之间。近距离无线传输技术主要应用在局域网，比如家庭网络、工厂车间联网、企业办公联网。

WiFi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

WiFi技术并不是为了取代蓝牙或者其他短距离无线电技术而设计的，两者的应用领域完全不同，虽然在某些领域上会有重叠。WiFi设备一般都是设计为覆盖数百米范围的，若是加强天线或者增设热点的话，覆盖面积将会更大，甚至是整幢办公大楼都不成问题。

WiFi无线技术主要为移动设备接入LAN（局域网）、WAN（广域网），以及互联网而设计。

基本上来说，在WiFi标准中，移动设备扮演的是客户端角色，而服务端是网络中心设备；与NFC、蓝牙技术的两移动设备互联互通在点对点（peertopeer）结构上有着巨大的区别。

支持拓扑结构：星型结构

使用距离：近、中距离（数百米）

应用场景：移动设备等

蓝牙Bluetooth

蓝牙是一种通用的短距离无线电技术，蓝牙5.0蓝牙理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有10米。

其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息。目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。

支持拓扑结构：点对点结构

使用距离：近距离（《 100 m）

应用场景：移动设备、智慧穿戴设备等

UWB

超宽带UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，其传输距离通常在10M以内，使用1GHz以上带宽，通信速度可以达到几百兆bit/s以上，UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工作频宽为500MHz。

其主要特点是：传输速率高;发射功率低，功耗小;保密性强;UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落;UWB所需要的射频和微波器件很少，可以减小系统的复杂性。由于系UWB统占用的带宽很高，UWB系统可能会干扰现有其他无线通信系统。UWB主要应用在高分辨率“较小范围”能够穿透墙壁“地面等障碍物的雷达和图像系统中。

这种装置可以用来检查楼房、桥梁、道路等工程的混凝土和沥青结构中的缺陷，以及定位地下电缆及其它管线的故障位置，也可用于疾病诊断。另外，在救援、治安防范、消防及医疗、医学图像处理等领域都大有用途。

ZigBee

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用 IEEE 802.15.4 标准规范的媒体访问层与物理层。

主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

支持拓扑结构：星型、树形、网状形结构

使用距离：近、中距离（10m - 数km）

应用场景：移动设备等

NFC

NFC实质是脱胎于无线设备间的一种“非接触式射频识别”（RFID）及互联技术，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。

支持拓扑结构：点对点结构

使用距离：近距离

应用场景：扫码、刷卡等

远距离无线传输技术包括GPRS、NB-IoT、Sigfox、LoRa，信号覆盖范围一般在几公里到几十公里。远距离无线传输技术主要应用在远程数据的传输，如智能电表、智能物流、远程设备数据采集等。

GPRS

主要针对工业级应用，是一款内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，采用GSM/GPRS网络为传输媒介，是一款基于移动GSM短消息平台和GPRS数据业务的工业级通讯终端。它利用GSM 移动通信网络的短信息和GPRS业务为用户搭建了一个超远距离的数据传输平台。

相比于短消息服务来说，GPRS是实时在线状态，而且不需要停止目前工作状态便可以同时处理多个或者接收多个检测点的数据。非常适合系统同时采集多个目标点的数据；GPRS不但工作距离远，同时可以进行系统双向操作，非常适合一些远程设备操作和远程设备升级等应用项目。因为GPRS网络已覆盖绝大部分地区，基本不存在盲区，所以不需要单独建立通信网络，只需要安装好设备插入SIM卡，便可以进行网络通信。

主要应用于气象、水文水利、地质等行业。 GPRS实时数据传输银行、证券、保险行业税务、公安、交警、交通稽查、交通监控工业控制、遥感、遥测、移动办公。

NB-IoT

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。

NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT的特点是低频段、低功耗、低成本、高覆盖、高网络容量，也被称作“窄带物联网”。

一个基站就可以比传统的2G、蓝牙、WiFi多提供50-100倍的接入终端，并且只需一节电池设备就可以工作十年。

支持拓扑结构：星型结构

使用距离：远距离（10km以上）

应用场景：智慧城市、共享单车等

LoRa

LoRa的名字就是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

支持拓扑结构：星型结构

使用距离：远距离（典型2km - 5km，最高可达15 km）

应用场景：物流跟踪等

在很多场景下，我们需要考虑多重因素，比如客户数据量、数据传输距离、成本等因素。因此，根据场景进行选择，才是最明智的决定。

在物联网领域，大多数传感器都是嵌入在芯片中，网络传输模块的能耗低，且功率小，主要以近距离无线连接为主。特别在工厂内部，无数的生产设备、物料和智能终端都需要利用Wifi、蓝牙、Zigbee这些近距离无线技术实现互联。但在有些业务中，近距离无线传输无法满足需求。比如，企业需要对客户产品的使用状态进行监控并实时的传回数据。在重工企业，对远程设备使用状态的监控十分重要。因此，需要利用远距离无线传输技术实现数据的回传。这个时候企业可以选择3G、4G这样的蜂窝通信技术，也可以选择LoRa、Sigfox、NB-IoT这样的低功耗广域网传输技术。

不同层次物联网应用的无线传输需求

第一，高功耗、高速率的广域网传输技术，如2G、3G、4G蜂窝通信技术，这类传输技术适合于GPS导航与定位、视频监控等实时性要求较高的大流量传输应用。

第二，低功耗、低速率的广域网传输技术，如Lora、Sigfox、NB-IoT等，这类传输技术适合于远程设备运行状态的数据传输、工业智能设备及终端的数据传输等。

第三、高功耗、高速率的近距离传输技术，如WIFI、蓝牙，这类传输技术适合于智能家居、可穿戴设备以及M2M之间的连接及数据传输。

第四，低功耗、低速率的近距离传输技术，如ZigBee。这类传输技术适合局域网设备的灵活组网应用，如热点共享等。

目前，物联网无线传输技术的发展趋势是以低功耗广域网络为主。可以预计，在未来的几年时间，以Lora、Sigfox、NB-IoT为代表的低功耗广域网络传输技术将逐渐成为物联网传输层连接技术的主流。

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