物联网，万物互联。在这个时代下，越来越多的物体将被衔接到互联网，并最终完成到主控端/云端的衔接。这些衔接，我们可采用多种通讯链路予以完成。

但是，设备自身普通经过无线方式衔接到物联网零碎。这种无线衔接是零碎中极为重要或最为单薄的链路。因而，选择一种可以婚配设备及其周边环境的无线技术很重要。本文引见了最有能够为新设计采用的几种无线候选技术。

设备经过无线方式链接到网关是一种典型的物联网衔接场景(图)。网关是经过公用宽带电缆或DSL调制解调器衔接互联网的接口，然后再经过互联网效劳提供商连 接到互联网。在另外一种被称为机到机(M2M)的使用场景中，设备衔接会经过一家蜂窝运营商，然后再到另一家运营商，或直接到互联网。

 

图：针对物联网(a)和M2M(b)使用的典型无线衔接场景

 

在选择无线技术时必需详细调查许多设计要素：

·设备的数据速率：视频流，测量每分钟的温度，或之间的其他参数。

·到网关的范围或间隔：房间内几英寸的间隔，或乡村地域超越1英里的范围。

· 环境：工厂中的风险环境，暴露在天气中的室外环境，来自电子设备的噪声或电磁搅扰等。

·需求加密或认证：对数据平安性有什么要求？

·功耗：电池寿命，能效，能够需求衔接交流电。

·容量：联网设备的数量。

· 效劳质量和牢靠性。

· 网络拓扑：星形，网状，或其它拓扑。

·单工或双工：单向还是双向通讯。

·适宜和可用的频谱：答应还是免答应。

·可用的IC、模块和设备。

· 本钱：设计、制造或互联网接入效劳费用。

· 开发平台：需求操作零碎吗？需求哪些其它软件？

·互联网接入：蜂窝、数字用户线路(DSL)、电缆、卫星。

· 可用规范的答应条件。

2G/3G蜂窝

普通被称为机到机(M2M)的许多运用案例都相似于物联网。多家供给商提供蜂窝电话模块用于嵌入到其它产品，而大少数次要的蜂窝运营商都在规范答应频谱上提供M2M衔接效劳。虽然像GSM/GPRS/EDGE等2G技术很盛行，但一些运营商曾经有方案逐渐淘汰2G业务。

但是，大少数网络依然支持诸如WCDMA和CDMA2000等3G技术，其数据速率高达每秒几兆比特。范围是指到蜂窝站的间隔，可以长达几公里。蜂窝衔接显然是一种选择，但它比后文引见的其它方案更昂贵些。

802.15.4

802.15.4以短间隔、低中数据速率和低功耗用例为目的，是后文提到的几种其它规范的根底。它的次要任务频谱是2.4GHz工业、迷信和医疗(ISM)免答应频段，有时分也用到902MHz至928MHz和868MHz频段。

802.15.4规范为PHY和MAC网络层提供基于数据包的协议。其它规范都是以此为根底添加更多的层，从而提供加强的网络功用和功能。

6LoWPAN地址节点

国际互联网工程义务组(IETF)的6LoWPAN是基于低功耗无线团体区域网的互联网协议第6版(IPv6)的简称。

这个规范最后的目的是802.15.4，后来也被Bluetooth Smart和低功耗HaLow Wi-Fi所采用。详细来说，6LoWPAN定义了运用封装和头部紧缩技术将IPv6数据包适配进其它协议帧的方式。

蓝牙

也许运用最普遍的短间隔无线技术是任务在2.4GHz ISM频段的蓝牙(BT)。几种不同的版本提供多种不同的数据速率、功率电平和范围。其根本的任务原理是采用不同调制办法的跳频扩展频谱(FHSS)技术。

最 新版本的蓝牙是Bluetooth Smart或版本4.1，也称为低功耗蓝牙(BLE)。这个配置运用延长了的数据包，最大速率是1Mb/s，采用GFSK调制。它的最大益处是优良的低功 耗特性。发送功率是10mW，它的间隔可达100米。针对不同的用处有多种软件配置文件，而其互操作性认证可无效做到完全兼容。

LoRa

LoRa(长 间隔)是由Semtech公司开发的一种技术，典型任务频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)运用了一种共同方式的带前向纠错(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运用相反的频段，只需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，最长间隔可达15km，详细取决于所处的地位和天线特性。

LTE Cat 0/1

LTE是临时演进的缩写，是目前第4代蜂窝技术。

LTE Cat 0和Cat 1是LTE的功用简化版本，是为了婚配M2M的低功耗低速率要求而专门设计的。M2M使用也被称作机器类通讯(MTC)，运用答应频谱中的现有蜂窝网络，而不是短间隔的无线和互联网。

对 大少数根本的监视和控制使用来说，规范的LTE网络太糜费了。LTE Cat 0和Cat 1是简化版本，可以为最大数据速率辨别为1Mb/s和10Mb/s的M2M使用提供适宜的处理方案。Cat 0和Cat 1运用现有的LTE带宽和正交频分多址(OFDMA)调制技术。这种长间隔处理方案可以支持数公里的范围。

窄带物联网(NB-IoT)

将LTE用于物联网的一个绝对较新的变体是窄带物联网。与运用规范LTE的全部10MHz或20MHz带宽不同，窄带物联网运用包括12个15kHz LTE子载波的180kHz宽的资源块。数据速率在100kb/s到1Mb/s范围之内。

这 种愈加简化的规范可以为联网设备提供很低的功耗。此外，它可以作为一种软件叠加被部署进任何LTE网络。窄带物联网的资源块可以很好地适配进规范LTE信 道或维护带。当运营商重新划分它们较早的2G频谱时，它也能适配进规范的GSM信道。调制采用OFDMA下行链路和SC-FDMA下行链路。

SIGFOX

SIGFOX既是一种无线技术，也是一种网络效劳。SIGFOX任务在868MHz和902MHz的ISM频段，但耗费很窄的带宽或功耗。

SIGFOX无线电设备采用了一种被称为超窄带(UNB)调制的技术，只是偶然以低数据速率传送短音讯。音讯最长是12个字节，一个节点每天可以传送的音讯数量最多是140条。由于是窄带宽和短音讯，因而除了其162dB的链路预算外，它还可以到达数公里的长传输间隔。

Weightless

Weightless是以物联网使用为目的的一系列开放无线技术规范。它有三种不同的版本，辨别对应LPWAN市场中的不同细分范畴。

最复杂的版本是用于低本钱使用的Weightless-N。这个版本的目的是单工或单向用处，如传感器监视。它任务在不到1Gb的免答应ISM频段。调制采 用的是运用跳频技术的差分BPSK，可最大水平地增加搅扰。具有完好签权功用的128位AES加密是这种技术的一个关键特性。由于是低数据速率和窄带宽通 道，传输间隔可达5km。

无线技术一览表

假如需求更高功能的双向通讯，Weightless-P也许是最好的选择。它同时运用了频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)技术，可管理拜访多个 12.5kHz宽的信道。这种技术运用GMSK和交织QPSK调制，数据速率范围可从低速的200b/s不断到100kb/s。典型的最大传输间隔约为 2km。在平安方面支持AES-128/256加密和签权。

第三个版本是Weightless-W，旨在任务在电视的空白频段。空白频段是以前在470MHz至790MHz范围内被电视台运用的那些6MHz宽信道。它可以到达1kb/s至10Mb/s的数据速率，详细取决于链路预算。在非视距条件下最远传输间隔可达5km以上。

Wi-Fi

Wi-Fi被普遍用于许多物联网使用案例，最罕见的是作为从网关到衔接互联网的路由器的链路。但是，它也被用于要求高速和中间隔的次要无线链路。

大少数Wi-Fi版本任务在2.4GHz免答应频段，传输间隔长达100米，详细取决于使用环境。盛行的802.11n速度可达300Mb/s，而更新的、任务在5GHz ISM频段的802.11ac，速度甚至可以超越1.3Gb/s。

一种被称为HaLow的合适物联网使用的新版Wi-Fi行将推出。这个版本的代号是802.11ah，在美国运用902MHz至928MHz的免答应频段， 其它国度运用1GHz以下的相似频段。虽然大少数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能到达100米的掩盖范围，但HaLow在运用适宜天线的状况下可以远 达1km。

802.11ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中运用24个子载波，在更大带宽的信道中运用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因而可以提供宽 范围的数据速率。在大少数状况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目的是低功耗。Wi-Fi联盟泄漏，它将在2018年前完成 802.11ah的测试和认证方案。

针对物联网使用的另外一种新的Wi-Fi规范是802.11af。它旨在运用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未运用的电视频道。这些频道 很合适长间隔和非视距传输。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电视频段无望完成更长的间隔。

WirelessHART

这是失掉普遍运用的高速可寻址近程传感器(HART)工业网络技术的无线版本，次要用于进程监控、传感器网络、楼宇自动化和交通运输范畴。该技术基于盛行的IEEE 802.15.4规范，代号是802.15.4e。

WirelessHART在根底规范之上添加了一个工夫同步网格协议。除了网格拓扑外，它也能采用星形配置。WirelessHART运用TDMA和时隙跳信道(TSCH)技术，最多可拜访个节点。

ZigBee

ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽 然ZigBee普通任务在2.4GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中运用。在2.4GHz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216个节点。与其它技术一样，平安性是经过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个次要优势是有事后开发好的软件使用配 置文件供详细使用(包括物联网)运用。最终产品必需失掉答应。

Z-Wave

Z- Wave是一种单一来源的公有无线技术。任务在908.42MHz的ISM频段。它运用高效的GFSK，可完成9600b/s或40kb/s的数据速率； 在某些使用中甚至可达100kb/s。典型的功率电平是1mW(0dBm)，最大掩盖范围约30米，取决于详细使用环境。Z-Wave可以用于点到点链路 或节点数最多232个的星形配置中。在平安性方面，它采用AES-128加密措施。这种技术必需取得答应才干在商用产品中运用。

从文中这张表，我们可以疾速地对文中提到的这12种技术停止比拟。同时，物联网市场应有尽有，触及工业、交通、农业和医疗等各行各业，使用的需求也各不相 同。因而，关于物联网这样一个长尾市场，我们可以一定，任何规范都不会占据主导位置。但是，我们可以针对详细使用很方便地找到一种最恰当的技术来与之对 应。