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

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。

The 5th Annual IEEE International Conference on CYBER Technology in Automation, Control and Intelligent Systems (简称IEEE-CYBER2015) 将于2015年6月6日-10日在沈阳召开。

此次国际会议将由中国科学院沈阳自动化研究所主办，韩建达研究员任大会副主席。会议论文将会由IEEE Xplore收录，并被EI检索，同时优秀论文择优在SCI期刊发表(Trans of the Inst of Measurement and Control)

会议收稿范围：
网络物理系统：
1）嵌入式系统;2）集成的传感，通信和计算系统;3）化学，生物，物理诊断和植入系统;4）复杂系统;5）移动智能系统;6）微电网，电力网络和电网，可持续发展和分布式能源系统
控制/自动化：
1）自适应控制，网络控制与非线性控制，智能自动化，智能控制；2）多智能体系统，合作控制；3）控制能源系统，混合动力控制;4）工厂建模与仿真;5）智能家居，实验室及服务自动化;6）自动化生命科学和医疗保健。
机器人技术：
1）远程机器人技术，包括人机交互与感知系统;2）神经控制的机器和机器人;3）微/纳米/生物 *** 纵和组装;4）搜索，救援和野外机器人，空间、水下机器人;5）机器人传感与数据融合，机器人定位，导航;6）医疗机器人和生物机器人;
物联网和传感器网络：
1）技术和应用先进的“物联网”;2）电子商务，移动商务;3）物流、运输相关的问题;4）能源和通信基础设施的网络安全;5）无线，光学，和混合通信系统。

物联网的关键技术主要包括：无线传感器网络、ZigBee、M2M技术、RFID技术、NFC技术、低能耗蓝牙技术。

1、无线传感器网络：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。

WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

2、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。

3、M2M技术：M2M全称Machine to Machine，是指数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器的对话。

M2M应用系统构成有智能化机器、M2M硬件、通信网络、中间件。M2M应用领域有、家庭应用领域、工业应用领域、零售和支付领域、物流运输行业、医疗行业。

4、RFID技术：无线射频识别即射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信。

利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

5、NFC技术：NFC英文全称Near Field Communication，近距离无线通信。与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。

首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。

其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。

6、低能耗蓝牙技术：蓝牙低能耗（Bluetooth Low Energy，或称Bluetooth LE、BLE，旧商标Bluetooth Smart）也称低功耗蓝牙，是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。

相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。

IEEE802154协议是国际无线电委员会定义的底层通信协议，而ZIGBEE是在底层协议的基础上，增加了一些应用层，网络层应用信息，起到了扩充细化IEEE802154协议的作用！

IEEE IoT期刊是一个非常有价值的期刊，它提供了有关物联网的最新研究和技术发展的有益信息。它的文章内容涵盖了物联网的各个方面，包括但不限于安全性、智能设备、网络架构、应用程序等。IEEE IoT期刊的文章都是由专家学者撰写的，因此可以放心使用，可以说它是一个非常好的期刊。

近日，由IEEESA（国际电气与电子工程师标准协会）组织的全球标准立项会在线上召开。在本次会议中，由四川长虹电子控股集团有限公司（以下简称“长虹控股”）牵头提交的《基于区块链的物联网零信任框架标准》，经过与会国际专家充分讨论，获得全票通过，正式立项，这也是全球首个“区块链+物联网安全”国际标准。

而此标准落地后，相关方将通过基于区块链的物联网零信任框架的推广，构建信任互联网，实现区块链技术在工业互联网、智慧家庭、智慧 健康 、智慧城市等主要场景的应用落地，将有助于加速推动我国实体经济数字化转型与高质量创新发展。

突破关键瓶颈

智慧家庭应用再提速

据了解，此次立项的《基于区块链的物联网零信任框架标准》，是IEEEC/BDL计算机协会区块链和分布式记账标准委员会下设的区块链赋能物联网安全工作组推出的首个标准提案。

“该标准将率先在标准层面提出运用区块链技术构建物联网零信任安全体系的技术思路，为物联网原生应用提供了可复制可扩展的分布式信任核心技术框架，以降低物联网安全体系的技术门槛和应用成本，突破了行业技术创新和应用发展的关键瓶颈。”长虹控股相关人士表示。

物联网安全性缺陷，在于缺乏设备与设备之间相互信任的机制，所有的设备都需要和物联网中心的数据进行核对，一旦数据库崩塌，会对整个物联网造成很大的破坏。而区块链分布式的网络结构，使得设备之间保持共识，无需与中心进行验证，这样即使一个或多个节点被攻破，整体网络体系的数据依然是可靠、安全的。

“这个框架的标准化将促进物联网应用 健康 发展，为物联网生态提供信任基础，使各参与方和利益相关方共同受益。”长虹上述人士称。

长虹信息安全实验室首席科学家唐博认为，区块链与物联网的结合将赋予智慧家庭领域商业模式安全性和新的活力。

在以智慧家庭和工业互联网为代表的物联网场景中，数以百亿计且数量不断增长的物联网设备（IoT）正在改变着现有的网络结构，传统的边界安全模式受到挑战，异构异主设备之间互联互通需要建立安全和可信赖的协同机制，因此迫切需要制定一个共同的框架，来应对物联网中大量存在的安全和信任挑战，以实现物联网端到端的安全可信。

“打破原本孤立的个体，区块链+物联网技术可以实现分布式协同网络。以区块链节点的形式将各类智慧家庭厂商、家电终端平台以及监管机构连接起来，实现真正的万物互联，解决关键瓶颈和核心痛点，也将增强智慧家庭生态的繁荣性和兼容性。”粤成股份创始人洪仕斌表示。

钉 科技 创始人丁少将认为，“任何人、事、物想要访问网络，都需要经过严密验证，从而为物联网构建安全屏障，这在一个‘万物互联’的未来，是十分有必要的。标准的推出，则可以更明确地指导‘零信任原则’在物联网领域的应用。加强互联互通的可行性和安全性，有助于智能家居的规模化更快地落地。”

“很长时间以来，中国企业往往热衷产品生产，而忽略标准的制定，使得中国产品在全球拓展中遭遇诸多技术壁垒，而此次长虹等企业率先制定全球首个‘区块链+物联网安全’国际标准，使得中国企业参与全球标准制定的能力有所增强。新型的技术需要相关的标准来引导相关生态产业的发展。对于新型技术的产业生态化和全球化方面，其巨大的商业潜力需要有相关的标准来引导相关生态产业的发展，中国企业已经走在前列，说明中国传统企业在标准、产品技术，产品壁垒的构建方面，其意识已经增强。”中国本土企业软权力研究中心研究员周锡冰表示。

全面布局物联网应用

给企业数字化转型以方向

区块链物联网是ITU标准组织主推的概念，2017年初，ITU-T成立SG20标准组，负责物联网及其在智慧城市和社区的应用的标准制定。国内主导企业是中国联通，中兴通讯，中国信科。

而家电企业牵头，尚属首例。

近年来，长虹控股立足于互联网面向物联网，加速转型升级，在2018年设立信息安全灯塔实验室，全面布局物联网应用区块链标准研制。

唐博表示，实验室将致力于推动该标准的研制和发布工作，征集从事物联网领域区块链应用研究、测试咨询和工程实践的相关企业、行业协会、高等院校、科研院所、服务机构，筹建区块链赋能物联网安全标准工作组，开展区块链与物联网安全融合创新的相关标准研制工作。

“传统企业智能化转型普遍面临研发成本高、成产效率低、运营能力不足的困境。目前长虹面向物联网转型成果显现出其在智能化转型上已走出自己的道路。长虹的AIoT战略不仅在推动自身转型，也在对外赋能，推动产业升级。整体来看，长虹的转型升级进展明显：在C端，长虹的智慧家庭解决方案不断完善；在B端，长虹已经拿下了多个产业冠军，比如，物联网模块，轨道交通电源等。”钉 科技 创始人丁少将表示。

“随着5G的普及，万物互联已经进入传统企业转型赛道，新型的商业模式构建成为传统家电巨头制造企业在升级和转型的一个风口。在此次转型中，长虹利用自己传统制造的优势，以及新时代的需求，长虹牵手制定的‘区块链+物联网安全’国际标准，将提升长虹自身的竞争优势。”周锡冰认为。

相关标准的落地也可谓意义巨大。

区块链物联网的垂直领域应用涉及众多领域：工业制造、联网的无人驾驶 汽车 、交通、公共技术设施和智能城市、金融服务和保险、家庭和商业房产管理、智能合约、零售等。

“未来家电巨头将在工业制造、无人驾驶、智能城市等领域，成为重要的支撑甚至是带领者，其正在展现出无可替代的作用。”中钢经济研究院高级研究员胡麒牧表示。

丁少将认为：“从长期发展的角度来看，该标准所能影响的产业及领域会是相当宽泛的，毕竟，‘物联网’在未来生产生活中本身就应该是泛在的。短期内该标准主要会给智慧家庭、智能可穿戴、智慧出行产业发展以标准和方向，以及制造业的数字化转型。

（编辑 乔川川）

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