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。

物联网设备有条码、射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息。传感设备是基础设备。

物联网（IoT，Internetofthings）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

作为技术发展的新兴趋势，物联网也为半导体行业带来了许多新的机遇和挑战。如何为这些联网设备供电已经成为每个解决方案设计人员需要面临的问题。能量采集和无线电源技术能够帮助实现小型电池或者无电池解决方案，同时还能避免电源线的使用。
由于传感器节点的数量通常多达数十亿个，更换电池所花费的时间和成本是十分巨大的。因此很多无线传感器必须能够自行供电。从周围环境中采集能量成为了首选的解决方案，或者通过提升可充电存储设备的容量来延长电池更换的间隔时间，甚至无需更换电池。目前可以获得的能源多种多样，其中包括太阳能、热能和振动能，甚至是利用周围的无线电频率（RF）供能。TI的电源管理器件能够支持多种采集器、存储器和负载技术，以便从不同能源中尽可能多地采集能量。

此外，物联网也推动了半导体在例如可穿戴设备等低功率电子领域的全新投入。可穿戴设备虽然为个人健身带来了革命性的变化，但是这些微型设备所使用的不同充电线缆和接头也为消费者带来了诸多的不便。无线充电技术不仅可以消除这些烦恼，还能够提升总体用户体验，这也是这项技术逐渐被广泛采用的原因之一。据瑞士信贷集团（Credit Suisse）预测，在未来5年内，智能手机将成为可穿戴设备的“私有云”，而平均每个用户都会随身携带至少一到两个此类可穿戴产品。技术研究公司则预计，到2016年，可穿戴无线设备市场将会增长到60亿美元。

NB-IoT物联网套件通常具有以下基本接口：

电源接口：用于连接电源适配器或电池，为设备供电。

SIM卡接口：用于插入SIM卡以实现NB-IoT网络连接。

天线接口：用于连接天线，以实现设备与基站的通信。

UART接口：用于串口通信，用于与外部设备或控制器通信。

GPIO接口：用于输入/输出数字信号，可以与其他数字设备进行通信或控制。

ADC/DAC接口：用于模拟信号的输入/输出，可以连接传感器或执行器等。

I2C接口：用于I2C总线通信，可以连接其他设备如传感器、OLED显示屏等。

SPI接口：用于SPI总线通信，可以连接其他设备如SPI闪存、传感器等。

USB接口：用于与计算机或其他USB设备进行通信。

覆盖范围得到增强(增强20dB)。

支持大规模连接，100K端子/200KHz电池。

超低功耗，电池续航时间10年。

超低成本。

将信令开销降至最低，尤其是空中接口。

确保整个系统(包括核心网络)的安全。

支持IP和非IP数据传输。

支持短信(可选部署)。

一般来说，按照市场需求划分，我们将物联网设备分为三类：

1、没有流动性，数据量大(上行)，频段宽，比如城市监控摄像头。

2、机动性强，切换频繁，车队跟踪管理数据量小。

3、无移动性，数据量小，对抄表等延迟不敏感。

NB-IoT就是为满足第三类物联网设备需求应运而生的，即适用于无移动性、数据量小且对延迟不敏感的应用场景。

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