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。

现阶段物联网智能家居的应用极为多元，在设计初期就需要d性地搭配不同的无线连接技术，本篇SKYLAB将从无线模块解决方案的角度来详细分析，哪些无线模块可用于物联网智能家居应用。

基于WiFi技术的智能家居解决方案

WiFi方案的优势是技术成熟，单独的设计就可以接入公网，成本也是相对较低。缺点则是WiFi设备功耗大，无法满足供电供电的需求；接入数量也相对有限，一个家庭路由器只能接入32~64个设备；无法复杂组网，覆盖能力严重受制于路由器的部署。WiFi方案在物联网初级阶段有较大优势，单独的模块依托路由器即可入网，优势明显，虽然接入数量不多，但是在物联网、只能家具未大规模普及的情况下，也可以满足大多数需求。80211ac可能会一定程度缓解WiFi方案缺陷，但是该技术的普及还需要很长的路。适用于部分对功耗要求不明显，且不会大量部署的产品，例如：智能电饭煲，智能空调，智能灯等传统家具入网。

智能家居WiFi模块选型：根据产品实际需求选择WiFi模块的通讯接口、数据速率、发射速率、传输距离、芯片、封装尺寸、供电、天线以及频率范围等。

基于蓝牙技术的智能家居解决方案

蓝牙方案的优势在于低功耗，与手机的交互比较简单。目前蓝牙的优势就是功耗与容易实现与手机的交互，缺点则是设备无法独立入网。而随着蓝牙50与蓝牙mesh的普及，基于蓝牙模块的物联网应用更如雨后春笋。适用于对功耗有要求且需求手机直接就能交互的产品，例如：智能门锁，智能称，智能牙刷，Mesh灯控，智能照明以及智能楼宇。

智能家居蓝牙模块选型：了解蓝牙解决方案的应用场景、需要实现的功能（应用框图），以及功能实现过程中所能提供调用的接口（主从设备，功能），考虑模块供电，尺寸，接收灵敏度，发射功率，Flash，RAM，功耗（广播，连续传输，深度睡眠，待机状态），连接距离，接口，天线，性价比等。

之前的涉及的物联网项目中使用的: BLE 低功耗蓝牙(蓝牙40), 支持android 43以上的手机
主从关系: BLE低功耗蓝牙只能做从端设备 ,一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯

1)低功耗
低功耗的原理:
1\低功耗蓝牙仅使用了3个广播通道,传统蓝牙技术采用 16~32 个频道
2\每次广播开启时间也由传统的 225ms 减少到 06~12ms(毫秒)

2)传输距离极大提高
传统蓝牙传输距离为 2~10m，而蓝牙40的有效传输距离可达到 60~100m

3)安全性
使用AES-128 CCM加密算法进行数据包加密和认证。
更多BLE蓝牙的解析参考博客 : BLE40教程一 蓝牙协议连接过程与广播分析

添加权限
打开蓝牙
1先拿到BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(ContextBLUETOOTH_SERVICE);
2再拿到BluetoothAdapter bluetoothAdapter = bluetoothManagergetAdapter();
判断是否打开蓝牙
未打开d出 系统d框 ，除了 魅族手机 是打开系统设置

设备/手机都是蓝牙信号

在回调方法中:

一般在扫描的过程中,我们还会设置 设备过滤原则 (因为我只想要搜索到我们想要的设备,忽略无关设备)
如:从 scanRecord -- beacon -- beacontype == 0xFF代表Manufacture,通过与嵌入式软件定义 自己的 Manufacture值即可

用BluetoothDevice得到BluetoothGatt：

断连:

关键问题:连接后一般要做什么事

( 必须在刚连接成功后2秒内app写一个值给设备，否则会被设备断开连接）

主要是读写 characteristic
gattwirteCharacteristic(mCurrentcharacteristic);

gattreadCharacteristic(characteristic);

bluetoothGattsetCharacteristicNotification(data, true);

真实工作中使用的蓝牙库BlueToothKit请参考我的另一篇博客:
android蓝牙入门知识和优秀蓝牙第三方库BluetoothKit的使用

蓝牙传输的原理：

1、主从关系：

蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。

一个具备蓝牙通讯功能的设备，
可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。
2、呼叫过程：

蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备。主端设备找到从端蓝牙设备后，与从端蓝牙设备进行配对，此时需要输入从端设备的PIN码，也有设备不需要输入PIN码。

配对完成后，从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，已配对的设备在下次呼叫时，不再需要重新配对。已配对的设备，做为从端的蓝牙耳机也可以发起建链请求，但做数据通讯的蓝牙模块一般不发起呼叫。

链路建立成功后，主从两端之间即可进行双向的数据或语音通讯。在通信状态下，主端和从端设备都可以发起断链，断开蓝牙链路。
3、数据传输

蓝牙数据传输应用中，一对一串口数据通讯是最常见的应用之一，蓝牙设备在出厂前即提前设好两个蓝牙设备之间的配对信息，主端预存有从端设备的PIN码、地址等，两端设备加电即自动建链，透明串口传输，无需外围电路干预。

一对一应用中从端设备可以设为两种类型，一是静默状态，即只能与指定的主端通信，不被别的蓝牙设备查找；二是开发状态，既可被指定主端查找，也可以被别的蓝牙设备查找建链。

扩展资料

1、蓝牙各种版本的区别：

蓝牙10 ：传输速率约1M/s。

蓝牙20+EDR：传输速率约2-3M/s，其中21+EDR是最经典的蓝牙，最大的特点是安全简易配对。

蓝牙30+HS（高传输蓝牙）：高传输24M/s，只有标注了"+HS"商标的设备才是真正支持80211高速数据传输。

蓝牙40（低功耗蓝牙）：它包括经典蓝牙、高速蓝牙和蓝牙低功耗协议，在30基础上功耗更低，主要面向对功耗需求极低、用纽扣电池供电的应用。其中41增加了物联网特性，支持批量数据交换率共存，42的最大特性是可以让多个蓝牙智能设备通过一个终端接入局域网或互联网。

2、蓝牙设备的分类

根据蓝牙设备不同的主要功能可以分为以下4种：

蓝牙接收器：功能是接收蓝牙信号，简单来说就是可以让有线耳机/音响变成蓝牙耳机/音响，让不具备蓝牙功能车载音响，变成蓝牙音响。

蓝牙发射器：功能是发射蓝牙信号，运用于一般家用，比如发射器与电视连接后，可以将声音传给蓝牙耳机，而不影响他人。

蓝牙接收+发射：顾名思义就是接收器和发射器的结合，让设备可以接收和接收蓝牙信号。

USB蓝牙适配器：通过插入设备的USB口接收蓝牙信号，比如连接蓝牙鼠键、蓝牙耳机，还能插入台式机使用，安装驱动，将普通电脑成变成带蓝牙功能的电脑。

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。

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在物联网时代，“蓝牙 Mesh”与 WI-FI 谁更具优势
2017年09月15日 15:47来源 : 升润科技
内容概要：
1 蓝牙 Mesh与 Wi-Fi传输范围对比。
2 蓝牙 Mesh网状网络能否取代 wifi。
3 而“蓝牙 Mesh”找到一个聪明的解决办法。
物联网一直是一个热门话题，一个重要原因应该是人们对智能家居的向往。不过随着现在科技的发展，人们对智能家居的要求已经不是仅停留在控制一两个物体的简单层面了，而是想把智能触角延伸到每个角落。过去这种智能延伸我们可能更多靠的是 wifi，但在2017年7月19日SIG宣布“蓝牙 Mesh”网络的到来，这让物联网的连接与应用情境变得更多元。
蓝牙与Wi-Fi优势对比
蓝牙有更低的功耗、小体积、低成本，适用于几台设备之间的短距离数据传输；Wi-Fi的特点是高带宽、长距离、更多的连接设备数目，适用于大规模、大范围的数据传输和信号覆盖。但随着物联网的普及，蓝牙与Wi-Fi相继升级，蓝牙升级到5版本，提高了带宽和传输范围；Wi-Fi推“Wi-Fi HaLow”，降低功耗延长电池续航。可以看出，这两者重点升级的方向都是对方所擅长的，也意味着它们将在消费级和企业级的物联网市场正面竞争。
蓝牙 Mesh与 Wi-Fi传输范围对比
Wi-Fi 的一大缺陷就是有距离限制，就是说一旦离开这个区域，你的设备就失去用武之地。除此之外，Wi-Fi 还有耗电问题，就手机而言，算是把屏幕关闭，耗电量也非常大。
而“蓝牙 Mesh”找到一个聪明的解决办法。这些装置彼此间连接，并将信号传递给附近另一个装置，形成元数据传输的互连装置网络或网格。这意味着讯息从一个装置传递到另一个装置，再到下一个装置，可以实现接力传输，理论上可以无限覆盖。同时，值得一说的是蓝牙 Mesh 网络不需复杂设定、配对或使用路由器等存取装置，因此并不会造成安装负担，反观采用其他智能家庭联网技术如：ZigBee、Z-wave 或其他厂商间自有的通讯技术，多需加装网关（Gateway）才能确保各种装置之间的沟通。

现在市场上百分之九十的运动手环都是蓝牙的，综合技术、成本等因素看的话，学校里用的也应该是蓝牙手环。而且现在蓝牙手环+蓝牙路由器可以实现教室、 *** 场等地大范围的蓝牙覆盖，学校只要安装了蓝牙路由器就能从后台监控和管理学生们的运动状况了，完全不需要学生带手机，放心。

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