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。

蓝牙5和WiFi其实都是比较适合物联网应用的，具体的看产品的应用场景、是否需要联网以及内置协议啥的是WiFi 更适合，还是蓝牙更适合。

需要联网，对传输距离有要求，传输数据偏大的，毫无疑问，WiFi 会更加适合；

不需要联网，只是要高速率的数据采集、传输及智能控制，则蓝牙50会更为适合，低功耗，工业级，高性能的50蓝牙模块SKB501就蛮适合的。

网格技术基本概念:
一家票务公司要销售滚石乐队的告别演出门票，IT部门经理担心，开始网上售票后，公司的服务器和软件会不会不堪重负但实际上该公司并没有增加数十个服务器和存储系统，有关IT人员只是拧开开关，将公司的骨干网与一个“网格”相联。结果公司在3分钟内销售了90万张门票，没有一个顾客因系统处理能力不足而被拒之门外。
上述情景并非可望而不可及。网格作为一种能带来巨大处理、存储能力和其他IT资源的新型网络，可以应付临时之用。网格计算通过共享网络将不同地点的大量计算机相联，从而形成虚拟的超级计算机,将各处计算机的多余处理器能力合在一起，可为研究和其他数据集中应用提供巨大的处理能力。有了网格计算，那些没有能力购买价值数百万美元的超级计算机的机构，也能利用其巨大的计算能力。
计算的“乌托邦”？
Gartner公司的Rob Batchelder认为，网格的构想一直是计算领域的“乌托邦”，在科技应用上虽有巨大前景，但最大的缺陷是缺乏明显的商业应用。自20世纪90年代在欧美出现以来，网格主要被用于帮助分散的大学研究人员分析粒子加速和巨型望远镜的数据。但在过去的两年中，网格的概念和GlobusToolkit已在研究和教育领域得到广泛应用，数十项全球性的大项目采用这些技术，以挑战科学计算中的海量计算问题。
目前网格技术虽主要为学术机构所控制，但企业也在陆续跟进。事实上，全球网格论坛（GlobalGridForum)的主要赞助企业就包括Unilever——一家以经销肥皂、冰淇淋著称的企业。与许多正在研究和评估网格技术的企业一样，Unilever自己对于如何利用此技术仍秘而不宣。而Johnson&Johnson与Merck等制药公司、BMW与波音等制造企业却已利用这一技术的处理能力和存储空间进行仿真试验，例如药品能否保护细胞免受病毒侵袭？飞机机翼是否会在暴风雨中折断？
基因研究是网格技术的自然应用，这一领域所需的投资很难由一家企业来承担，生物科技企业可用网格技术来分析基因数据;医生可以用网格技术制作出病人器官的三维模型，作为诊断疾病的辅助手段;网格可以处理来自商店现金记录或金融市场的数据流。其他行业，如航空、保险、运输和国防，也会从中受益。如此看来，网格计算并非是可望不可及的乌托邦，其商业应用的广阔前景就在眼前。
争夺控制权
网格计算被誉为继Internet和Web之后的“第三个信息技术浪潮”，有望提供下一代分布式应用和服务，对研究和信息系统发展有着深远的影响。主要IT厂商早就为获得网格计算的控制权展开了竞争。
Sun公司日前发布了“网格引擎”企业版53的测试版，使企业内部的计算机网格更容易联接，提供更好的管理和资源分配。网格引擎软件提供了开放源代码版本，自2000年发布到目前为止，共被下载了12万次，共有118万个CPU利用该软件进行管理。Sun公司技术产品营销经理PeterJeffcock认为，网格计算有明显的三个阶段:群集网格、校园网格和全球网格，目前发布的GridEngine企业版53使Sun向功能校园网格迈进了一步。Sun还与竞争对手一起支持AVAKI与Globus等行业组织，积极参与网格计算开放标准的建立。
Microsoft的研究部门也参与了各项分布式计算研究项目，包括容错远程文件系统Farsite，以及建设分布式系统的Millenium；HP也表示将提供Coolbase软件，使用户可以通过Internet共享各种计算设备;Compaq宣布正在制定一个全球性的网格计算解决方案计划，向寻求网格计算系统的客户提供软硬件和技术支持。为此，Compaq与加拿大PlatformComputing结盟，充分利用该技术，以及CompaqTru64UnixAlpha服务器系统和运行Linux的CompaqProLiant服务器，为用户提供完整的、集成的、开放的网格解决方案。Compaq还建立了网格计算高级研究中心，继续对该技术进行研究。日本的企业在网格计算方面也跃跃欲试。NTT宣布将于2002年中期开展为期6个月的网格计算试验，参与者包括了Intel、SGI等。
今年8月，IBM宣布在网格计算领域投资40亿美元，在全球建设40家数据中心，正式进入网格计算领域。IBM被英国政府选中，负责NationalGrid(国家网格)项目，这项预算达2500万美元的网格会把8所大学的计算机相连。IBM目前正与美国的宾夕法尼亚大学合作，将数家医院联接，构建一个复杂的计算网格。参与的医院可快速利用远方的医疗数据，并共享分析程序。日前，IBM还宣布了一项名为北卡罗莱纳生物信息科学网格的项目，涉及60家企业、大学和生物医学研究公司，这是全球第一个主要由私营行业参与的网格项目。而此时距IBM进入网格计算领域仅仅3个月。看来IBM是要立志做网格技术的“领头羊”。
那么，这一项目的实施是否标志网格计算已开始进入商业应用呢？
标准是成功关键
就像TCP/IP协议是Internet的核心一样，构建网格计算也需要对标准协议和服务进行定义。目前，包括Global Grid Forum、研究模型驱动体系结构（Model Driven Architecture）的对象管理组织(OMG)、致力于网络服务与语义>　据悉，负责开发蓝牙技术标准的蓝牙组织联盟宣布蓝牙技术将要进行一系列的重大调整，以便支持网络连接的需求高速增长。据近几年物联网蓝牙的市场数据报告显示，蓝牙技术的革新将会带动明年乃至以后物联网的飞速发展，尤其是智能穿戴设备、智能家居、智慧医疗以及健康保健等领域。
物联网蓝牙发展以后将会普及哪些领域？
物联网近年来高速发展，几乎覆盖了所有智能应用化设备主要是基于蓝牙技术受众面广阔，蓝牙标准以智能化、低功耗、高连接速度、低成本等特性，在物联网应用市场占据了主要核心位置。目前蓝牙技术已被广泛应用于智能家居、消费电子、智慧医疗、汽车、智能穿戴设备和智能建筑设备在内的所有物联网智能产品中，加速人与万物互动的步伐。
可以确切的说蓝牙已经成为物联网中最庞大的无线通讯技术。物联网目前的发展趋势逐渐由概念变为现实，而蓝牙技术就是这一切发展过程的核心。
物联网蓝牙发展以后将会普及哪些领域？
近年来很多蓝牙方案厂商开发出高效率、低成本、简单实用及使用寿命很长的蓝牙模块解决方案，这种百花齐放的局面也使得整个产业为之振奋。升润科技是一家专注于低功耗蓝牙40、41和42解决方案研发的ODM厂商，在物联网低功耗蓝牙解决方案有多年的研发经验及稳定的研发团队，运用蓝牙41标准协议栈为基础，开发出可支持移动支付、多对多连接、智能家居管理、健康数据追踪等智能可穿戴设备的解决方案，是集多设备管理于一身的蓝牙模块解决方案，具有很强服务便捷性能。
在未来不论是智能家居场景还是自动化工业、消费电子和建筑物，所有的物与物都会实现互联互通，而蓝牙连接技术通过IP连接能实现在现有的基础设施上创造更多的智能化服务，这将会创造更多通过蓝牙技术拓展物联网应用的新趋势。
“在传统应用中人机交换接口设备、健康管理、临近感测，到最近新兴的智能穿戴、智慧医疗、智能家居、无线充电、车载甚至工业40都有物联网蓝牙的身影所在“目前蓝牙解决方案细分市场中，还没有一种应用方案的市场份额超过35%。是因为市场的碎片化，对蓝牙解决方案研发厂商来讲，设计蓝牙解决方案的时候主要是按其市场及利益为基础点的”，所以物联网消费者很难挑选到合适的蓝牙解决方案。升润科技技术总监介绍：挑选合适的蓝牙解决方案应从几个维度进行分析，“研发厂商的规模实力、方案更新的频率、是否适用于最新智能设备上”，从这几个方面进行分析会更理智的挑选出适用蓝牙解决方案。
也许，在未来的几年里物联网蓝牙强大的整合系统能够很好的支持智慧交通、智慧物流、智慧城市应用领域。

现在无线通读热了起来。三个最大的Wifi、ZigBee、蓝牙它们三个始终困惑着我。那么它们三个有什么区别呢

Zigbee 和蓝牙都是一项无线通信技术。ZigBee的传输距离视发射功率而定，有几百到几千米不等，不过传输率却只有250kps的，但是这个只是理论值。一般也就20-30kps而蓝牙的传输距离仅仅只有10米左右，传输速度是18M/s~21M/s，zigBee应用于智能家居的比较多，而蓝牙应用于特别短距离的文件传输。

社会的不断发展，无线的优点已经逐步显现。如;无线通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制：无线通信可以随时架设，随时增加链路，安装、扩容方便;无线通信可以迅速(数十分钟内)组建起通信链路，实现临时，应急、抗灾通信的目的：而有线通信则有地埂的限制、较长的响应时间。无线通信在可靠性、可用性和抗毁性等方面走出了传统的有线通信方式，尤其在一些特殊的地理环境下，无线比有线方便得多。随着无线通讯的发展及成熟。在工业控制、医疗、汽车电子。都广泛的应用

ZigBee、Wi-Fi、蓝牙和几种无线技术的对比如下表所示：

1、WIFI，WIFI是目前应用最广泛的无线通信技术，传输距离在100-300M，速率可达300Mbps，功耗10-50mA。

2、Zigbee，传输距离50-300M，速率250kbps，功耗5mA，最大特点是可自组网，网络节点数最大可达65000个。

3、蓝牙，传输距离2-30M，速率1Mbps，功耗介于zigbee和WIFI之间。

这3种无线技术，从传输距离来说，是WIFI》ZigBee》蓝牙;从功耗来说，是WIFI》蓝牙》ZigBee，后两者仅靠电池供电即可;从传输速率来讲，是WIFI》ZigBee》蓝牙。

目前来说，WIFI的优势是应用广泛，已经普及到千家万户。ZigBee的优势是低功耗和自组网;电力载波的优势是传输速率;蓝牙的优势组网简单。然而，这3种技术，也都有各自的不足，没有一种技术能完全满足智能家居的全部要求。

ZigBee基于IEEE802154标准的低功耗局域网协议，是一个开放的无线网络状网络技术。与传统星型、点对点、网状网络采用最低成本节点为所有联网设备提供覆盖的架构不同，ZigBee采用动态、自主的路由协议，基于AODV的路由技术。在AODV中，一个节点需要连接时，则将广播一条路由请求报文，其他节点在路由表中查找，如果有到达目标节点的路由，则向源节点反馈，源节点挑选一条可靠、跳数最小的路线，并存储信息到本地路由表以便用于未来所需，如果一条路由线路失败，节点能够简单的选择另一条替代路由线路。如果源和目的地之间的最短线路由于墙壁或多径干扰而被阻塞，ZigBee能够自适应的找到一条更长但可用的路由线路。这种独特的架构使ZigBee拥有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率的特点。

ZigBee基于IEEE802154标准的低功耗局域网协议，是一个开放的无线网络状网络技术。与传统星型、点对点、网状网络采用最低成本节点为所有联网设备提供覆盖的架构不同，ZigBee采用动态、自主的路由协议，基于AODV的路由技术。在AODV中，一个节点需要连接时，则将广播一条路由请求报文，其他节点在路由表中查找，如果有到达目标节点的路由，则向源节点反馈，源节点挑选一条可靠、跳数最小的路线，并存储信息到本地路由表以便用于未来所需，如果一条路由线路失败，节点能够简单的选择另一条替代路由线路。如果源和目的地之间的最短线路由于墙壁或多径干扰而被阻塞，ZigBee能够自适应的找到一条更长但可用的路由线路。这种独特的架构使ZigBee拥有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率的特点。

正因为ZigBee这些特点，使其主要适用于自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制，典型应用如无线传感网络，在家庭/商业自动化领域、智慧能源、健康医疗及零售等领域，ZigBee也被证明是可靠的无线网络解决方案。 在开发24 GHz ZigBee无线网络应用时，设计工程师通常会面临系统分割的选择：对ZigBee的连接性及网络处理解决方案而言，最佳的整合层级为何从效能、功耗及成本的角度来看，何者是最适合的选择——是将24 GHz无线收发器及处理核心整合为单芯片解决方案的ZigBee系统单芯片(SoC)比较好还是具有独立收发器及主处理器的离散式方案较佳

而随着ZigBee在自动化控制、移动互联网络、智能可穿戴设备领域越加频繁的应用，业内对于低耗能传感器及芯片在连通性和兼容性方面有着迫切的要求。对此，ZigBee联盟推出新协议920IP，该标准是全球首个基于互联网通讯协定第6版(IPv6)的无线网格网络(Mesh Networking)解决方案，未来将应用于低耗电量和低成本的家庭能源管理的网格网络及其相关设备中，提升物联网设备的能效和互通性。随着此协议的推出，ZigBee在物联网中的功能逐步完善，物联网设备效能将会极大提高。

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