2G/3G蜂窩

   一般被稱(chēng)為機到機(M2M)的許多使用案例都類(lèi)似于物聯(lián)網(wǎng)。多家供應商提供蜂窩電話(huà)模塊用于嵌入到其它產(chǎn)品，而大多數主要的蜂窩運營(yíng)商都在標準許可頻譜上提供M2M連接服務(wù)。雖然像GSM/GPRS/EDGE等2G技術(shù)很流行，但一些運營(yíng)商已經(jīng)有計劃逐步淘汰2G業(yè)務(wù)。

   然而，大多數網(wǎng)絡(luò )仍然支持諸如WCDMA和CDMA2000等3G技術(shù)，其數據速率高達每秒幾兆比特。范圍是指到蜂窩站的距離，可以長(cháng)達幾公里。蜂窩連接顯然是一種選擇，但它比后文介紹的其它方案更昂貴些。

802.15.4

   802.15.4以短距離、低中數據速率和低功耗用例為目標，是后文提到的幾種其它標準的基礎。它的主要工作頻譜是2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫療(ISM)免許可頻段，有時(shí)候也用到902MHz至928MHz和868MHz頻段。

   802.15.4標準為PHY和MAC網(wǎng)絡(luò )層提供基于數據包的協(xié)議。其它標準都是以此為基礎增加更多的層，從而提供增強的網(wǎng)絡(luò )功能和性能。

6LoWPAN地址節點(diǎn)

   國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)的6LoWPAN是基于低功耗無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版(IPv6)的簡(jiǎn)稱(chēng)。

   這個(gè)標準最初的目標是802.15.4，后來(lái)也被Bluetooth Smart和低功耗HaLow Wi-Fi所采用。具體來(lái)說(shuō)，6LoWPAN定義了使用封裝和頭部壓縮技術(shù)將IPv6數據包適配進(jìn)其它協(xié)議幀的方式。

藍牙

   也許使用最廣泛的短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)是工作在2.4GHz ISM頻段的藍牙(BT)。幾種不同的版本提供多種不同的數據速率、功率電平和范圍。其基本的工作原理是采用不同調制方法的跳頻擴展頻譜(FHSS)技術(shù)。

   最新版本的藍牙是Bluetooth Smart或版本4.1，也稱(chēng)為低功耗藍牙(BLE)。這個(gè)配置使用縮短了的數據包，最大速率是1Mb/s，采用GFSK調制。它的最大好處是優(yōu)異的低功 耗特性。發(fā)送功率是10mW，它的距離可達100米。針對不同的用途有多種軟件配置文件，而其互操作性認證可有效做到完全兼容。

LoRa

   LoRa(長(cháng) 距離)是由Semtech公司開(kāi)發(fā)的一種技術(shù)，典型工作頻率在美國是915MHz，在歐洲是868MHz，在亞洲是433MHz。LoRa的物理層 (PHY)使用了一種獨特形式的帶前向糾錯(FEC)的調頻啁啾擴頻技術(shù)。這種擴頻調制允許多個(gè)無(wú)線(xiàn)電設備使用相同的頻段，只要每臺設備采用不同的啁啾和 數據速率就可以了。其典型范圍是2km至5km，最長(cháng)距離可達15km，具體取決于所處的位置和天線(xiàn)特性。

LTE Cat 0/1

   LTE是長(cháng)期演進(jìn)的縮寫(xiě)，是目前第4代蜂窩技術(shù)。

   LTE Cat 0和Cat 1是LTE的功能簡(jiǎn)化版本，是為了匹配M2M的低功耗低速率要求而專(zhuān)門(mén)設計的。M2M應用也被稱(chēng)作機器類(lèi)通信(MTC)，使用許可頻譜中的現有蜂窩網(wǎng)絡(luò )，而不是短距離的無(wú)線(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)。

   對大多數基本的監視和控制應用來(lái)說(shuō)，標準的LTE網(wǎng)絡(luò )太浪費了。LTE Cat 0和Cat 1是簡(jiǎn)化版本，可以為最大數據速率分別為1Mb/s和10Mb/s的M2M應用提供合適的解決方案。Cat 0和Cat 1使用現有的LTE帶寬和正交頻分多址(OFDMA)調制技術(shù)。這種長(cháng)距離解決方案可以支持數公里的范圍。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)

   將LTE用于物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)相對較新的變體是窄帶物聯(lián)網(wǎng)。與使用標準LTE的全部10MHz或20MHz帶寬不同，窄帶物聯(lián)網(wǎng)使用包含12個(gè)15kHz LTE子載波的180kHz寬的資源塊。數據速率在100kb/s到1Mb/s范圍之內。

   這種更加簡(jiǎn)化的標準可以為聯(lián)網(wǎng)設備提供很低的功耗。此外，它可以作為一種軟件疊加被部署進(jìn)任何LTE網(wǎng)絡(luò )。窄帶物聯(lián)網(wǎng)的資源塊能夠很好地適配進(jìn)標準LTE信 道或保護帶。當運營(yíng)商重新劃分它們較早的2G頻譜時(shí)，它也能適配進(jìn)標準的GSM信道。調制采用OFDMA下行鏈路和SC-FDMA上行鏈路。

SIGFOX

   SIGFOX既是一種無(wú)線(xiàn)技術(shù)，也是一種網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。SIGFOX工作在868MHz和902MHz的ISM頻段，但消耗很窄的帶寬或功耗。

   SIGFOX無(wú)線(xiàn)電設備采用了一種被稱(chēng)為超窄帶(UNB)調制的技術(shù)，只是偶爾以低數據速率傳送短消息。消息最長(cháng)是12個(gè)字節，一個(gè)節點(diǎn)每天可以傳送的消息數量最多是140條。由于是窄帶寬和短消息，因此除了其162dB的鏈路預算外，它還可以達到數公里的長(cháng)傳輸距離。

Weightless

   Weightless是以物聯(lián)網(wǎng)應用為目標的一系列開(kāi)放無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準。它有三種不同的版本，分別對應LPWAN市場(chǎng)中的不同細分領(lǐng)域。

   最簡(jiǎn)單的版本是用于低成本應用的Weightless-N。這個(gè)版本的目標是單工或單向用途，如傳感器監視。它工作在不到1Gb的免許可ISM頻段。調制采用的是使用跳頻技術(shù)的差分BPSK，可最大程度地減少干擾。具有完整簽權功能的128位AES加密是這種技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵特性。由于是低數據速率和窄帶寬通 道，傳輸距離可達5km。

無(wú)線(xiàn)技術(shù)一覽表

   如果需要更高性能的雙向通信，Weightless-P也許是最好的選擇。它同時(shí)使用了頻分多址(FDMA)和時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)，可管理訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)12.5kHz寬的信道。這種技術(shù)使用GMSK和交錯QPSK調制，數據速率范圍可從低速的200b/s一直到100kb/s。典型的最大傳輸距離約為2km。在安全方面支持AES-128/256加密和簽權。

   第三個(gè)版本是Weightless-W，旨在工作在電視的空白頻段?？瞻最l段是以前在470MHz至790MHz范圍內被電視臺使用的那些6MHz寬信道。它可以達到1kb/s至10Mb/s的數據速率，具體取決于鏈路預算。在非視距條件下最遠傳輸距離可達5km以上。

Wi-Fi

   Wi-Fi被廣泛用于許多物聯(lián)網(wǎng)應用案例，最常見(jiàn)的是作為從網(wǎng)關(guān)到連接互聯(lián)網(wǎng)的路由器的鏈路。然而，它也被用于要求高速和中距離的主要無(wú)線(xiàn)鏈路。

   大多數Wi-Fi版本工作在2.4GHz免許可頻段，傳輸距離長(cháng)達100米，具體取決于應用環(huán)境。流行的802.11n速度可達300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM頻段的802.11ac，速度甚至可以超過(guò)1.3Gb/s。

   一種被稱(chēng)為HaLow的適合物聯(lián)網(wǎng)應用的新版Wi-Fi即將推出。這個(gè)版本的代號是802.11ah，在美國使用902MHz至928MHz的免許可頻段， 其它國家使用1GHz以下的類(lèi)似頻段。雖然大多數Wi-Fi設備在理想條件下最大只能達到100米的覆蓋范圍，但HaLow在使用合適天線(xiàn)的情況下可以遠 達1km。

   802.11ah 的調制技術(shù)是OFDM，它在1MHz信道中使用24個(gè)子載波，在更大帶寬的信道中使用52個(gè)子載波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供寬 范圍的數據速率。在大多數情況下100kb/s到數Mb/s的速率足夠用了——真正的目標是低功耗。Wi-Fi聯(lián)盟透露，它將在2018年前完成 802.11ah的測試和認證計劃。

   針對物聯(lián)網(wǎng)應用的另外一種新的Wi-Fi標準是802.11af。它旨在使用從54MHz到698MHz范圍內的電視空白頻段或未使用的電視頻道。這些頻道 很適合長(cháng)距離和非視距傳輸。調制技術(shù)是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每個(gè)6MHz信道的最大數據速率大約為24Mb/s，不過(guò)在更低的 VHF電視頻段有望實(shí)現更長(cháng)的距離。

WirelessHART

   這是得到廣泛使用的高速可尋址遠程傳感器(HART)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的無(wú)線(xiàn)版本，主要用于過(guò)程監控、傳感器網(wǎng)絡(luò )、樓宇自動(dòng)化和交通運輸領(lǐng)域。該技術(shù)基于流行的IEEE 802.15.4標準，代號是802.15.4e。

   WirelessHART在基礎標準之上增加了一個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)格協(xié)議。除了網(wǎng)格拓撲外，它也能采用星形配置。WirelessHART使用TDMA和時(shí)隙跳信道(TSCH)技術(shù)，最多可訪(fǎng)問(wèn)個(gè)節點(diǎn)。

ZigBee

   ZigBee是物聯(lián)網(wǎng)的理想選擇之一。

   雖然ZigBee一般工作在2.4GHz ISM頻段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz頻段中使用。在2.4GHz頻段中數據速率是250kb/s。它可以用在點(diǎn)到點(diǎn)、星形 和網(wǎng)格配置中，支持多達216個(gè)節點(diǎn)。與其它技術(shù)一樣，安全性是通過(guò)AES-128加密來(lái)保證的。ZigBee的一個(gè)主要優(yōu)勢是有預先開(kāi)發(fā)好的軟件應用配 置文件供具體應用(包括物聯(lián)網(wǎng))使用。最終產(chǎn)品必須得到許可。

Z-Wave

   Z-Wave是一種單一來(lái)源的私有無(wú)線(xiàn)技術(shù)。工作在908.42MHz的ISM頻段。它使用高效的GFSK，可實(shí)現9600b/s或40kb/s的數據速率；在某些應用中甚至可達100kb/s。典型的功率電平是1mW(0dBm)，最大覆蓋范圍約30米，取決于具體應用環(huán)境。Z-Wave可以用于點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 或節點(diǎn)數最多232個(gè)的星形配置中。在安全性方面，它采用AES-128加密措施。這種技術(shù)必須獲得許可才能在商用產(chǎn)品中使用。

   從文中這張表，我們可以快速地對文中提到的這12種技術(shù)進(jìn)行比較。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)包羅萬(wàn)象，涉及工業(yè)、交通、農業(yè)和醫療等各行各業(yè)，應用的需求也各不相 同。因此，對于物聯(lián)網(wǎng)這樣一個(gè)長(cháng)尾市場(chǎng)，我們可以肯定，任何標準都不會(huì )占據主導地位。但是，我們可以針對具體應用很方便地找到一種最恰當的技術(shù)來(lái)與之對應。