一文盤點(diǎn)10大連接數(shù)百億終端的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　目前，無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)按照傳輸距離遠(yuǎn)近可分為短距離無線連接技術(shù)和長距離無線連接技術(shù)。下面分別列舉了各自的5種主要技術(shù)，包括藍(lán)牙，Wi-Fi，NFC，ZigBee，UWB以及GPRS，5G，NB-IoT，LoRa，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。

　　互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展到今天，人們生活的便利度已經(jīng)被極大的提高。在家有Wi-Fi，出門有4G，定位有GPS等等，似乎網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為繼衣食住行之后的又一重要組成部分，覆蓋生活的方方面面，但在萬物互聯(lián)時代，網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)需要進(jìn)一步迭代。

　　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)一般被分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層，其中網(wǎng)絡(luò)層處于物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的樞紐位置，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接方面扮演著舉足輕重的作用。物聯(lián)網(wǎng)的最終目標(biāo)仍然是服務(wù)于人，因此，具有更高便攜性的無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)得到了更廣泛的關(guān)注。在互聯(lián)網(wǎng)時代已經(jīng)發(fā)展出一大批無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，面向萬物互聯(lián)，無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)得到了更好的發(fā)展。

　　目前，無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)按照傳輸距離遠(yuǎn)近可分為短距離無線連接技術(shù)和長距離無線連接技術(shù)。下面分別列舉了各自的5種主要技術(shù)，包括藍(lán)牙，Wi-Fi，NFC，ZigBee，UWB以及GPRS，5G，NB-IoT，LoRa，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。

　　一、短距離無線連接

　　1. 藍(lán)牙

　　藍(lán)牙( Bluetooth)是一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換(使用2.4—2.485 GHz的ISM波段的UHF無線電波)。藍(lán)牙可連接多個設(shè)備，克服了數(shù)據(jù)同步的難題。從音頻傳輸、圖文傳輸、視頻傳輸，再到以低功耗為主打的物聯(lián)網(wǎng)傳輸，藍(lán)牙應(yīng)用的場景也越來越廣。

　　前兩代藍(lán)牙技術(shù)都是技術(shù)的塑形階段，將藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展成為一種可靠、安全、實(shí)用的傳輸通信技術(shù)。隨著3G時代的到來，藍(lán)牙技術(shù)也邁入高速率傳輸?shù)牡谌?。第三代藍(lán)牙技術(shù)傳輸速率高達(dá)24Mbps，核心是使用AMP技術(shù)，允許藍(lán)牙協(xié)議棧針對任一任務(wù)動態(tài)地選擇正確射頻。僅僅一年之后，藍(lán)牙就進(jìn)入了4.0時代，第四代藍(lán)牙技術(shù)是迄今為止第一個藍(lán)牙綜合協(xié)議規(guī)范，將藍(lán)牙的傳輸距離提升至100米以上，響應(yīng)速度更快，最短可在 3 毫秒內(nèi)完成連接設(shè)置并開始傳輸數(shù)據(jù)，并在傳輸速率、隱私保護(hù)以及可拓展性方面進(jìn)行了極大提升，極大提高了技術(shù)價值。

　　2016年，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)口，藍(lán)牙技術(shù)更新至5.0。藍(lán)牙 5.0 在低功耗模式下具備更快更遠(yuǎn)的傳輸能力，傳輸速率是上代技術(shù)的兩倍(速度上限為2Mbps)，有效傳輸距離是上代技術(shù)的四倍(理論上可達(dá) 300 米)，數(shù)據(jù)包容量更是上代技術(shù)的八倍。同時，為了更好的服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)，藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展了一套Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，有別于傳統(tǒng)的藍(lán)牙連接的“一對一”配對，Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠使設(shè)備實(shí)現(xiàn)“多對多”的關(guān)系。因此，Mesh網(wǎng)絡(luò)可以分布在制造工廠、辦公樓、購物中心、商業(yè)園區(qū)以及更廣的場景中，為照明設(shè)備、工業(yè)自動化設(shè)備、安防攝像機(jī)、煙霧探測器和環(huán)境傳感器提供更穩(wěn)定的控制方案。

　　隨著藍(lán)牙5.0技術(shù)的出現(xiàn)和藍(lán)牙Mesh技術(shù)的成熟，大大降低了設(shè)備之間長距離、多設(shè)備通訊的門檻，為未來的 IoT 帶來了更大的想象空間。

　　2. Wi-Fi

　　Wi-Fi技術(shù)已經(jīng)越來越成為目前生活中的標(biāo)配，不只是手機(jī)、電腦等，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也支持Wi-Fi。我們目前所使用的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)是最早于1997年發(fā)布的802.11b演變而來，802.11b的速率僅為2Mbps，1999年提出的802.11g將速率提升至11Mbps。目前最新的802.11ax理論最大速率10Gbps左右。

　　Wi-Fi有兩種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)：一對多(Infrastructure模式)，和點(diǎn)對點(diǎn)(Ad-hoc模式，也叫IBSS模式)。最常用的Wi-Fi是一對多結(jié)構(gòu)的，例如日常使用的無線路由器是路由器+AP(接入點(diǎn))，可接入多個設(shè)備。此外Wi-Fi還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)，比如兩個筆記本可以用Wi-Fi直接連接起來不經(jīng)過無線路由器。

　　傳統(tǒng)的Wi-Fi使用2.4G頻段，隨著使用2.4Ghz頻段的設(shè)備越來越多，相互之間干擾增強(qiáng)，因此第五代Wi-Fi技術(shù)研制了運(yùn)行在5GHz以上的高頻段。理論上5G頻段相較2.4G速率更快，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，2.4G穿墻衰減更少，傳播距離更遠(yuǎn)，但使用設(shè)備多，干擾大;5G網(wǎng)速更穩(wěn)定，速率更高，但穿墻等衰減大，覆蓋距離小。

　　標(biāo)準(zhǔn)WiFi(基于802.11a/b/g/n/ac)通常不是物聯(lián)網(wǎng)的最佳技術(shù)，但由于Wi-Fi技術(shù)目前應(yīng)用的廣泛性，某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以利用已安裝的標(biāo)準(zhǔn)WiFi，在室內(nèi)或校園環(huán)境投入使用。基于802.11ah的WiFi HaLow是專為物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計，但它需要獨(dú)立(與標(biāo)準(zhǔn)WiFi相比)基礎(chǔ)設(shè)施和專用客戶端，復(fù)雜度相對較高。目前最新提出的802.11ax已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)物聯(lián)設(shè)備的使用，但在以后的物聯(lián)網(wǎng)中是否采用802.11ax，仍將取決于802.11ax客戶端的成本以及客戶端和AP進(jìn)入市場的速度。

　　3. NFC

　　NFC，Near-field communication，中文常翻譯為近場通信。NFC是一種短距高頻的無線電技術(shù)，屬于RFID技術(shù)的一種，工作頻率在13.56MHz，有效工作距離在20cm以內(nèi)。其傳輸速度有106Kb/s、212Kb/s或者424Kb/s三種。通過卡、讀卡器以及點(diǎn)對點(diǎn)三種業(yè)務(wù)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與交換。

　　NFC最早是于2002年提出，并廣泛應(yīng)用于公交卡、門禁卡等領(lǐng)域。一直默默無聞的NFC技術(shù)直到物聯(lián)網(wǎng)時代的到來而重新煥發(fā)生機(jī)。

　　NFC技術(shù)被廣泛應(yīng)用于支付場景

　　NFC技術(shù)存在很多優(yōu)點(diǎn)，例如通信保密性好、無功耗、方案的成本較低等，尤其NFC能夠通過簡單的碰觸瞬間完成連接。在整合至IoT設(shè)備中之后，可以通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)收集與用戶有關(guān)的習(xí)慣和使用方式等數(shù)據(jù)，之后再提供給云端或大數(shù)據(jù)服務(wù)器作數(shù)據(jù)分析，提高用戶生活素質(zhì)。未來在智能家居、支付以及智慧城市等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼜V泛的應(yīng)用。但NFC的通信距離短，通信速率低等也是它的缺點(diǎn)，限制了NFC只適合特定的某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　4. ZigBee

　　ZigBee是一種可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上的無線連接技術(shù)，分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10—75m的范圍內(nèi)，但可以繼續(xù)增加。

　　在組網(wǎng)性能上，ZigBee可以構(gòu)造為星形網(wǎng)絡(luò)或者點(diǎn)對點(diǎn)對等網(wǎng)絡(luò)，在每一個ZigBee組成的無線網(wǎng)絡(luò)中，連接地址碼分為16b短地址或者64b長地址，可容納的最大設(shè)備個數(shù)分別為216和264個，具有較大的網(wǎng)絡(luò)容量。

　　在無線通信技術(shù)上，采用CSMA-CA方式，有效地避免了無線電載波之間的沖突，此外，為保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，建立了完整的應(yīng)答通信協(xié)議。

　　另外，ZigBee設(shè)備具有低功耗，數(shù)據(jù)傳輸速率低，兼容性高以及實(shí)現(xiàn)成本低等特點(diǎn)，現(xiàn)已發(fā)展至3.0版本，廣泛應(yīng)用于智能家居、智慧醫(yī)療、智能樓宇以及能源等領(lǐng)域。

　　5. 超寬帶(UWB)

　　超寬帶技術(shù)是近年來新興的一項全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信無線新技術(shù)。它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有3.1～10.6GHz量級的帶寬。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　除了高傳輸速率外，UWB技術(shù)還有發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)，抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)定位領(lǐng)域可得到了較為精確的結(jié)果，廣泛應(yīng)用于小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。除此之外，這種新技術(shù)適用于對速率要求非常高(大于100 Mb/s)的LANs或PANs。

　　二、長距離無線連接

　　1. GPRS

　　GPRS是通用分組無線電服務(wù)(General Packet Radio Service)的縮寫，是終端和通信基站之間的一種遠(yuǎn)程通信技術(shù)。

　　GPRS可以說是GSM的延續(xù)，它以封包的方式來傳輸數(shù)據(jù)，不獨(dú)占頻道，因此可以較好利用GSM上空閑的頻道資源。GPRS的傳輸速率可達(dá)到56~114Kbps。用戶通過使用該項數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以連接到電信運(yùn)營商的通信基站，進(jìn)而連接到互聯(lián)網(wǎng)，獲取互聯(lián)網(wǎng)信息。

　　GPRS具有充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)、傳輸速率高、資費(fèi)較合理、資源利用率高、始終在線等特點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、自動抄表、電力公司輸電線路檢測、車聯(lián)網(wǎng)、工程建筑質(zhì)量監(jiān)理、智慧農(nóng)業(yè)等幾乎所有戶外移動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。

　　2. 5G

　　近年來，5G的發(fā)展總是引人側(cè)目，華為等公司在5G方面的發(fā)展也是日新月異，預(yù)計不久之后，5G將會遍布在我們生活的方方面面。在國際電聯(lián)無線電通信組2015年對5G的定義中，更是將海量連接物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)mMTC寫為未來5G三大類應(yīng)用場景之一。

　　與4G相比，5G的提升是全方面的，5G具有更高帶寬、更低時延、更海量的接入能力，可滿足物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域諸多需求。5G的峰值理論傳輸速度可達(dá)每秒數(shù)10Gb，比4G快百倍，可強(qiáng)化物與物之間的鏈接，擴(kuò)大移動網(wǎng)絡(luò)在各垂直行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　正如很多人所說，5G為物聯(lián)網(wǎng)而來。5G網(wǎng)絡(luò)的速度與接入能力更加強(qiáng)大，能夠真正實(shí)現(xiàn)萬物相連，不僅僅是智慧城市，在人工智能，自動駕駛，遠(yuǎn)程手術(shù)等各個方面都將因5G而更加智慧，萬物互聯(lián)也會因5G而普及。

　　3. NB-IoT

　　NB-IoT是指窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band-Internet of Things)技術(shù)，是一種聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWAN)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場的新興技術(shù)，在全球范圍內(nèi)取得了廣泛應(yīng)用。

　　NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使用License頻段，只消耗大約180KHz的帶寬，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波等三種部署方式，降低了部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級。

　　NB-IoT具有覆蓋廣、連接多、速率快、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)。普遍來看，一個NB-IOT基站可以覆蓋10km的范圍，相較于GPRS基站提升了20dB的增益，能覆蓋到地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達(dá)的地方。

　　目前，NB-IoT已廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表、資產(chǎn)跟蹤、智能停車、智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，越來越受到市場的關(guān)注，但是，NB-IoT仍然有許多不足。NB-IoT的部署頻率必須是授權(quán)的，需由運(yùn)營商花錢部署，另外，模塊成本仍然較高，雖然近期模組價格已經(jīng)壓低至20元以下，但距離市場爆發(fā)式增長所需的低成本仍有一段路。

　　4. LoRa

　　LoRa是指遠(yuǎn)距離無線電(Long Range Radio)技術(shù)。在相同功耗條件下，LoRa是傳統(tǒng)的無線射頻通信距離的3-5倍，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一。

　　LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行(即非授權(quán)頻段)，包括433、868、915 MHz等。具有低功耗、高敏感度、容量大等優(yōu)點(diǎn)。相較NB-IoT，LoRa的綜合成本(網(wǎng)關(guān)、模組、運(yùn)營成本等)并不算高，并且LoRa靈活的特性可以更方便地讓企業(yè)能夠基于LoRa連接技術(shù)做系統(tǒng)集成，為用戶提供完整的解決方案，這不僅更符合用戶需求，對于LoRa企業(yè)而言，也能帶來更多的商業(yè)附加價值。

　　不僅在表計領(lǐng)域，LoRa在非表計領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了突破性的發(fā)展，包括智能樓宇、智慧城市、路燈、農(nóng)業(yè)等都有很多成功應(yīng)用的案例。當(dāng)前，LoRa在國內(nèi)每年部署的節(jié)點(diǎn)已超過1000萬個，在北京、深圳、廣州、杭州等城市均有城市級的LoRa網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

　　5. 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

　　全球有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、美國GPS、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)和歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。其中，最早投入使用的、商業(yè)化最成功的是美國GPS，我國北斗系統(tǒng)經(jīng)過多年不懈發(fā)展，也已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)水平。以北斗為例，隨著北斗衛(wèi)星的組網(wǎng)完成、地面北斗網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以將定位精度提高到厘米甚至毫米級。

　　北斗系統(tǒng)具有時延低、功耗低、成本低、覆蓋廣等特點(diǎn)，在萬物互聯(lián)時代具有重要意義，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安防、智慧城市、智能停車、智能家居、物流運(yùn)輸、政府執(zhí)法、港口指揮調(diào)度、鐵路智能巡檢，智能表計等領(lǐng)域。