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。

通信世界消息（CWW）物联网是“中国制造2025”的核心组成部分，而NB-IoT是目前物联网众多标准技术当中最热门、最被看好的一项技术。窄带物联网（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。

全球范围内的运营商都在寻找新的应用模式，物联网的迅猛发展给通信产业带来新的生机。与传统的蜂窝通信不同，物联网要求有海量的连接数、低的终端成本、低的终端功耗和超强的覆盖能力。物联网通信能否成功发展的一个关键因素是标准化。这些年来，不同行业和标准组织都制定了一系列物联网通信方面的标准，大的就有LTE

R12和R13的低成本终端Category0及eMTC，小的更是难以计数。但从至今的部署情况来看，无论从终端成本、终端能耗和穿透覆盖等方面，这些技术标准都难以与免授权频谱的LoRA,
Sigfox等技术相竞争。

NB-IoT的出现一下子带来了希望。NB-IoT从2015年9月在3GPP

RAN立项以后，得到全球大多数的运营商、系统设备商、终端厂商的关注和响应。R13的NB-IoT协议于2016年6月冻结，这标志着一个具有巨大商业前景的、世界范围统一的物联网通信标准已经产生，为今后物联网的发展提供了广大的先机。

三位作者针对中国的NB-IoT、乃至物联网的产业链发展会起到积极的作用创作的《窄带物联网：标准与关键技术》对LTE
R13
NB-IoT的整体协议做了比较详尽和全面系统的描述，涉及网络架构、物理层的各类信道、空口控制面、空口用户面、关键过程、射频指标和后续演进。不仅讲述协议中涉及的关键技术，而且对重要的、但未被采纳的候选技术也进行了对比，呈现部分标准化的过程。书中还配有大量的性能分析。

NB-IOT是基于蜂窝的窄带无赖网成为万物互联网的一个重要分支。NB-IOT构建与蜂窝网络，消耗大约180KHZ的宽带，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或者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，也被叫做低功耗广域网，支持待机时间长、对网络连接要求较高的设备的高效连接。

NB-IOT的优势

强链接：

在同一基站的情况下，NB-IOT可以比现有无线技术提供50—100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络结构。

高覆盖：

NB-IOT室内覆盖能力强，比LTE提升20DB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

低功耗：

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感器监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池寿命是最本质的需求。NB-IOT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IOT设备 功耗可以做到非常小。

低成本：

NB-IOT无需重新建网，射频和天线基本上都是服用的。举个例子：就拿中国移动来说，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要请出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IOT的同时部署。低速率、低功耗、低宽带同样给NB-IOT芯片以及模块带来低成本的优势。

窄带物联网的出现，改变了物联网的应用。

仅供参考
物联网卡就是借助于某种场景的智能设备（智能穿戴、车载设备等）通过通信传输网络，是三大运营商面向物联网用户为智能终端设备提供的移动通信接入业务，具有上网速率快的优点。物联网卡成分多种多样方式，例如一些情景合适NB－IoT方式，一些情景合适一般2G／3G／4g方式。NB－IoT就是NarrowBandInternetofThings，俗称窄带物联网，其中的NB就是Narrow Band，窄带的意思。NB物联网卡朝向物联网技术行业中具备“小信息量、低速度、低能耗”特性的低能耗多源（LPWA）移动通信技术连接服务项目，主要提供短消息、数据信息，不提供视频语音。
NB物联卡与普通物联网卡的相同不同之处？
1、NB物联卡和普通物联卡相同之处是都不提供视频语音服务。
2、NB物联卡和普通物联卡的不同之处：
在网络上：NB物联卡是NB－IOT网络，一个独立的网络频段，属于4G，NB卡不兼容其他2／3／4g设备，不支持与手机之间的直接数据通信；普通物联卡一般是2G／3G／4G网络。
在面向用户上：NB物联卡覆盖广，能耗低，连接数更多，仅向集团客户开放，暂不对个人客户开放；物联卡可以对个人智能设备开放，比如智能手表等等。
在收费上：NB卡资费便宜；物联卡资费相对较贵。
什么是NB物联卡．中琛物联平台表示物联卡市场上有不少的设备需要使用到物联网NB卡，企业在批量采购NB卡的时候，需要提前与供应商进行需求沟通，避免因为沟通不充分影响设备的正常使用。

相对于4G网络，它的优势有以下四方面。
1、广覆盖，相比于同频段GSM有着20db的覆盖增益。
技术特点：功率谱密度提升，重复次数和编码增益。
2、低功耗。十年电池寿命。
技术特点：简化协议，芯片功耗低。功放效率高。发射/接收时间短。
3、大链接。相对于lte有着100倍链接数。
技术特点：频谱效率高，小数据包，低激活比。
4、低成本。一个模组成本约5刀，方便实现大规模部署。
技术特点：简化射频硬件，简化协议，减小基带复杂的。

国际物联网论坛主席 塞巴斯蒂安·齐格勒

论坛主持人

腾讯智慧零售 商务负责人母小海

当我们在讨论数字经济、智慧城市、智能经济等诸多相对较为宏观的话题时，我们无法忽略的是一个更接地气的命题，那就是“我们的消费能够多聪明”？

9月7日，在2019世界数字经济大会暨第九届中国智慧城市与智能经济博览会期间，国际消费物联网发展论坛同步举行。腾讯、中电海康、华为、荣事达等企业分别展示了各自在消费物联网的前沿技术、创新模式和实施方案，来自国内外物联网行业的院士、专家、政府领导及企业代表，也共同探讨了我国消费物联网发展现状与趋势。

腾讯传统零售正在被重新建构

近五年里，零售行业以肉眼可见的速度进行着剧烈的变革。

在腾讯智慧零售商务负责人母小海眼中，传统零售的“人货场”理论被颠覆——“人”发展为新的销售“场”，直接完成交易转化；“场”的疆域被重新定义，零售场景全时全域；“货”成为信息的载体，反向重构供应链。

“以前我们到一个商店里买东西，只能在营业的时间买，而且必须到店才能买。可现在我们去买东西，大概率会加导购的微信，他会发布一些新产品的信息，我们有什么服务也可以微信找他。相当于店从商场开到了手机里。”

这种场景下，腾讯提出：以“超级连接”为增长引擎，数字化用户驱动的全触点零售。

母小海是这样解释全触点的：“还是以去商店买东西为例，以前，我们的触点非常单一，只能靠和导购聊天，但现在太多元素可以成为触点了，公众号、微信群、搜索入口、IP内容、社交广告、KOL等。这也倒逼了我们零售商不应仅仅局限在把实体店做好，而是应该更多地考虑对全触点做立体化的应用。”

例如，他们与沃尔玛打造了业内首个破千万用户的小程序“扫玛购”，是实现现有客流数字化的典型案例。原先，这个小程序是为了解决排队收银问题的，因为对于沃尔玛超市来说，在高峰期多开一个收银通道，就要多招一个人。于是，他们为沃尔玛量身定制了这款程序，每件商品包装上都有二维码，人们只需要用手机扫码就能完成支付，不用再走收银的流程了。

“不到半年，沃尔玛通过这个小程序便积累了3000万会员，还利用线上返券等各种促销活动，提升了复购率，这是以前办张会员卡、填个电话号码无法办到的。”母小海表示。

华为引爆to C市场的时代已来

一开场，华为技术有限公司蜂窝物联网产品线副总裁刁志峰便解释了什么是蜂窝物联网：“一种与运营商强强联手的物联网。”

窄带物联网(NB-IOT)、增强机器类通信(eMTC)是蜂窝物联网的主要代表。以窄带物联网为例，它是一种基于窄带通信的技术方案，叠加于现有的移动通信网络上，为每个物联网终端用户分配如5kHz或者更小的带宽，以满足小数据量(数kbps)传输的需求，有支持海量连接、覆盖广、终端低功耗等方面的技术优势。

刁志峰认为，随着5G商用的到来，物联网已经进入到各行各业中，并即将在消费上迎来大爆发。从五大方面来看，引爆to C市场的消费物联网(NB-IoT)应用节点已到。

未来终端将出现更加开放的跨界融合，智慧家居从“单点智能”迈入“场景智能”时代，“人-车-家”智能互联场景加速到来；未来交互方式将更加自然、更加多元化，以多个屏幕为交互入口，家居设备将通过多类型传感器进行数据采集，综合判断用户需求，从而做出最精准的决策。

他举了个例子，“万物互联下，100台空调就有100个数据，掌握了这些数据，我们的厂家可以做很多的事情，to C的市场空间是非常大的。消费物联网的商业模式就是为用户提供无所不在的服务，家庭的方方面面都可以，我们的门锁、窗户、家电等，其中的结合创新是层出不穷的。”

欧盟专家

数据安全上面临挑战

国际物联网论坛主席塞巴斯蒂安·齐格勒介绍了欧盟在消费物联网上所做的一些应用项目，包括了自动驾驶、智慧农场、可穿戴设备等。在这些项目的推广过程中，他发现，消费物联网在数据安全上面临挑战。

“我们使用物联网，首要的就是要取得用户的支持。欧洲各个城市的市民对数据搜集是非常敏感的，我们要证明这个数据是有利于他们的。此外，我们还要跟他们解释什么是物联网，要听取他们的意见，根据他们的需求来改变，来满足他们的需求。”

该准则称，“随着人们将越来越多的个人数据委托给在线设备和服务商，这些产品的网络安全与我们家庭成员的人身安全一样重要。”

在消费物联网连接即将大爆发的前夕，消费物联网各类型的企业在迎来机遇的同时，也迎来更大的挑战。当前，如何破解各个生态之间的信息孤岛；如何把传统制造业的制造优势、商业思维优势相融合；如何改变企业的商业模式，让数据产生更大的价值，更便捷、更安全地为终端用户服务——这些问题无疑是当下急需深思并解决的。

NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网（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。
移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术，45G除了具有高达1Gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量M2M连接以及更低时延，将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。
对于电信运营商而言，车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生海量连接，远远超过人与人之间的通信需求。
NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。[1]
NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IOT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT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。[4]
因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP标准的首个版本预计在今年6月发布，到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。
目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状，余泉详细阐述了三个精彩观点：一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年，标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。
转向窄带物联网
对于LPWA网络所用到的窄带物联网（NB-IoT），运营商业已达成共识，应使用授权频谱，采用带内、防护频带独立部署。这一新兴技术可以提供广域网络覆盖，旨在为吞吐量、成本、能耗都很低的海量物联网设备提供支撑。
2015年11月，数家全球主流运营商联合设备商、芯片厂商和相关国际组织，在香港举办NB-IoT论坛筹备会，旨在加速窄带物联网生态系统的发展，成员包括中国移动、中国联通、Etisalat、LG Uplus、意大利电信、Telefonica、沃达丰、GSMA、GTI、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔。六家运营商成员还宣布，将在全球成立六个窄带物联网开放实验室，聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互 *** 作性测试和产品兼容验证。
目前，运营商已经在客户中展开预标准NB-IoT技术试点工作。例如，德国电信和沃达丰已经采取行动，利用现有基站进行预部署试点，预计试商用部署在2016年下半年进行，正式商用将从2017年初开始。
沃达丰的Ibbetson表示，对3GPP标准的整合充满信心，但他也指出这一过程缓慢而艰难。“希望窄带物联网能在2016年3月份前成为独立标准，同时我们需要尽快决定使用哪个频段。”
华为也希望相关标准能尽快得到确认，这样行业才能启动大规模的物联网部署。胡厚昆指出：“华为在技术方面已经准备就绪，希望能尽快抓住窄带物联网的机遇。”
窄带物联网具有四大优势：电池寿命长（超过十年）、成本低（每个模块不足5美元）、容量大（单个小区能支持10万连接）、覆盖广（能覆盖到地下）。
Ibbetson认为：“如果产业链不能将单模块成本降到两三美元以下，实现大规模应用，NB-IoT市场就做不起来。我们需要从全局角度出发，以极低的成本将物联网模块嵌入设备中。”
胡厚昆也认为，要想刺激NB-IoT大规模发展，通信模块成本必须低于5美元。如果成本降到1美元以内，则会带来爆发式增长。
即将步入爆发期
随着网络连接、云服务、大数据分析和低成本传感器等所有核心技术的就绪，物联网已经从萌芽期步入迅速发展的阶段，大多数分析师对此都表示认可。
埃森哲亚太区高科技和电子产业主管David Sovie指出，每个CIO都应尽快制定物联网发展策略，否则将会在竞争中落败。IBM研究院物联网全球战略计划主管Wei Sun表示，IBM各行各业的大客户都在探索物联网产品和服务。
越来越多的行业已经在使用物联网技术提高效率，提升客户满意度并降低运营成本。例如，汽车零部件、家用电器及安全系统制造商博世已经将很多产品线连接起来，并从移动互联技术，尤其是车联网领域的崛起中直接获益。
在医疗领域，飞利浦已经开发了多款电子医疗应用，包括一款供慢性病患者使用的贴片。该贴片使用传感器实时收集患者健康数据，并传输到云平台，医护人员可以对数据进行监控，并适时采取医疗干预措施。
飞利浦数字加速项目主管Alberto Prado指出，设备和系统的互 *** 作性是数字医疗行业崛起的关键。随着协作护理模式日益盛行，未来的医疗必然将整合所有资源，并以主动预防为主。
为了迎接物联网领域的巨大机遇，整个产业不仅需要推动技术创新，还需要推动商业模式创新和跨行业协作。由于用例、应用和商业模式纷繁多样，物联网市场将比移动市场更加碎片化。
胡厚昆表示：“这将有赖于产业链上不同的利益相关者精诚合作。在物联网时代，运营商需要将关注的重点由管理技术扩展至管理整个生态系统。整个行业正处在紧要关头，运营商需要立即行动起来，抓住这一新的蓝海机遇。”[4]
NB-IoT亟需开放的平台
“NB-IoT产业生态系统正在快速成长，它更需要运营商与IoT相关产业参与者精诚合作，携手共进。”谈及NB-IoT落地的挑战，余泉介绍。
就在MWC2016举办前一天，GSMA联合企业各方举办全球首届NB-IoT峰会，并在会上成立NB-IoT forum。该联盟成员包括全球主流运营商、网络设备厂家以及主要芯片模组厂家等诸多产业链企业。
余泉强调，有超过20家垂直行业企业参加了此次峰会，这是非常可喜的开端。“当然垂直行业供应商可能不是几十家，而是几千家，业界还有很多的工作要做。”余泉以智能抄表行业为例表示，目前家庭拥有水表、电表、煤气表以及暖气表等很多表，这些背后的企业很多。
如此多的参与方，会出现大量协同方面的问题，业界需要一个开放的平台加速产业的前进步伐。而且，新标准制定需要开放平台去推动。
对此，诸多运营商联合包括华为在内的电信设备商一起搭建了Open Lab。据悉，借助Open Lab，垂直行业厂家就能很轻松地在实际现网上验证自身的物联网应用、网络以及商业模式。

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