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542物聯(lián)網(wǎng)中常見(jiàn)的通信技術(shù)有哪些？物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的第三次發(fā)展浪潮。通信技術(shù)能夠使物聯(lián)網(wǎng)將 感知到的信息在不同的終端之間進(jìn)行高效傳輸和交換，實(shí)現(xiàn)信息資源的互通和共享，是物聯(lián)網(wǎng)各種應(yīng)用功能的 關(guān)鍵支撐。通信技術(shù)有很多，下面選幾個(gè)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用比較適合的和大家詳細(xì)分析其特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。
LoRa是一種遠(yuǎn)距離的調(diào)制技術(shù)，由法國(guó)的Cycle。公司研發(fā)，后來(lái)被美國(guó)的Semtechf升特)收購(gòu)。其特點(diǎn) 是具備較長(zhǎng)的傳輸距離，它是基于線性擴(kuò)頻(CSS)的一個(gè)變種，具備向前就糾錯(cuò)的(FEC)的能力，同時(shí)具 備較高的接收靈敏度和抗噪聲能力。在國(guó)內(nèi)LoRa是運(yùn)行在免費(fèi)的頻段470?510MHz之間。
LoRaWAN是基于LoRa的一種通訊協(xié)議，相比LoRa它除了包含物理層的定義還包含了數(shù)據(jù)鏈路層的定 義，LoRa可以通過(guò)擴(kuò)頻因子(SF)調(diào)節(jié)通訊速率和距離，擴(kuò)頻因子越大傳輸速率就越小，但傳輸距離就會(huì)越 遠(yuǎn)。這就好比同樣油量的摩托車可以跑得快、跑得遠(yuǎn)，但是栽重很小，而貨車就可以帶很多東西，但是跑得就 會(huì)比較慢且距離很短。因此在設(shè)置擴(kuò)頻因子時(shí)就需要個(gè)根據(jù)數(shù)據(jù)量和傳輸距離做取舍。
LoRaWAN的單通道實(shí)際速率大約0.3-11kbps,目前國(guó)內(nèi)常用的終端芯片有SX1276和SX1278兩種， 網(wǎng)關(guān)芯片有SX1255、SX1301、SX1308等型號(hào)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型拓?fù)洌疵總€(gè)網(wǎng)關(guān)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸 到中央服務(wù)器，節(jié)點(diǎn)會(huì)將數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送至多個(gè)網(wǎng)關(guān)，由中央服務(wù)器進(jìn)行冗余檢測(cè)和其他的處理。其網(wǎng)關(guān)容量主 要取決于數(shù)據(jù)的并發(fā)大小。
LoRaWAN具有A類、B類、C類的通訊模式。
終端雙向通訊（A類）：
節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可以發(fā)送信息給網(wǎng)關(guān)，發(fā)送后會(huì)打開(kāi)兩個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的接收窗口用于接收網(wǎng)關(guān)的下行數(shù)據(jù)，通 過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)上下行的通訊。這種方式節(jié)點(diǎn)會(huì)在需要時(shí)隨時(shí)發(fā)送信息給網(wǎng)關(guān)，并不會(huì)與網(wǎng)關(guān)溝通確認(rèn)發(fā)送信 息的時(shí)機(jī)。這種方式其優(yōu)點(diǎn)是通訊邏輯簡(jiǎn)單，不會(huì)因?yàn)榕c網(wǎng)關(guān)確定數(shù)據(jù)上報(bào)時(shí)間而增加通訊次數(shù)導(dǎo)致電星的消 耗，但這種方式會(huì)遇到數(shù)據(jù)碰撞的問(wèn)題。此類方式適用于僅做數(shù)據(jù)上報(bào)、不需要精準(zhǔn)的執(zhí)行指令操作、對(duì)電量 消耗比較敏感，且能接受一定數(shù)量數(shù)據(jù)丟失的傳感器，適用與電池供電設(shè)備。
具備特定時(shí)間接收窗口的雙向通訊（B類）：
B類方式在A類方式的基礎(chǔ)上增加了更多的接收窗口用于接收數(shù)據(jù)，B類方式會(huì)通過(guò)接收網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的信標(biāo)來(lái) 完成時(shí)間同步，基于時(shí)鐘同步會(huì)按照設(shè)定在特定的時(shí)間開(kāi)啟更多的接收窗口，網(wǎng)關(guān)基于開(kāi)啟的窗口時(shí)間就可以 主動(dòng)給節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)了。這種方式適用于除了被動(dòng)的接收數(shù)據(jù)下發(fā)數(shù)據(jù)之外還需要在特定的時(shí)間下發(fā)數(shù)據(jù)被節(jié) 點(diǎn)。
最大接收窗口通訊（C類）：
C類方式除了在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其他時(shí)間接收窗口是一直處于開(kāi)啟中。這種方式功耗最大的，不過(guò)服務(wù)器可 以隨時(shí)下發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)延退最小。通常這種方式適用于有源設(shè)備或隨時(shí)需要接收數(shù)據(jù)和指令的執(zhí)行器。
綜合上面的信息可以得知LoRaWAN是一種覆蓋范圍廣（無(wú)遮擋十幾公里，有遮擋幾公里）、功耗低、傳輸速 率在十幾kbps、免費(fèi)可搭建私有網(wǎng)絡(luò)的通訊技術(shù)，結(jié)合這些特點(diǎn)我們可以分析出其大多是應(yīng)用在那些數(shù)據(jù)星 小、設(shè)備所在區(qū)域較廣、需要搭建私有網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景，比如農(nóng)業(yè)監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)采集、市政設(shè)備狀態(tài)的上報(bào)等行 業(yè)。
關(guān)于影響功耗的因素有很多比如通信類型、擴(kuò)頻因子、數(shù)據(jù)大小、通信間隔、電池容量、傳感器本身耗電 等，之前看了很多文章是說(shuō)LoRa可以使用XX年，但是絲毫不提以上影響待機(jī)時(shí)長(zhǎng)的參數(shù)，對(duì)于這種沒(méi)有參考 意義的數(shù)據(jù)真是看了不如不看。以下功耗參數(shù)是朋友實(shí)際項(xiàng)目的數(shù)值，雖然缺乏通訊模式、擴(kuò)頻因子、數(shù)據(jù)間 隔以及傳感器本身耗電的因素，但還是具備一些參考意義的。
NB-IOT是一種低功耗、覆蓋廣的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，它是構(gòu)建于現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)之上，占用200KHZ頻 段。只要開(kāi)辟出200KHZ頻段即可直接部署在GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)和LET網(wǎng)上。
聯(lián)通和移動(dòng)部署在900MHz、1800MHz頻段，電信部箸在800MHzo傳輸速率大于160kbps,小于 250kbps,采用雙半工模式。覆蓋范圍與LoRa基本無(wú)異郊區(qū)可達(dá)到十幾公里，市區(qū)可達(dá)幾公里，其低功耗方面主要在通訊協(xié)議上做了優(yōu)化，較少不必要的通訊數(shù)據(jù)，同時(shí)采用休眠機(jī)制節(jié)省電星消耗。 NB-IOT屬于授權(quán)頻段無(wú)法搭建私有網(wǎng)絡(luò)，因此我也沒(méi)有太細(xì)致的去了解其功耗和實(shí)際通訊速率。
由于NB-IOT可部箸在現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)上，所以目前一二線城市基本全部覆蓋。NB-IOT的比較適用于數(shù) 據(jù)量小、要求低功耗、設(shè)備區(qū)域較廣、設(shè)備移動(dòng)性強(qiáng)的場(chǎng)景，OFO就使用NB-IOT通訊，正好満足其數(shù)據(jù)量 小、低功耗、設(shè)備區(qū)域光數(shù)星多、且不斷移動(dòng)位置的需求。
ZETA是上?？v行推岀的非授權(quán)頻段的LPWAN （低功耗廣域網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是使用UNB （超窄帶）的 多信道通信，在傳統(tǒng)LPWAN的穿透性能基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)分布式接入機(jī)制實(shí)現(xiàn)快速部署。網(wǎng)上相關(guān)ZETA 的資料比較少，我是去拜訪過(guò)一次，了解到其特點(diǎn)是2KHz超低頻段（如果我沒(méi)記錯(cuò)的話），除了低功耗之外 在通訊協(xié)議上有點(diǎn)類似LoRa和ZigBee的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)多跳自組網(wǎng)，以及分配確認(rèn)通訊時(shí)間等機(jī)制，中繼設(shè) 備可以通過(guò)電池供電實(shí)現(xiàn)超過(guò)1年的工作時(shí)間。
以上說(shuō)的廣域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，下面我們就看看局域網(wǎng)的通訊技術(shù)。像是WIFI、藍(lán)牙都是常見(jiàn)的局域網(wǎng)通訊技術(shù)也都有在物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用，由于這兩中技術(shù)比較常見(jiàn)我們就 不多說(shuō)了，主要看看Zigbee在物聯(lián)網(wǎng)通訊方案的應(yīng)用和特點(diǎn)。
ZigBee是基于IEEE802.15.4協(xié)議的低功耗短距離的無(wú)線通信技術(shù)，它主要運(yùn)行在2.4GHz. 868MHz和 915MHZ3個(gè)頻段上，分別通訊速率是250kb/s、20kb/s和40kb/s。其接入設(shè)備量理論可以達(dá)到6萬(wàn)多個(gè)設(shè) 備（實(shí)際接入設(shè)備了受通訊速率的限制，無(wú)法達(dá)到理論接入星）常規(guī)通訊范圍約20米。作為物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù) 其同樣具備低功耗特點(diǎn)，在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池（5000~6000mah）可使用6個(gè)月以上 （僅做參考此參數(shù)未獲取各種影響功耗的詳細(xì)條件）。
ZigBee因?yàn)槭鞘褂玫拿赓M(fèi)授權(quán)頻段，所以是可以搭建私有網(wǎng)絡(luò)的。同時(shí)它還支持多跳通訊，也就是一個(gè) 設(shè)備即可接收數(shù)據(jù)也可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這樣就可以通過(guò)多跳的方式利用中繼設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到可以上云的網(wǎng)關(guān)。 在信號(hào)較弱的地方可通過(guò)增加中繼設(shè)備來(lái)提高覆蓋面積和信號(hào)強(qiáng)度，而不需要增加可以將數(shù)據(jù)上云的網(wǎng)關(guān)。
除上述特點(diǎn)為ZigBee還具備雙向確認(rèn)的特點(diǎn)，也就受控設(shè)備接收到指令后會(huì)反饋執(zhí)行結(jié)果給控制設(shè)備 （類似MQTT協(xié)議），同樣控制設(shè)備發(fā)出指令后也會(huì)監(jiān)控是否收到反饋信號(hào)，如果沒(méi)有收到則意味著數(shù)據(jù)發(fā)生 碰撞，控制設(shè)備會(huì)重新發(fā)送指令以達(dá)到指令的絕對(duì)執(zhí)行。針對(duì)控制類設(shè)備這點(diǎn)是十分友好。
之前聽(tīng)說(shuō)在小米有一個(gè)說(shuō)法是“有源設(shè)備用WIFI,無(wú)源設(shè)備用藍(lán)牙”，不過(guò)現(xiàn)在小米和云丁也都使用起來(lái)了 ZigBee.我想也正是因?yàn)閆igBee功耗低、速率高（相比LoRa）,完全可以滿足家庭類監(jiān)控設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備 的通訊要求，同時(shí)還可以通過(guò)中繼解決多房間的信號(hào)盲區(qū)以及搭建私有網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)小米和云丁才會(huì)用它的，尤 其是低功耗可搭建私有網(wǎng)絡(luò)這個(gè)特點(diǎn)，不知道小米會(huì)不會(huì)在小愛(ài)同學(xué)上添加ZigBee模塊，讓其可以實(shí)現(xiàn)指令 的本地儲(chǔ)存和執(zhí)行，畢竟網(wǎng)絡(luò)的異常還是比較常見(jiàn)，如果這些指令可以本地處理和執(zhí)行那么對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的 穩(wěn)定運(yùn)行也是十分重要的。
LoRa、ZETA、SUB-1Ghz：適用于大項(xiàng)目、大區(qū)域、設(shè)備數(shù)量多、數(shù)據(jù)星不大、設(shè)備固定的場(chǎng)景。例 如，樓宇城市的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等，或者農(nóng)業(yè)環(huán)境、設(shè)備的監(jiān)控和控制等，以及需要需要 搭建私有網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景。LoRa在協(xié)議、規(guī)范、生態(tài)都比較成熟，適合大部分企業(yè)使用。ZETA還在成長(zhǎng) 期，在協(xié)議上有一些優(yōu)勢(shì)，使用的話整體生態(tài)不太豐富成熟方案不太多。SUB-1Ghz需要自己開(kāi)發(fā)通訊協(xié) 議，工作星較大，擴(kuò)展其他品牌的設(shè)備比較困難，因此一般公司沒(méi)有太多精力去造輪子。
NB-loT：適用移動(dòng)性強(qiáng)、設(shè)備分散、設(shè)備數(shù)量大、數(shù)據(jù)量小、設(shè)備獨(dú)立無(wú)需多設(shè)備協(xié)同的運(yùn)行場(chǎng)景。例 如，移動(dòng)物品或車輛的監(jiān)控和控制、精度不高定位、樓宇城市的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等場(chǎng)景。 NB-IOT三大運(yùn)營(yíng)商在一二線城市都已經(jīng)鋪設(shè)，生態(tài)和方案都比較成熟沒(méi)有搭建基站的煩惱和費(fèi)用，不過(guò)需要 和手機(jī)一樣繳納通訊流量費(fèi)。
4G：適用于大數(shù)據(jù)量、功耗不敏感、移動(dòng)性強(qiáng)、使用地區(qū)偏遠(yuǎn)的場(chǎng)景。例如，車輛的通訊定位、鐵搭的 監(jiān)控和控制、無(wú)其他物聯(lián)網(wǎng)通訊覆蓋的區(qū)域、設(shè)備數(shù)星少不值得搭建網(wǎng)關(guān)的一些場(chǎng)地。
ZigBee、藍(lán)牙、WiFi：適用于小區(qū)域、數(shù)據(jù)量稍大、設(shè)備固定、設(shè)備數(shù)量少、需要多設(shè)備聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的場(chǎng) 景。例如，智能家居、獨(dú)立小商鋪等小區(qū)域的場(chǎng)所。ZigBee是比較適合上述場(chǎng)景的，其功耗、通訊速率合 適、協(xié)議完善穩(wěn)定，可通過(guò)多跳覆蓋一個(gè)中型場(chǎng)所。藍(lán)牙方案成熟，不過(guò)功耗稍微有點(diǎn)高，保持長(zhǎng)鏈接數(shù)量太 少。WiFi功耗太大，在無(wú)源設(shè)備基本無(wú)法使用，但通訊速率很高。
不同的場(chǎng)景和需求使用不同的通訊技術(shù)，在選型的時(shí)候可以先列岀硬性指標(biāo)，然后再這個(gè)范圍內(nèi)做有限的 調(diào)研和選擇。比如我們?cè)谶x擇時(shí)的兩個(gè)硬性的指標(biāo)是覆蓋范圍大、可搭建私有網(wǎng)絡(luò)。
