物聯(lián)網(wǎng)中比較常見(jiàn)的近距離無(wú)線傳輸技術(shù)有哪些

隨著萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代到來(lái)，物體與物體之間的鏈接方式也在隨著時(shí)代不斷的發(fā)展。如果說(shuō)傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的觸覺(jué)，那么無(wú)線傳輸技術(shù)就是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，將遍布在物聯(lián)網(wǎng)各處的傳感器鏈接起來(lái)。在物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前，網(wǎng)絡(luò)的接入需求主要集中在PC和移動(dòng)終端上。如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線接入不僅僅體現(xiàn)在PC和移動(dòng)終端上，還有工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下物體與物體之間的鏈接也是需要網(wǎng)絡(luò)的接入的。

現(xiàn)在比較常見(jiàn)的近距離無(wú)線傳輸技術(shù)主要有：WIFI、藍(lán)牙、UWB、MTV、ZigBee、NFC等，信號(hào)的覆蓋范圍一般都在幾十厘米和幾百米之間。近距離無(wú)線傳輸技術(shù)因?yàn)榫嚯x問(wèn)題，主要還是應(yīng)用在局域網(wǎng)上，比如家庭網(wǎng)絡(luò)、工廠車(chē)間聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)辦公聯(lián)網(wǎng)。

WiFi

Wi-Fi被廣泛用于許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例，最常見(jiàn)的是作為從網(wǎng)關(guān)到連接互聯(lián)網(wǎng)的路由器的鏈路。然而，它也被用于要求高速和中距離的主要無(wú)線鏈路。WiFi技術(shù)并不是為了取代藍(lán)牙或者其他短距離無(wú)線電技術(shù)而設(shè)計(jì)的，兩者的應(yīng)用領(lǐng)域完全不同，雖然在某些領(lǐng)域上會(huì)有重疊。WiFi設(shè)備一般都是設(shè)計(jì)為覆蓋數(shù)百米范圍的，若是加強(qiáng)天線或者增設(shè)熱點(diǎn)的話，覆蓋面積將會(huì)更大，甚至是整幢辦公大樓都不成問(wèn)題。

WiFi無(wú)線技術(shù)主要為移動(dòng)設(shè)備接入LAN(局域網(wǎng))、WAN(廣域網(wǎng))，以及互聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)。基本上來(lái)說(shuō)，在WiFi標(biāo)準(zhǔn)中，移動(dòng)設(shè)備扮演的是客戶(hù)端角色，而服務(wù)端是網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備;與NFC、藍(lán)牙技術(shù)的兩移動(dòng)設(shè)備互聯(lián)互通在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(peertopeer)結(jié)構(gòu)上有著巨大的區(qū)別。支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)；使用距離：近、中距離(數(shù)百米)；應(yīng)用場(chǎng)景：移動(dòng)設(shè)備等。

藍(lán)牙Bluetooth

藍(lán)牙是一種通用的短距離無(wú)線電技術(shù)，藍(lán)牙5.0藍(lán)牙理論上能夠在最遠(yuǎn) 100 米左右的設(shè)備之間進(jìn)行短距離連線，但實(shí)際使用時(shí)大約只有10米。其比較大的特色在于能讓輕易攜帶的移動(dòng)通訊設(shè)備和電腦，在不借助電纜的情況下聯(lián)網(wǎng)，并傳輸資料和訊息。目前普遍被應(yīng)用在智能手機(jī)和智慧穿戴設(shè)備的連結(jié)以及智慧家庭、車(chē)用物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中。支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)；使用距離：近距離(< 100 m)；應(yīng)用場(chǎng)景：移動(dòng)設(shè)備、智慧穿戴設(shè)備等。

UWB

超寬帶UWB是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，其傳輸距離通常在10M以?xún)?nèi)，使用1GHz以上帶寬，通信速度可以達(dá)到幾百兆bit/s以上，UWB的工作頻段范圍從3.1GHz到10.6GHz，最小工作頻寬為500MHz。

其主要特點(diǎn)是：傳輸速率高;發(fā)射功率低，功耗小;保密性強(qiáng);UWB通信采用調(diào)時(shí)序列，能夠抗多徑衰落;UWB所需要的射頻和微波器件很少，可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性。由于系UWB統(tǒng)占用的帶寬很高，UWB系統(tǒng)可能會(huì)干擾現(xiàn)有其他無(wú)線通信系統(tǒng)。UWB主要應(yīng)用在高分辨率"較小范圍"能夠穿透墻壁"地面等障礙物的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。這種裝置可以用來(lái)檢查樓房、橋梁、道路等工程的混凝土和瀝青結(jié)構(gòu)中的缺陷，以及定位地下電纜及其它管線的故障位置，也可用于疾病診斷。另外，在救援、治安防范、消防及醫(yī)療、醫(yī)學(xué)圖像處理等領(lǐng)域都大有用途。

ZigBee

ZigBee，也稱(chēng)紫蜂，是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)上協(xié)議，底層是采用 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體訪問(wèn)層與物理層。主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)上拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到1～3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型、樹(shù)形、網(wǎng)狀形結(jié)構(gòu)；使用距離：近、中距離(10m - 數(shù)km)；應(yīng)用場(chǎng)景：移動(dòng)設(shè)備等。

NFC

NFC實(shí)質(zhì)是脫胎于無(wú)線設(shè)備間的一種“非接觸式射頻識(shí)別”(RFID)及互聯(lián)技術(shù)，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)；使用距離：近距離；應(yīng)用場(chǎng)景：掃碼、刷卡等。遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)包括GPRS、NB-IoT、Sigfox、LoRa，信號(hào)覆蓋范圍一般在幾公里到幾十公里。遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)主要應(yīng)用在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，如智能電表、智能物流、遠(yuǎn)程設(shè)備數(shù)據(jù)采集等。

GPRS

主要針對(duì)工業(yè)級(jí)應(yīng)用，是一款內(nèi)嵌GSM/GPRS核心單元的無(wú)線Modem，采用GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，是一款基于移動(dòng)GSM短消息平臺(tái)和GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的工業(yè)級(jí)通訊終端。它利用GSM 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的短信息和GPRS業(yè)務(wù)為用戶(hù)搭建了一個(gè)超遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。

相比于短消息服務(wù)來(lái)說(shuō)，GPRS是實(shí)時(shí)在線狀態(tài)，而且不需要停止目前工作狀態(tài)便可以同時(shí)處理多個(gè)或者接收多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。非常適合系統(tǒng)同時(shí)采集多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù);GPRS不但工作距離遠(yuǎn)，同時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)雙向操作，非常適合一些遠(yuǎn)程設(shè)備操作和遠(yuǎn)程設(shè)備升級(jí)等應(yīng)用項(xiàng)目。因?yàn)镚PRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，所以不需要單獨(dú)建立通信網(wǎng)絡(luò)，只需要安裝好設(shè)備插入SIM卡，便可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。

主要應(yīng)用于氣象、水文水利、地質(zhì)等行業(yè)。GPRS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸銀行、證券、保險(xiǎn)行業(yè)稅務(wù)、公安、交警、交通稽查、交通監(jiān)控工業(yè)控制、遙感、遙測(cè)、移動(dòng)辦公。

NB-IoT

窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成為萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IoT的特點(diǎn)是低頻段、低功耗、低成本、高覆蓋、高網(wǎng)絡(luò)容量，也被稱(chēng)作“窄帶物聯(lián)網(wǎng)”。一個(gè)基站就可以比傳統(tǒng)的2G、藍(lán)牙、WiFi多提供50-100倍的接入終端，并且只需一節(jié)電池設(shè)備就可以工作十年。

支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)；使用距離：遠(yuǎn)距離(10km以上)；應(yīng)用場(chǎng)景：智慧城市、共享單車(chē)等。

LoRa

LoRa的名字就是遠(yuǎn)距離無(wú)線電(Long Range Radio)，它比較大的特點(diǎn)就是在同樣的功耗條件下比其他無(wú)線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無(wú)線射頻通信距離擴(kuò)大3-5倍。支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)；使用距離：遠(yuǎn)距離(典型2km - 5km，最高可達(dá)15 km)；應(yīng)用場(chǎng)景：物流跟蹤等；在很多場(chǎng)景下，我們需要考慮多重因素，比如客戶(hù)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)傳輸距離、成本等因素。因此，根據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行選擇，才是最明智的決定。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，大多數(shù)傳感器都是嵌入在芯片中，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的能耗低，且功率小，主要以近距離無(wú)線連接為主。特別在工廠內(nèi)部，無(wú)數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備、物料和智能終端都需要利用Wifi、藍(lán)牙、Zigbee這些近距離無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。但在有些業(yè)務(wù)中，近距離無(wú)線傳輸無(wú)法滿足需求。比如，企業(yè)需要對(duì)客戶(hù)產(chǎn)品的使用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)時(shí)的傳回?cái)?shù)據(jù)。在重工企業(yè)，對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備使用狀態(tài)的監(jiān)控十分重要。因此，需要利用遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。這個(gè)時(shí)候企業(yè)可以選擇3G、4G這樣的蜂窩通信技術(shù)，也可以選擇LoRa、Sigfox、NB-IoT這樣的低功耗廣域網(wǎng)傳輸技術(shù)。

不同層次物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的無(wú)線傳輸需求

第一，高功耗、高速率的廣域網(wǎng)傳輸技術(shù)，如2G、3G、4G蜂窩通信技術(shù)，這類(lèi)傳輸技術(shù)適合于GPS導(dǎo)航與定位、視頻監(jiān)控等實(shí)時(shí)性要求較高的大流量傳輸應(yīng)用。

第二，低功耗、低速率的廣域網(wǎng)傳輸技術(shù)，如Lora、Sigfox、NB-IoT等，這類(lèi)傳輸技術(shù)適合于遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)智能設(shè)備及終端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

第三、高功耗、高速率的近距離傳輸技術(shù)，如WIFI、藍(lán)牙，這類(lèi)傳輸技術(shù)適合于智能家居、可穿戴設(shè)備以及M2M之間的連接及數(shù)據(jù)傳輸。

第四，低功耗、低速率的近距離傳輸技術(shù)，如ZigBee。這類(lèi)傳輸技術(shù)適合局域網(wǎng)設(shè)備的靈活組網(wǎng)應(yīng)用，如熱點(diǎn)共享等。

目前，物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是以低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)為主?？梢灶A(yù)計(jì)，在未來(lái)的幾年時(shí)間，以Lora、Sigfox、NB-IoT為代表的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)將逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)傳輸層連接技術(shù)的主流。

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