物联网的关键技术

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。

和总线制智能家居系统相比，无线的好处是即插即用、免布线等。但主流的Wi-Fi、ZigBee、蓝牙在家庭的环境中都有各自的短板。网上有很多关于技术的介绍，我就不详细分析技术了，从应用上来聊聊。
Wi-Fi是基于IEEE80211的通信协议，被广泛使用在智能单品及智能家电中。原因是配网简单，用户熟悉度高，不需要额外的网关，可以和存量路由器直接通信。但Wi-Fi的问题是信道本身已经拥挤、接入数量多容易掉线，路由器能支持同时连接的设备数有限。
BLE（低功耗蓝牙技术）有低功耗、快速与手机连接的特性，但早期都是以点对点产品为主。基于低功耗特性，蓝牙智能产品集中在可穿戴设备、健康监护设备等产品中。从蓝牙41协议开始，蓝牙 mesh产品具备了ZigBee才有的自组网特征，但蓝牙mesh还处在技术积累期，尤其是要解决为了组网而功耗增加的问题。
以上两种协议在苹果的HomeKit中有完整定义，其他无线产品则需要通过“bridge”来接入。智能手机都标配这两种技术，用户都非常熟悉这些产品的配对、联网，这也是大量的智能硬件使用Wi-Fi和BLE的原因。
Zigbee是基于IEEE802154的通信协议， 它的特点是低功耗、自组网、节点数多。但手机中没有ZigBee模块，需要额外的网关接入ip网络。ZigBee mesh网络复杂、用户DIY的可能性小，可能更适用于工业物联网。早期的ZigBee智能家居产品有很多私有协议，使得产品互通困难。ZHA和ZLL做了不少互通尝试，ZigBee30也风风火火，都想解决iot时代互通问题。
请注意以上三种技术都是基于24GHz频段的，在无线设备爆发的时代，这个信道变得越来越拥挤，相互之间干扰问题也会更严重。在无线产品中，频率越高则距离越短，穿墙性越差，这也是subGHz频段越来越被重视的原因。早期的小无线产品集中在315MHz和433MHz频段，但由于频段宝贵，所以带宽很窄，因此一些成熟的通讯算法无法实现。这些早期产品给人的印象就是不稳定，抗干扰性差。随着通讯技术的发展，使用subGHz的低功耗广域网（LP-WAN）发展迅速，目前主要集中在LoRa和NB-iot两个技术标准上。利用数字扩频、纠错码、双工通讯、MAC层控制等技术使得LP-WAN既保留了低功耗、远距离、穿墙好等优点，又解决了抗干扰的问题，在iot领域有后来居上的优势。
用户并不关心誉诚智能家居系统用的是什么无线技术，只要求联网简单、稳定。各种协议并存将长期存在，短期内还看不到一统江湖的无线标准。在BroadLink我们采取Wi-Fi加LP-WAN两种技术，同时在系统层面接入BLE、ZigBee以及KNX，485总线，供参考。

假定S7协议下，想要通过工业物联网网关实现欧美PLC间无线通讯，必须要选择一个合适工业物联网网关设备，比如说DTD418M。它采用 2x2 两发两收无线架构，空中传输速率高达 300Mbps，兼容西门子S7协议、Profinet协议、Modbus TCP/IP等通讯协议，并采用 OFDM 调制及 MINO 技术，使无线可靠传输距离达到1KM范围内均可使用。

不仅能与 PLC、DCS、智能仪表及传感器等设备组成无线测控系统，同时能与组态软件、 人机界面、触摸屏、测控终端等工控产品实现点对点（ PTP）和点对多点（ PTMP ）的远程无线组网，将分散不便于挖沟布线的设备连接在一起，不需要编写程序，不需要布线，并且稳定可靠。

通讯场景:

场景一PLC与PLC之间无线通讯

支持点对点及点对多点，多台PLC之间以太网无线通讯

场景二组态软件与PLC之间无线通讯

组态王、力控、MCGS昆仑通态、Wincc等主流组态软件与1台或多台PLC之间无线通讯

场景三触摸屏与PLC之间无线通讯

人机界面触摸屏与1台或多台PLC之间无线通讯

从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。 网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

Wi-Fi最大的优点是连接快速持久稳定，它是解决IoT设备端连接的首选方案，唯一需要考虑的是智能设备对于Wi-Fi的覆盖范围的依赖导致智能设备的活动范围比较小，缺点是不适合随身携带或户外场景

1、3765C考勤机是一款典型的通过Wi-Fi与云平台连接通讯设备，但是手机与其连接借助的是Bluetooth通讯

蓝牙最大的优点是不依赖于外部网络，便携，低功耗，只要有手机和相应的智能设备，就能够保持稳定的连接，走到哪连到哪，所以大部分运动的智能设备和户外使用的设备都会优先考虑Bluetooth。它的主要不足有:
1不能直接连接云端
2传输速度比较慢，只能用于数据量较小的传输
3组网能力比较弱(距离近(大概10米)、蓝牙的组网一个central只能连接7个外设)

13650签到机采用的蓝牙通讯：校验设备、设置各种参数，签到机的发现采用的Beacon协议（而Beacon协议也是蓝牙协议的扩展）：智能手环与手机之间的通讯是蓝牙通讯

Wi-Fi的不足是智能设备移动范围小，蓝牙的短板是设备不能直接连云端和组网能力弱。而WWAN既可以移动，也可以随时联网，看上去好像完全弥补了Wi-Fi和Bluetooth的不足，实际上它也两个主要的短板
1在使用的过程中可能会产生比较高的费用
2网络状况不稳定，常常遇到无网或弱网的环境

智能设备车载Wi-Fi

前面介绍了主流的三种无线技术占到了所有IoT使用场景的95% ，剩下的是一些特殊场景用到的无线技术选型

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
例如在全屋智能场景中，家中已存在大量IoT设备，如果使用Wi-Fi方案，每个设备配网会非常麻烦，并且Wi-Fi每次做移动，修改密码，智能设备都要一一作出调整。如果使用蓝牙方案，以目前BLE42标准，蓝牙的组网一个central连接7个外设，但是蓝牙的组网能力弱也满足不了需求，所以在全屋智能场景中，经常会使用ZigBee+Wi-Fi的二合一网关。ZigBee和蓝牙一样都是近距离低功耗的通讯技术，但他对比蓝牙有个最大的优势就是强大的组网能力，在全屋智能场景中，IoT设备多达十几个，蓝牙的配网模式满足不了需求，所以一般会使用搭配ZigBee和Wi-Fi的二合一网关，通过ZigBee连接IoT设备，通过Wi-Fi将数据同步到云端

智能家居场景

智能家居的通信一般使用Wi-Fi，蓝牙，Zigbee。而我们的手机，平板可以通过蓝牙和Wi-Fi接入进行数传通信。电脑可以通过Wi-Fi
此方案中，蓝牙和Wifi都可以作为设备的接入点，即使身边没有专业的Zigbee控制器，也可以通过蓝牙，Wifi这些常用的设备接入，最终通过串口控制另一个可接入模块和Zigbee的主设备

例如飞行器的使用场景，飞行器一般都在没有Wi-Fi的环境使用，所以Wi-Fi不满足，飞行器常常有较远的飞行距离，所以Bluetooth和ZigBee不满足，另外飞行器常常在海边、山上等GPRS无线信号或者弱网的环境使用，所以WWAN也不合适，从上述来看单一的无线通讯模块都不能很好的解决飞行器的通讯需求，所以飞行器需要用的是多种无线模块的组合使用，通过Bluetooth让遥控器和手机连接，通过Sub1GHZ处理长距离时飞行器和遥控器之间的通讯，通过其他波长处理中距离或短距离飞行中的数据通信，这种组合技能满足手机 *** 控，又能在中距离有高质量的图像数据，在远距离还能继续控制

NB-IoT，Narrow BandInternet of Things，窄带物联网，是一种专为“万物互联”打造的蜂窝网络连接技术，万物互联网络的一个重要分支。顾名思义，NB-IoT 所占用的带宽很窄，只需约 180KHz，而且使用License 频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存，并且能够直接部署在GSM、UMTS 或 LTE 网络，即2/3/4G的网络上，实现现有网络的复用，降低部署成本，实现平滑升级
移动网络作为全球覆盖范围最大的网络，其接入能力可谓得天独厚，基于蜂窝网络的 NB-IoT 连接技术的前景更加被看好，已经逐渐作为开启万物互联时代的钥匙，而被商用到物联网行业中

2014年，华为与沃达丰共同提出 NB-M2M

2015年5月，华为和高通共同宣布了一种融合的解决方案，即上行采用 FDMA 多址方式，下行采用 OFDM 多址方式，命名为 NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）

2015年8月10日，在 GERAN SI阶段最后一次会议，爱立信联合几家公司提出了 NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念

2015年9月，3GPP在2015年9月的 RAN 全会达成一致，NB-CIoT 和 NB-LTE 两个技术方案进行融合形成了 NB-IoT WID。NB-CIoT 演进到了 NB-IoT（Narrow Band IoT），确立 NB-IoT 为窄带蜂窝物联网的唯一标准

2016年4月，伦敦 M2M 大会上华为宣布与沃达丰成立 NB-IoT 开放实验室

2016年4月，NB-IoT 物理层标准在 3GPP R13 冻结

2016年6月，NB-IoT核心标准正式在3GPP R13冻结

2017年一季度，根据《国家新一代信息技术产业规划》，把 NB-IoT 网络定为信息通信业“十三五”的重点工程之一

2017年4月1日，海尔、中国电信、华为三方签署战略合作协议，共同研发基于新一代 NB-loT 技术的物联网智慧生活方案

2017年4月25日，全球移动通信设备供应商协会发布数据，目前全球仅有4张 NB-IoT 商用网络。但同时又指出，至少有13个国家的18家运营商规划部署或正在测试40张 NB-IoT 网络

2017年5月，软银与爱立信合作，将在日本全面部署 Cat－M1 和 NB－IoT 网络，以期率先在日本国内推出商用蜂窝物联网业务

2017年5月，中国联通上海宣布5月底完成上海市 NB-IoT 商用部署。上海联通在2016年上半年，建设了全球首个 pre NB-IoT 大规模连续覆盖区域—上海国际旅游度假区，并携手华为共同发布 NB-IoT 技术的智能停车解决方案

2017年5月，华为 NB-IoT 芯片 Boudica 120在6月底大规模发货

从2018年开始全面推进国家范围内的 NB-IoT 商用部署。其实在我们生活当中已经推行了很长一段时间了。试用商反馈也是一片良好，垂直使用场景也是数不胜数

NB-IoT目前的应用

综上所述，NB-IoT 就像一个可以保障 5G 大范围完美落地的安全气垫。建设基于 NB-IoT 技术的物联网垂直行业应用将趋于更加简单，分工更加明晰。在 5G 大家庭里，它是一个温润如水的大哥。有山的背膀和水的包容力。是 5G 家里稳定又踏实的“经济适用男”。是家里第一个冲向前线的人，并且为了实现家庭的大目标尽可能完善自己。飞速发展的 5G 时代里，它是勇攀高峰的保险绳

对前面无线通讯技术的做个总结,优缺点以及适用于哪些领域一目了然

对于未来的Bluetooth50以及NB-IoT都是需要我们密切关注的技术，Bluetooth50相比42，在组网和传输距离上有了很大的提升，连接范围扩大了4倍，速度提高了2倍，无连接数据广播能力提高了8倍，Bluetooth50对于ZigBee的冲击影响可想而知
而NB-IoT目前的提出就是针对IoT的使用场景，其中最大的特色是覆盖面广，价格便宜。NB-IoT现在联盟的力量很强大，大部分芯片商，通讯商，电信运营商都参与其中，都在积极的推进NB-IoT的公共网络建设，未来潜力非常值得关注

IoT技术选型及模型设计的思考

什么是NB-IoT

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