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。

哪种无线通信协议最适合智能家居ZigBee当仁不让。近年来，为了争夺潜力无限的智能家居市场，
围绕各类无线协议标准的争论不断，但不可否认，ZigBee赚足了眼球，颇受关注和信赖。在智能家居领域，相较于蓝牙、WiFi、Z-Wave、射频等技
术协议，ZigBee一直光彩夺目，鲜有负面消息，可谓有口皆碑，深得人心，并被很多人默认为目前最适宜智能家居的协议标准。
而之所以如此，一方面与ZigBee协议本身分不开，另一方面则要感谢一些企业的大力热捧和宣扬。
——技术层面，ZigBee不是为智能家居而生，却为智能家居而长。智能家居设备需要拥有足够的安全性、稳定性、 *** 作流畅性、较强的设备承载能
力和较低的功耗，而ZigBee都能满足，且满足得很到位，因而即便ZigBee最初主要应用于工业领域，如今也丝毫不影响它在智能家居领域的魅力。
——推广层面，不少知名企业纷纷采纳，一些实力公司大力宣扬。如果说村里某些人使用ZigBee协议了，你可能嗤之以鼻，呵呵不语，更谈不上信
赖，但如果说三星、LG、德州仪器、罗技、飞利浦、小米等知名企业都采用了呢对ZigBee会不会产生好感不仅如此，一些企业的大力宣传也很关键，如
ZigBee联盟董事会成员、国内较早采用ZigBee的物联网领军企业物联传感在宣传推广方面会着重强调ZigBee的高级加密算法，使其安全性在消费
者心中根深蒂固，为ZigBee树立良好的口碑，从而推动ZigBee在中国区的发展。
所以，无论从哪个角度来看，ZigBee协议都有足够的理由受到智能家居厂商的欢迎。然而，就在ZigBee联盟宣布三星旗下品牌
SmartThings成为继物联传感后又一位董事会成员之后不足一周，黑帽子大会给泼了一盆冷水，拔凉拔凉的冷水：采用 ZigBee
协议的智能家居设备存在严重漏洞。
话说安全研究人员(Cognosec公司)发现，采用ZigBee协议的设备存在严重漏洞，有多严重呢黑客有可能入侵智能家居，随意 *** 控联网
门锁、报警系统，甚至能够开关灯泡。按以往的新闻来看，这种事应该发生在WiFi、蓝牙或Z-Wave身上，ZigBee怎么就中招了呢这其中有
Cognosec公司和“小编”(原文作者)的功劳。
——黑帽子大会(Black Hat
Conference)被公认为世界信息安全行业的最高盛会和最具技术性的信息安全会议，每年都会有不少专业团队和民间高手参加。他们可以尽情地黑一切科
技产品，无需手下留情，当然目的还是为了技术交流和提高企业产品的安全性。而Cognosec公司在这次大会上发表了论文，指出 ZigBee
协议实施方法中的一个缺陷。该公司称，该缺陷涉及多种类型的设备，黑客有可能以此危害 ZigBee 网络，并“接管该网络内所有互联设备的控制权”。
——若是Cognosec公司倒也不会如此，军功章还有那篇文章作者的一大半，尤其是题目取的非常妙——《黑帽大会爆料，采用 ZigBee
协议的智能家居设备存在严重漏洞》(具体内容请自行百度脑补)，读者看不看内容没有关系，只要看一眼标题就明白了：ZigBee智能家居设备存在严重漏
洞。
ZigBee协议智能家居设备存在严重漏洞，看样子ZigBee协议是难逃一劫了，但这种想法是“懒人”的想法，充分证明“标题党”的胜利。向来较为可靠的ZigBee怎么存在严重问题呢只看标题不行，关键还要仔细看内容。
显而易见，标题就是会让我们快速联想到ZigBee协议有问题的，但实际完全没有ZigBee协议太多啥事儿。这点原文作者和Cognosec公司实际上都在最后给出了说明。
“该漏洞的根源更多被指向制造商生产方便易用、能与其它联网设备无缝协作的设备、同时又要压低成本的压力，而不是 ZigBee 协议标准本身的设计问题。”——这是作者的分析。
“我们在 ZigBee
中发现的短板和局限是由制造商造成的，各家公司都想制造最新最棒的产品，眼下也就意味着能够联网。灯泡开关这样的简单元件必须和其它各种设备兼容，毫不意
外的是，很少会考虑安全要求——更多的心思都放在如何降低成本上。不幸的是，在无线通信标准中最后一层安全隐患的严重程度非常高。”——这是
Cognosec公司研究人员的汉化版原话。
其实，不难发现，向来可靠的智能家居协议ZigBee，并没有给黑帽子黑掉，而是被一些急功近利的制造商“坑掉了”。那么现在问题又来了，除却人为不作为因素(故意忽略标准安全性)，ZigBee协议被攻破的几率有多大呢
“在zigbee的通用安全级别中，一般有两个key
。一个是信任中心的key。另一个是实际进行网络传输数据时的网络key。最终想破解zigbee 网络，必须要获取后者16个字节强密码网络key
。由于zigbee 采取的是AES 128加密算法。在不知道这个网络key的情况下，想暴力破解目前没有可能。也没有破解先例。
暴力破解的速度是极其低下的。一般只有300key / s，就算采取所谓的GPU加速，速度也不过是10000 key / s，对于一个8位数字 字母 字符的复杂密码破解时间都需要2900年!即使采用100台分布式，也需要29年!
何况zigbee 的key 是16个字节强密码。”
上面是一名来自对ZigBee协议安全性拥有足够信心的物联传感的物联网安全专家给出的答案。不要问为什么是这样排的，原采访邮件中的内容就是
这样的，不过足可以说明只要前期工夫做的好，黑客想破解ZigBee智能家居设备，难!至于“采用 ZigBee
协议的智能家居设备存在严重漏洞”，有一个前提条件：制造厂商不负责或技术不到位。
最后一个问题。近日，国民新晋老公宁泽涛在第16届游泳世锦赛夺冠了，项目是男子100米自由泳，创造了亚洲人神迹，突破了黄种人极限，影响力
被认为堪比刘翔首夺110米跨栏。显然，小鲜肉宁泽涛具备了100米自由泳夺冠能力，但是倘若给他安排80米的赛道，没有夺冠，难道能说明他100米不
行
假如ZigBee有100的安全设置手法，一些厂商只用80或只能做到90，结果设备被破解了，就是ZigBee协议安全性就有问题这答案或许与最后一个问题的答案类似吧。

物联网其实最简单的解释就是通过电子识别等技术，将物的数据信息转化到网络上，实现追踪、定位等目的。再简单点说，将物通过类似二维码转化成网络信息，有一个身份，也就是互联网多数使用人身份，物联网就是让物也出现一个身份罢了。至于ZigBee是短距离无线通信技术。

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