物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点

物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点,第1张

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。

2017年应该算是物联网的元年,也是真正发展的第一年。早在2015年的时候,一些咨询公司对物联网卡这个行业未来做了一个预估,表示到2020年全球的设备连接数能够到500亿,中国将占据20%的份额,市场规模将达到1万亿元。然而在2017年,仅仅是国内的物联网市场规模就已经超了1万亿元,所以说物联网发展壮大的速度是远远超过我们的预期。
在物联网行业,有一个名词我们经常可以听到,那就是NB-IoT。那到底什么是NB-IoT?NB-IoT俗称叫窄带物联网,其中的NB就是Narrow Band,窄带的意思。行业里有人说只有NB-IoT开始真正商用的时候,物联网才算真正开始发展。
这句话其实是有一定的道理,这需要从当前物联网行业的痛点和NB-IoT可以实现的功能来进行阐述。先说痛点,除了核心的技术之外,在实际使用的过程中,物联网行业这个设备有两个痛点:第一,物联网当前是一个2G/4G网络为主,许多地方它没有什么信号,比如说智能水电气表、共享单车、智能井盖、智能报警设施等这样一些设备,只要是放在外面的,靠电池供电的这么一些东西,几乎都是2G的网络,实际使用的时候,比如水电气表,有的是在地下室里面,有的是在一些角落的地方,这些地方有可能2G都信号比较弱,导致无法正常的能够进行数据回传。第一个痛点是设备能耗比较高,这个很好理解,比如说老人防丢的设备、智能的水电气表,市政设施等等,这样的终端电池顶多用1~2年,这还是在使用频率非常低的情况之下,像有的地方要求电表必须一天搜集一次数据的,可能几个月它就没电了。
NB-IoT
再说说NB-IoT的功能优势。
第一覆盖广。所谓窄带物联网就是说贷款很低,NB-IoT的最高带宽只有180KB,因此它的覆盖能力更广,可以轻松地穿透地下墙壁或车库等角落。根据测试穿透到地下一米是可以的,所以说水泥地表那都不是事。
第二能耗低。根据某设计院的测试表明,窄带物联网的设备能耗是其他设备的1/6~1/10,这就意味着以前只能用1~2年的设备,在窄带物联网的使用环境之下,可以用6~10年。比如说水电气表现在是7年换一次,完全就可以实现中途不更换了。
第三、连接数更多,与现有的技术相比,窄带物联网可以实现提升50~100倍接入数的这么一个能力。也就是说以前能容纳1万台设备同时工作,NB-IoT这样一个网络,现在能够容纳100万台,这是一个超级大的飞跃,所以NB-IoT的到来对于物联网来说完全是革命性的。
最后,NB-IoT是需要使用NB专用物联网卡(也称物联卡/SIM卡)的。
口袋物联是一家全行业物联网卡及创新应用解决方案提供商,通过技术赋能蜂窝物联网设备的连接能力,助力物联网行业跨界融合、集成创新与规模化发展,我们的愿景是“物联生活,口袋随行”。

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。

窄带物联网的一个扇区能够支持十万个连接,支持低设备功耗和优化的网络架构和低延时敏感度、超低的设备成本。窄带物联网是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信技术,2016年6月16日,NB-IoT技术协议的核心部分(CorePart)获得了3GPP无线接入网(RAN)技术规范组会议通过,性能标准也已制定并冻结,一致性标准由3GPPRAN5工作组制定,RAN5的终端一致性测试子工作组根据运营商和终端厂商共同完成,目前已初步完成两阶段的第一阶段测试。这些成就均标志着NB-IoT标准基本成熟,已初步具备商用的条件。

窄带物联网之所以能够在5 G时代被寄予厚望,是因为其本身的多覆盖、低能耗、低成本的特点所决定的。

一、窄带物联网

物联网时代已经慢慢开始取代互联网时代了。其中最为出名的就是我们的5G技术,这是一种承接物联网发展的梯次技术。其中,窄带物联网是与其一同支撑的。窄带物联网是基于蜂窝网络构建,是物联网的一个分支技术。消耗180千赫兹左右的宽带物联网,是目前消耗宽带最低的互联网。

二、窄带互联网的优势

5 G基站的建设帮助窄带物联网的无线接入,从2015年起我国就开始了这项工作。5 G助力窄带互联网实现万物互联,迎合70%以上的物联网场景需求,窄带物联网需要接入的宽度很短,并且能够实现广覆盖,在同样的频段下能够在速度上比一般网络速度提升一倍,其耗能相应较低,可实现十年内的不间断工作,单个连接模块的成本仅有二三十元不到。相比过去的蜂窝状网络结构,对于公共事业服务或工业 *** 作控制等垂直管理行业来说会很方便。

三、5G技术在其中发挥的作用

5G技术在窄带物联网中帮助满足了高传输、低消耗的物联网接入。万物互联让流量的消耗大大增加,对运营商而言是一次不可错过的“财机”。由于5G技术的低消耗、高传输、覆盖广的特点,窄带物联网和5G手可打造智慧城市,为窄带物联网的发展打下坚实基础。目前,5G技术已经逐步投入到各行各业中,窄带物联网也在不断开辟自己的发展道路,作为分支中的一员,二者属于强强联手,提高我们物联网企业的效率,改善顾客的使用感官。


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