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。

近日，由IEEESA（国际电气与电子工程师标准协会）组织的全球标准立项会在线上召开。在本次会议中，由四川长虹电子控股集团有限公司（以下简称“长虹控股”）牵头提交的《基于区块链的物联网零信任框架标准》，经过与会国际专家充分讨论，获得全票通过，正式立项，这也是全球首个“区块链+物联网安全”国际标准。

而此标准落地后，相关方将通过基于区块链的物联网零信任框架的推广，构建信任互联网，实现区块链技术在工业互联网、智慧家庭、智慧 健康 、智慧城市等主要场景的应用落地，将有助于加速推动我国实体经济数字化转型与高质量创新发展。

突破关键瓶颈

智慧家庭应用再提速

据了解，此次立项的《基于区块链的物联网零信任框架标准》，是IEEEC/BDL计算机协会区块链和分布式记账标准委员会下设的区块链赋能物联网安全工作组推出的首个标准提案。

“该标准将率先在标准层面提出运用区块链技术构建物联网零信任安全体系的技术思路，为物联网原生应用提供了可复制可扩展的分布式信任核心技术框架，以降低物联网安全体系的技术门槛和应用成本，突破了行业技术创新和应用发展的关键瓶颈。”长虹控股相关人士表示。

物联网安全性缺陷，在于缺乏设备与设备之间相互信任的机制，所有的设备都需要和物联网中心的数据进行核对，一旦数据库崩塌，会对整个物联网造成很大的破坏。而区块链分布式的网络结构，使得设备之间保持共识，无需与中心进行验证，这样即使一个或多个节点被攻破，整体网络体系的数据依然是可靠、安全的。

“这个框架的标准化将促进物联网应用 健康 发展，为物联网生态提供信任基础，使各参与方和利益相关方共同受益。”长虹上述人士称。

长虹信息安全实验室首席科学家唐博认为，区块链与物联网的结合将赋予智慧家庭领域商业模式安全性和新的活力。

在以智慧家庭和工业互联网为代表的物联网场景中，数以百亿计且数量不断增长的物联网设备（IoT）正在改变着现有的网络结构，传统的边界安全模式受到挑战，异构异主设备之间互联互通需要建立安全和可信赖的协同机制，因此迫切需要制定一个共同的框架，来应对物联网中大量存在的安全和信任挑战，以实现物联网端到端的安全可信。

“打破原本孤立的个体，区块链+物联网技术可以实现分布式协同网络。以区块链节点的形式将各类智慧家庭厂商、家电终端平台以及监管机构连接起来，实现真正的万物互联，解决关键瓶颈和核心痛点，也将增强智慧家庭生态的繁荣性和兼容性。”粤成股份创始人洪仕斌表示。

钉 科技 创始人丁少将认为，“任何人、事、物想要访问网络，都需要经过严密验证，从而为物联网构建安全屏障，这在一个‘万物互联’的未来，是十分有必要的。标准的推出，则可以更明确地指导‘零信任原则’在物联网领域的应用。加强互联互通的可行性和安全性，有助于智能家居的规模化更快地落地。”

“很长时间以来，中国企业往往热衷产品生产，而忽略标准的制定，使得中国产品在全球拓展中遭遇诸多技术壁垒，而此次长虹等企业率先制定全球首个‘区块链+物联网安全’国际标准，使得中国企业参与全球标准制定的能力有所增强。新型的技术需要相关的标准来引导相关生态产业的发展。对于新型技术的产业生态化和全球化方面，其巨大的商业潜力需要有相关的标准来引导相关生态产业的发展，中国企业已经走在前列，说明中国传统企业在标准、产品技术，产品壁垒的构建方面，其意识已经增强。”中国本土企业软权力研究中心研究员周锡冰表示。

全面布局物联网应用

给企业数字化转型以方向

区块链物联网是ITU标准组织主推的概念，2017年初，ITU-T成立SG20标准组，负责物联网及其在智慧城市和社区的应用的标准制定。国内主导企业是中国联通，中兴通讯，中国信科。

而家电企业牵头，尚属首例。

近年来，长虹控股立足于互联网面向物联网，加速转型升级，在2018年设立信息安全灯塔实验室，全面布局物联网应用区块链标准研制。

唐博表示，实验室将致力于推动该标准的研制和发布工作，征集从事物联网领域区块链应用研究、测试咨询和工程实践的相关企业、行业协会、高等院校、科研院所、服务机构，筹建区块链赋能物联网安全标准工作组，开展区块链与物联网安全融合创新的相关标准研制工作。

“传统企业智能化转型普遍面临研发成本高、成产效率低、运营能力不足的困境。目前长虹面向物联网转型成果显现出其在智能化转型上已走出自己的道路。长虹的AIoT战略不仅在推动自身转型，也在对外赋能，推动产业升级。整体来看，长虹的转型升级进展明显：在C端，长虹的智慧家庭解决方案不断完善；在B端，长虹已经拿下了多个产业冠军，比如，物联网模块，轨道交通电源等。”钉 科技 创始人丁少将表示。

“随着5G的普及，万物互联已经进入传统企业转型赛道，新型的商业模式构建成为传统家电巨头制造企业在升级和转型的一个风口。在此次转型中，长虹利用自己传统制造的优势，以及新时代的需求，长虹牵手制定的‘区块链+物联网安全’国际标准，将提升长虹自身的竞争优势。”周锡冰认为。

相关标准的落地也可谓意义巨大。

区块链物联网的垂直领域应用涉及众多领域：工业制造、联网的无人驾驶 汽车 、交通、公共技术设施和智能城市、金融服务和保险、家庭和商业房产管理、智能合约、零售等。

“未来家电巨头将在工业制造、无人驾驶、智能城市等领域，成为重要的支撑甚至是带领者，其正在展现出无可替代的作用。”中钢经济研究院高级研究员胡麒牧表示。

丁少将认为：“从长期发展的角度来看，该标准所能影响的产业及领域会是相当宽泛的，毕竟，‘物联网’在未来生产生活中本身就应该是泛在的。短期内该标准主要会给智慧家庭、智能可穿戴、智慧出行产业发展以标准和方向，以及制造业的数字化转型。

（编辑 乔川川）

物联网安全的特征是：感知网络的信息采集、传输与信息安全问题。

感知节点呈现多源异构性，感知节点通常情况下功能简单（如自动温度计）、携带能量少（使用电池），使得它们无法拥有复杂的安全保护能力，而感知网络多种多样，从温度测量到水文监控，从道路导航到自动控制，它们的数据传输和消息也没有特定的标准，所以没法提供统一的安全保护体系。

物联网的主要特征是：

物联网的主要特征有全面感知、可靠传递、智能处理。物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

是如何确保设备本身安全。某些设备或设施可能无人值守地运行，因此不受频繁的安全性影响。报告称，使这些设备防篡改可能是有利的，因为这种类型的端点强化可以帮助阻止潜在的入侵者获取数据。它也可能抵御黑客或其他网络犯罪分子的攻击。

作为一种最佳实践，安全端点强化可能意味着部署一种分层方法，要求攻击者绕过多重障碍，旨在保护设备及其数据免遭未经授权的访问和使用。企业应该保护已知的漏洞，如开放的TCP/UDP端口，开放的串行端口，开放的密码提示，Web服务器、未加密的通信、无线连接等注入代码的位置。

另一个保护设备的办法是根据需要升级或部署安全补丁。但请记住，许多设备供应商在构建和销售设备时并不关注安全性。正如调查报告指出的那样，许多物联网设备被破坏后是不可修补的，因此无法保证安全。在投资的设备采用工业物联网之前，需要评估设备的安全功能，并确保供应商对设备进行彻底的安全测试。

当物联网设备试图连接到网络或服务时，要小心地管理物联网设备的身份验证，以确保信任是非常重要的。公钥基础设施(PKI)和数字证书为物联网设备身份和信任提供了安全基础。

如何保障物联网的安全？

物联网安全解决方案

安全物联网  (Internet of Things in Safety)是在自然资源、交通、住建、水利、能源、文旅古建及其他存在安全隐患的领域，利用传感器、大数据、BIM、GIS及AI等技术，建立泛在安全物联网监测预警系统。

通过在目标监测区域部署多源高精度传感器，并利用无线通信方式形成自组织的网络系统，协同完成对监测目标结构安全状态的实时感知、采集和传输。

同时，借助嵌入式人工智能边缘计算和云计算技术，对监测目标进行智能分析，实现监测预警和超前预测预警，最终达到安全感知、智慧管养和平安中国的目的。

安全物联网的经济和社会价值主要体现在四个方面：

强国：灾情是中国国情日益重要的组成部分，防灾减灾能力是多灾之国综合国力的有效构成要素。

安全物联网技术和行业的发展是提升国家应对自然灾害和基础设施灾害的综合防灾减灾能力的重要支撑。

惠政：公共安全是新型智慧城市的明确诉求，安全物联网运用云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术，构建城市智能基础设施，实现城市管理的数字化、精确化、智能化，最终提升政府的行政效能和城市管理水平。

为民：随着城镇化和现代化进程的持续发展，人民群众日常高度依赖基础设施，同时基础设施领域灾害的发生也会造成严重的人员伤亡和经济损失。

安全物联网可以为各类基础设施提供实时安全监测预警系统，从而避免和减少重大灾害的发生，实现从救灾向减灾的战略转变。

兴业：安全物联网的应用场景还覆盖工业生产安全、基建施工安全、消防安全、环境安全等领域。 安全物联网的应用场景还覆盖工业生产安全、基建施工安全、消防安全、环境安全等领域。

百度百科-安全物联网

仅供参考，我没有做过这类测试，一点建议仅供参考；

互联测试，确认不同设备间的互联是否正常。

传输测试，确认数据能正常传输。

安全测试，互联后会否导致数据丢失和破译。

功能测试，保证基本功能能正常使用。

升级测试，保证能正常升级不会丢失数据或者服务挂掉。

随着对物联网的概念、内涵、技术、应用研究的不断深入，在环境、电力、物流、公共安全等领域和行业都涌现出众多物联网应用的典型案例。其中，公共安全领域作为物联网应用的重点领域，具有与其它物联网应用不同的特点和特殊的地位，有必要将公共安全领域的物联网应用（以下简称安全物联网）作为一个独立的概念进行深入研究。
1 、安全物联网的背景及其内涵
当前，中国正处于工业化、城镇化快速发展时期，各种传统的和非传统的、自然的和社会的风险及矛盾交织并存，公共安全和应急管理工作面临的形势更加严峻。主要有以下三个方面的问题：1）自然灾害处于多发频发期，近年来，极端气候事件频发，中强地震呈活跃态势，自然灾害及其衍生、次生灾害的突发性和危害性进一步加重加大；2）安全生产形势严峻，我国安全生产基础薄弱，一些地方和企业责任不落实、监管不到位，生产安全事故总量居高不下，重特大事故时有发生，预防事故发生和实施有效救援的任务繁重而艰巨；3）社会安全面临新的挑战，我国改革发展进入关键阶段，各种利益关系错综复杂，维护社会稳定的任务艰巨。
面对频发的造成大量人员伤亡和财产损失的公共安全事故，亟需构建公共安全监测物联网来感知公共安全隐患，以及解决突发事件发生后各部门之间如何互联互通等问题。
公共安全监测物联网是针对公共安全监测领域覆盖范围广、监测指标多、连续性要求高、所处环境不适合人工监测、感知的信息内容与人民群众的生活密切相关等特点，应用物联网技术尤其是传感器网络技术，构建的一个由感知层、网络层、应用层共同构成的信息系统工程。对公共安全的监测主要包含保障各类生产场景安全的监测、对生产者安全的监测、对特定物品安全的监测、对人员密集场所监控、对重要设备设施监控以及事故应急处理时对场景、人员、物品的信息搜集等。
2 、安全物联网在物联网发展中的地位
公共安全是国家安全和社会稳定的基石。为有效抵御各类人为或自然灾害的威胁，中国将加强公共安全保障措施作为政府工作的重点。公共安全监测物联网为解决我国面临的公共安全问题提供了一种新的思路，符合我国促进科技创新、走创新型国家发展道路的战略要求。
建立完善的公共安全监测物联网将为我国现在面临的桥梁隧道坍塌、危险物泄漏等安全问题提供切实有效的预防机制，全国范围内的公共安全监测物联网的互联更使得重大安全事件得以及时、有力、透明的解决。因此公共安全监测物联网作为与日常生活联系最密切、国家和人民最关注的公共安全领域的物联网应用，应该得到整个社会的重视和优先发展，坚持“政府主导、企业参与、社会支持、群众受益”的方针，通过公共安全监测物联网的发展来带动物联网在技术、应用、产业、标准方面的进步，使整个社会切身感受到公共安全监测物联网带来的公共安全隐患可靠预防和突发事件应急处理的优势，加强人们对物联网价值的认知程度。
3 、安全物联网的体系结构及关键技术
图1描述了公共安全监测物联网的网络架构，它的整体架构与物联网的整体架构相似，由感知层、网络层、应用层三部分组成。但由于公共安全监测物联网应用场景的特殊性，它具有一些其它物联网应用不具备的技术特点，总结如下：
（1） 在感知层，被感知信息的类型多样，实时性要求高，大多数信息的感知（如桥梁建筑物的安全状况，危险物品的监测等）要求精度高且很难通过人工手段检测。由于安全隐患的信息类型不确定性很高，在人员密集场所或高危生产场所应长时间部署大量不同类型的传感器，对感知层的组网策略、能源管理、传输效率、QoS、传感器的编码、地址、频率与电磁干扰等问题提出了更高的要求，这些问题也是公共安全监测物联网能否成熟应用的关键。
（2） 在网络层，由于公共安全监测物联网感知到的信息的涉及国家重点行业以及群众的日常生活，这些信息一旦泄漏或不正当使用都有可能危及国家安全、社会稳定以及人民群众的隐私；因此，公共安全监测物联网的信息内容有必要通过专用网络或者对3G移动网络采取安全防范措施后进行传输，保证信息的安全性、真实性和完整性。（3） 在应用层，针对海量的数据信息和安全隐患可能带来的严重危害，需要建立专有的不同级别的公共安全物联网服务平台。服务平台不仅应具有强大的信息处理及融合能力，还须具有安全隐患的识别以及预警能力，同时当突发公共安全事故时，及时联动相关的职能部门进行应急处理，争取将损失和影响减到最小。另外，将不同级别的公共安全物联网平台互联有利于根据安全事故的危害程度最大限度的调配资源，便于公共安全事件的及时、有效、透明解决。
图1 公共安全监测物联网架构针对公共安全监测物联网体系结构的特点，其涉及到的关键技术主要有：
a 针对公共安全监测领域的专用传感器的研发，包括增加传感器的监测信息类型、提高监测精度、减小体积、抗破坏、增强感知信息的抗干扰能力和保密能力等。
b 大规模传感器节点的自组织网络、协作感知技术、安全接入技术等感知层网络技术。
c 大规模传感器节点的编码、地址、频率分配与电磁干扰等问题。
d 网络层公共安全监测专用网络的结构、通信协议、异构的网络接入技术及网络安全技术等。
e 应用层主要涉及海量信息的智能处理、分析、综合技术以及统一的公共安全监测物联网服务平台的架构等技术。
图2描述了公共安全监测物联网服务平台的总体结构，系统平台将接收到的海量信息处理分析后由相应的服务模块进行处理，服务平台可以根据不同的公共安全监测应用添加不同的服务模块。公共安全事件应急处理部门联动系统负责当突发安全事件发生时及时调动资源进行应急管理，以减少损失和影响。
图2 公共安全监测物联网服务平台的总体结构4 、安全物联网的应用现状
在国内外，公共安全监测物联网已经存在众多应用案例，在公共安全领域发挥了明显的作用，例如：
美国MaterialTechnologies公司开发了一套裂缝诊断传感器系统，已经在宾夕法尼亚州检查了三座桥梁以及马萨诸塞州一座桥梁的裂缝，其传感器能够检测以每分钟几个分子的速度扩大的裂缝，从而提前几年发现可能对安全构成危害的裂缝。此外，早期诊断意味着道路修补人员执行的修补更为经济，因为当裂缝还小的时候，修补起来更加容易。
在韩国，为了保护市民的生命和财产，遏制犯罪、恐怖袭击、火灾，开始在城市内安全隐患区域安装感应系统，为保障市民安全，建立安全的城市做出很多尝试，如图3所示。
图3 公共安全物联网在城市安全方面的应用目前国内全长约266公里的玄武湖隧道是我国最大的城市浅埋明挖湖底隧道，其中湖底段长约166公里。由于地质条件、应力条件、环境影响复杂，隧道很可能受温度、荷载、地下水等因素影响，产生不均匀的沉降、横向开裂、渗水等问题。
南京大学光电传感工程监测中心将特殊的连续分布式光纤“植入”混凝土层中。从施工开始，直至通车运行至今，这些光纤一直对隧道“健康”进行着实时监测。
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