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物联网中的那些联网技术汇总

物联网无线接入技术种类众多，包括Zigbee、WiFi、蓝牙等短距离通信技术和LoRa、SigFox、eMTC、NB-IoT等长距无线通信技术。其中，受业界青睐的低功耗广域技术LPWA既包括广域非授权频谱技术LoRa和SigFox，也包括授权频谱的eMTC和NB-IoT等。

NB-IoT

NB-IoT是指窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)技术，是一种低功耗广域(LPWA)网络技术标准，基于蜂窝技术，用于连接使用无线蜂窝网络的各种智能传感器和设备，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。

NB-IoT的特点

低功耗：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，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。
低成本：NB-IoT是基于LTE网络的技术，所以在现网LTE网络的基础上进行改造，就可以很快组网，很快扩大覆盖。目前各大运营商仍在大力推动LTE网络建设，也有利于NB-IoT的覆盖改善。
强连接：在同一****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架构。
广覆盖：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。

奇迹物联的低电压AM22E模组为例，AM22E 是一款超小封装 NB-IoT 工业级无线通讯模块。模块特点是超低功耗，广域覆盖，外围电路简单，客户易于开发，适合用于低速率低功耗的物联网通讯设备。内置工业级 eSIM，配套物联网卡管理平台, 移动 OneNET 平台，支持中国移动运营商，支持 Open CPU，定制开发，支持TCP/UDP/HTTP/LWM2M/MQTT/COAP。

LoRa

LoRa的名字是远距离无线电（Long Range Radio），作为一种线性调频扩频的调制技术。由多家厂商发起的LoRa联盟，以及推出不断迭代的LoRaWAN规范，催生出一个全球数百家厂商支持的广域组网标准体系，从而形成广泛的产业生态。

LoRa的特点

传输距离：城镇可达2-5 Km ， 郊区可达15 Km 。

工作频率：ISM 频段 包括433、868、915 MH等。

容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。

电池寿命：长达10年。

安全：AES128加密。

传输速率：几百到几十Kbps

WiFi

WiFi大家都比较熟悉，俗称无线宽带网，以更快，更大容量的通信而闻名，可以使用2.4 GHz和5 GHz频带在50 m范围内进行传输，是一种允许电子设备连接到一个无线局域网WLAN的技术。

基于WiFi的物联网传输技术具有以下优势：

成本低廉：相对于有线安装、维护、故障诊断和升级配线的成本

低功耗：采用低耗能设计，可应用于电池供电的产品中

可靠性高：在有线网络中大部分的故障是由连接器引起的，而无线系统则排除了这样的可能。并可满足在艰苦工业环境所要求的持久性和可靠性。

安全性：具有多种加密方式，保证数据传输私密性。

蓝牙

蓝牙是一种大容量，近距离无线数字通信技术标准，设计初衷是替代RS232电缆连接计算机外设在两个设备间进行无线短距离通信的最简单、最便捷的方法。

蓝牙技术的优点：“低功耗蓝牙”模式下实现了低功耗，覆盖范围增强，最大范围可超过100米；支持复杂网络：针对一对一连接最优化，并支持星形拓扑的一对多连接等；

智能连接：增加设置设备间连接频率的支持，Ipv6网络支持；

较高安全性：使用AES-128 CCM加密算法进行数据包加密和认证；

蓝牙模块体积很小，便于集成；

其缺点是不能直接连接云端，传输速度比较慢，组网能力比较弱，而且网络节点少，不适合多点布控。

ZigBee

ZigBee被正式提出来是在2003年，ZigBee的出现是因为蓝牙、WiFi无法满足工业需求，它的出现弥补了蓝牙、WiFi等通信协议高复杂、功耗大、距离近、组网规模太小等缺陷。

ZigBee优缺点

ZigBee是低成本、低功耗、低功率的短距离无线通信标准，是专为低速率传感器和控制网络而设计的无线网络规范，特点如下：
低功耗：由于ZigBee的传输速率低，****功率仅为1mW。
成本低：ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5~2.5美元。
复杂性低：ZigBee协议的大小一般在4~32KB。
时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延非常短
网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备， 一个区域内最多可以同时存在100个ZigBee网络, 一个网络中最多可以有65000个节点连接，网络组成灵活。
安全可靠：如果传输过程中出现问题可以进行重发，ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。
ZigBee的缺点：抗干扰性差，通信距离短，而且ZigBee协议没有开源。

eMTC

LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演进的物联网技术，在R12中叫Low-Cost MTC，在R13中被称为LTE enhanced MTC ，即eMTC。

eMTC的特性窄带LTE其中最主要的几个特性。第一，系统复杂性大幅度降低，复杂程度及成本得到了极大的优化；第二，功耗极度降低，电池续航时间大幅度增强；第三，网络的覆盖能力大大加强；第四，网络覆盖的密度增强。
eMTC具备LPWA基本的四大能力：一是广覆盖，在同样的频段下，eMTC比现有的网络增益15dB，极大地提升了LTE网络的深度覆盖能力；二是具备支撑海量连接的能力，eMTC一个扇区能够支持近10万个连接；三是更低功耗，eMTC终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，大规模的连接将会带来模组芯片成本的快速下降，eMTC芯片目标成本在1～2美金左右。

SigFox

SigFox成立于2009年，是一家总部位于法国Labège的法国公司。SigFox是为打造物联网的无线网络而生的，其优势在于没有传统无线网络的包袱，针对物联网的特点，压缩成本、广泛覆盖及提升速率，多适用海外智能制造等场景。

SigFox使用专有技术，使用较低的调制速率来实现更长的传输范围，SigFox工作在868MHz和902MHz的ISM频段，消耗很窄的带宽或功耗。SigFox无线电设备采用一种被称为超窄带(UNB)调制的技术，偶尔以低数据速率传送短消息，由于是窄带宽和短消息，因此对于仅需发送较小的不频繁数据的突发应用，SigFox是绝佳选择。当然，SigFox也有一些缺点，将数据发回传感器、设备（下行能力）受到严重限制，信号干扰可能成为问题。

结语

从演进方向上来看，目前物联网接入技术朝着低功率、广覆盖的方向发展的趋势日益明显。

对于传统的蜂窝网络技术，在5G的标准中，已经明确地将海量物联接入作为5G未来业务的重要方向之一，并3GPP已经把当下比较热的NB-IoT和eMTC技术定为了5G的技术之一。

在中国，三大运营商均在积极推进LPWA技术的应用，包括NB-IoT的商用以及eMTC的试点应用。此外，科技巨头纷纷入局LoRa，呈现出大中小型企业、传统企业与互联网企业共同参与的格局。

但是由于物联网业务的多样性，因此对网络的需求差异较大。在大多数场景下，物联网作为一个多样化的市场，没有任何一个技术可以解决所有问题，各种方案实施者和产品设计者要基于带宽、覆盖范围、网络容量、可靠性、电池寿命、成本、交互频率和扩展性等标准之间找到一个平衡来形成决策。

在未来，或许没有一种通信技术能够一统天下，各协议之间更多的是“互补效应”，而非“替代效应”。