12种无线技术 谁能称雄

　　如今，越来越多的物体被连接到互联网，并最终实现主控端/云端的连接，这些连接可采用多种通信链路予以实现。然而设备本身一般通过无线方式连接到物联网系统，这种无线连接是系统中极为重要或最为薄弱的链路，因此，选择一种能够匹配设备及其周边环境的无线技术很重要。

　　■2G/3G蜂窝

　　一般被称为机到机(M2M)的许多使用案例都类似于物联网。多家供应商提供蜂窝电话模块用于嵌入到其他产品，而大多数主要的蜂窝运营商都在标准许可频谱上提供M2M连接服务。虽然像GSM/GPRS/EDGE等2G技术很流行，但一些运营商已计划逐步淘汰2G业务。

　　然而，大多数网络仍然支持诸如WCDMA和CDMA2000等3G技术，其数据速率高达每秒几兆比特。范围是指到蜂窝站的距离，可以长达几公里。蜂窝连接显然是一种选择，但它比其它方案更昂贵。

　　■802.15.4

　　802.15.4以短距离、低中数据速率和低功耗用例为目标，其主要工作频谱是2.4GHz。工业、科学和医疗(ISM)免许可频段，有时候也用到902MHz至928MHz和868MHz频段。802.15.4标准为PHY和MAC网络层提供基于数据包的协议，其他标准都以此为基础增加更多层，从而提供增强的网络功能和性能。

　　■6LoWPAN地址节点

　　国际互联网工程任务组(IETF)的6LoWPAN是基于低功耗无线个人区域网的互联网协议第6版(IPv6)的简称。该标准最初目标是802.15.4，后来也被Bluetooth Smart和低功耗HaLow Wi-Fi所采用。6LoWPAN定义了使用封装和头部压缩技术将IPv6数据包适配进其它协议帧的方式。

　　■蓝牙

　　或许目前使用最广泛的短距离无线技术是工作在2.4GHz ISM频段的蓝牙(BT)。几种不同的版本提供多种不同的数据速率、功率电平和范围，其基本工作原理是采用不同调制方法的跳频扩展频谱(FHSS)技术。

　　最新版本的蓝牙是Bluetooth Smart或版本4.1，也称为低功耗蓝牙(BLE)。该配置使用了缩短的数据包，最大速率是1Mb/s，采用GFSK调制。其最大好处是优异的低功耗特性，发送功率是10MW，距离可达100米。针对不同用途有多种软件配置文件，而其互操作性认证可有效做到完全兼容。

　　■LoRa

　　LoRa是由Semtech公司开发的技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层(PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同频段，只要每台设备采用不同啁啾和数据速率就可以了，其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。

　　■LTE Cat0/1

　　LTE是长期演进的缩写，是目前第4代蜂窝技术。LTE Cat0和Cat1是LTE的功能简化版本，是为匹配M2M的低功耗低速率要求而专门设计的。M2M应用被称作机器类通信(MTC)，使用许可频谱中的现有蜂窝网络，而非短距离的无线和互联网。

　　对大多数基本的监视和控制应用而言，标准的LTE网络很浪费。LTE Cat0和Cat1是简化版本，可为最大数据速率分别为1Mb/s和10Mb/s的M2M应用提供合适的解决方案。Cat0和Cat1使用现有LTE带宽和正交频分多址(OFDMA)调制技术，这种长距离解决方案可支持数公里的范围。

　　■窄带物联网(NB-IoT)

　　将LTE用于物联网的一个相对较新的变体是窄带物联网。与使用标准LTE的全部10MHz或20MHz带宽不同，窄带物联网使用包含12个15kHzLTE子载波的180kHz宽的资源块，数据速率在100kb/s到1Mb/s范围之内。

　　这种更加简化的标准可以为联网设备提供很低的功耗，此外它可以作为一种软件叠加被部署进任何LTE网络。窄带物联网的资源块能够很好地适配进标准LTE信道或保护带，当运营商重新划分它们较早的2G频谱时，也能适配进标准的GSM信道，调制采用OFDMA下行链路和SC-FDMA上行链路。

　　■SIGFOX

　　SIGFOX既是一种无线技术，也是一种网络服务。SIGFOX工作在868MHz和902MHz的ISM频段，但消耗很窄的带宽或功耗。SIGFOX无线电设备采用一种被称为超窄带(UNB)调制的技术，只是偶尔以低数据速率传送短消息，消息最长是12个字节，1个节点每天可传送的消息数量最多是140条。由于是窄带宽和短消息，因此除了其162dB的链路预算外，它还可以达到数公里的长传输距离。

　　■Weightless

　　Weightless是以物联网应用为目标的一系列开放无线技术标准。它有三种不同版本，分别对应LPWAN市场中的不同细分领域：最简单的版本是用于低成本应用的Weightless-N，该版本的目标是单工或单向用途，如传感器监视。它工作在不到1Gb的免许可ISM频段，调制采用的是使用跳频技术的差分BPSK，可最大限度地减少干扰。

　　如果需要更高性能的双向通信，Weightless-P也许是最好的选择。它同时使用频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)技术，可管理访问多个12.5kHz宽的信道。这种技术使用GMSK和交错QPSK调制，数据速率范围可从低速的200b/s一直到100kb/s，典型的最大传输距离约为2km，在安全方面支持AES-128/256加密和签权。

　　第三个版本是Weightless-W，工作在电视的空白频段。空白频段是以前在470MHz至790MHz范围内被电视台使用的那些6MHz宽信道，它可以达到1kb/s至10Mb/s的数据速率，具体取决于链路预算，在非视距条件下最远传输距离可达5km以上。

　　■Wi-Fi

　　Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例中，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器链路，然而它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。大多数Wi-Fi版本工作在2.4GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的802.11n速度可达300Mb/s，而工作在5GHz ISM频段的802.11ac，速度甚至超过1.3Gb/s。

　　一种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。该版本代号是802.11ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段，其他国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

　　针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是802.11af，它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道很适合长距离和非视距传输，调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率约为24Mb/s，不过在更低的VHF电视频段有望实现更长的距离。

　　■WirelessHART

　　这是得到广泛使用的高速可寻址远程传感器(HART)工业网络技术的无线版本，主要用于过程监控、传感器网络、楼宇自动化和交通运输领域。该技术基于流行的IEEE802.15.4标准，代号是802.15.4e。

　　WirelessHART在基础标准之上增加了一个时间同步网格协议。除网格拓扑外，它也能采用星形配置，WirelessHART使用TDMA和时隙跳信道(TSCH)技术。

　　■ZigBee

　　ZigBee是物联网的理想选择之一。虽然ZigBee一般工作在2.4GHzISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在2.4GHz频段中数据速率是250kb/s，它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达216个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的，ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配置文件供具体应用(包括物联网)使用，最终产品必须得到许可。

　　■Z-Wave

　　Z-Wave是一种单一来源的私有无线技术，工作在908.42MHz的ISM频段。它使用高效的GFSK，可实现9600b/s或40kb/s的数据速率，在某些应用中甚至可达100kb/s。典型的功率电平是1MW(0dBm)，最大覆盖范围约30米，取决于具体应用环境。Z-Wave可用于点到点链路或节点数最多232个的星形配置中，在安全性方面，它采用AES-128加密措施，这种技术必须获得许可才能在商用产品中使用。

　　物联网市场包罗万象，涉及工业、交通、农业、医疗等行业，应用需求各不相同。因此，对于这一市场，任何标准都不会占据主导地位，但针对具体应用很方便地找到一种最恰当的技术来与之对应十分重要。

　　■佚名