物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点

物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点,第1张

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术,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的频段,只要每台设备采用不同的啁啾和 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。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位,重要性不言而喻。值得注意的是,目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商,掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种,一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司;二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商,包括微芯 科技 (Microchip)等。

Wi-Fi

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。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz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80211n速度可达300Mb/s,而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac,速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah,在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段, 其它国家使用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。

80211ah 的调制技术是OFDM,它在1MHz信道中使用24个子载波,在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM,因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露,它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。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大约为24Mb/s,不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
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 802154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。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段,但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz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254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。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事?举一个简单的例子就可以说明这个问题,当一队伞兵空降后,每人持有一个ZigBee网络模块终端,降落到地面后,只要他们彼此间在网络模块的通信范围内,通过彼此自动寻找,很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且,由于人员的移动,彼此间的联络还会发生变化。因而,模块还可以通过重新寻找通信对象,确定彼此间的联络,对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

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是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术,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。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品,且能带来更高速、更远传输距离的优势。

从5G到6G应该与从1G到5G的前几次移动通信技术换代类似,6G的绝大多数性能指标相比于5G将提升10到100倍。现有的5G信号传输速度大概是10G,而6G信号传输速度将会达到100G到1TB。

这个对于普罗大众来说最直观的感受,而实际上6G网络时延将会降低到01毫秒,是现有5G网络的十分之一,同时可靠性也比5G高出许多倍,网络信号中断几率远低于5G,并且6G将会采用太赫兹频段通信,频率为100GHz-10THz,要比毫米波的频段更高,网络容量会有较大幅度提升。

不过电磁信号频率越高,电磁波长就越短,信号传输范围也就越小,这意味着基站的覆盖范围随之缩小,也就是说6G信号的传播距离没有5G信号那么远,这就需要更多的基站完成信号的接力传递,需要比5G网络更多的基础设施才行。

但是6G无线网络会实现5G网络达不到的万物互联,不再局限于地面,可以与卫星和机载网络无缝连接,超高的定位精度可以对物联网设备精准定位,可以全面展开无人驾驶,以及无人机快递。

超快的信号传输速度让云端处理成为现实可能,所有手机将不会再受制于芯片,只需要能够连接网络,能够显示就行。毕竟现在的手机芯片已经逼近物理极限,继续提升难度极高,不如依靠云端处理传输数据回来。

再加上现在已经在推行的智能家居以及人工智能技术,网络世界将与物理世界深度融合,同时6G时代带来的万物互联,必将产生海量数据信息,这些数据关乎个人隐私,也就是说6G网络必定要比5G网络更加安全可靠。

01

5g和4g相比具有更高速率、更低延时、网络连接容量更大的特点。所谓的“5G网络”是指第五代移动通信技术,它属于4G网络的升级版。

高速率方面:5G的网络速度是4G的10倍以上。在5G网络下,1G的**1~3秒就能下载完。这个是5G最大的一个特点,相比于4G网络,5G网络有着更高的速度,而对于5G的基站峰值要求不低于20Gb/s,当然这个速度是峰值速度,不是每一个用户的体验。随着新技术使用,这个速度还有提升的空间。

低延时方面:人类眨眼的时间为 100 毫秒,而 5G 的时延已达到毫秒级别,仅为4G的十分之一,您在网络购票、抢红包时都能比普通4G客户更快一步,视频通话时也会有更好的交互体验。5G的一个新场景是无人驾驶、工业自动化的高可靠连接。人与人之间进行信息交流,140毫秒的时延是可以接受的,但是如果这个时延用于无人驾驶、工业自动化就无法接受。5G对于时延的最低要求是1毫秒,甚至更低。

大容量方面:5G 网络连接容量更大,即使50个客户在一个地方同时上网,也能有100Mbps以上的速率体验。

5G网络将是4G网络的真正升级版,它将在4G网络的基础上,带来更高网速的提升。此外,5G网络不仅传输速率更高,而且在传输中呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点,低功耗能更好地支持未来的物联网应用。5G网络属于下一代移动通信网络技术,它属于4G网络的升级版,如果手机要体验4G网络,不仅需要手机芯片支持5G网络,还需要运营商布局5G网络基站。


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