前面文章介紹了傳感器和RIFD在不同應(yīng)用場景中的功能特點(diǎn)，了解到傳感器主要用在對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控；RIFD主要用于對物體信息的識別。但不管是哪種技術(shù)，都需要將采集到的數(shù)據(jù)及時的傳輸出去，這就要求所有傳感器必須與“網(wǎng)”互聯(lián)，這其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的就是無線傳輸技術(shù)。

    在日常使用的電子產(chǎn)品中，至少都具備幾種網(wǎng)絡(luò)接入能力。比如，智能手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接入方式可以是WiFi，可以是2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)，也可以通過藍(lán)牙、熱點(diǎn)共享的方式接入。這樣，智能手機(jī)就可以在不同的環(huán)境中選擇最劃算的接入方法。在固定場所就用WiFi，在空曠區(qū)就選擇4G，如果要用無線耳機(jī)聽歌，就選擇藍(lán)牙與手機(jī)連接。當(dāng)然，除這些提到的無線接入技術(shù)之外，還有很多接入方式。特別是隨著萬物互聯(lián)時代的到來，物與物之間的連接方式也在不斷發(fā)展和更新。

    但總體來說，物聯(lián)網(wǎng)所有的支持的接入方式都要求能耗低、速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，并且購買和使用成本低。

       上表以速率、距離兩個維度來分析目前主流的無線接入技術(shù)�？v向是速率，橫向是接入狀態(tài)，包括距離、速率、功耗以及是否處于授權(quán)頻段。

    1、遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)和近距離傳輸技術(shù)的應(yīng)用場景

    遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)包括2G、3G、4G、NB-IoT、Sigfox、LoRa；近距離無線傳輸技術(shù)包括WIFI、藍(lán)牙、UWB、MTC、ZigBee、NFC。遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)的信號覆蓋范圍一般在幾公里到幾十公里；近距離無線傳輸技術(shù)的信號覆蓋范圍則一般在幾十厘米到幾百米之間。

    近距離無線傳輸技術(shù)主要應(yīng)用在局域網(wǎng)，比如家庭網(wǎng)絡(luò)、工廠車間聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)辦公聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(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。

    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，主要以近距離無線連接為主。特別在工廠內(nèi)部，無數(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這些近距離無線技術(shù)實現(xiàn)互聯(lián)。但在有些業(yè)務(wù)中，近距離無線傳輸無法滿足需求。比如，企業(yè)需要對客戶產(chǎn)品的使用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并實時的傳回數(shù)據(jù)。在重工企業(yè)，對遠(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)距離無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。這個時候企業(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)。

    2、為什么要發(fā)展低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)？

    物聯(lián)網(wǎng)是隨著終端的移動化和智能化發(fā)展起來的一個新興技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用上的延伸。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)是構(gòu)建在IP/TCP協(xié)議之上，但物聯(lián)網(wǎng)不只是要實現(xiàn)物體與互聯(lián)網(wǎng)的連接，而是要實現(xiàn)萬物互聯(lián)。這就要求物聯(lián)網(wǎng)必須兼容包括TCP/IP在內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

    另一方面，傳統(tǒng)的廣域網(wǎng)傳輸技術(shù)，如3G/4G蜂窩通信技術(shù)，主要面對的都是移動智能終端的無線接入，功耗和成本都較高。因此，很難滿足低功耗物聯(lián)設(shè)備的接入需求。比如，在工業(yè)環(huán)境中芯片都是嵌入式的，且功耗較低，而且由于接入的設(shè)備數(shù)量較多，企業(yè)很難承較高的接入成本。這種情況下，發(fā)展低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)就變得十分重要。

    低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）具有功耗低、覆蓋范圍廣、穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于每隔幾分鐘發(fā)送和接收少量數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況，比如車輛跟蹤定位、智能電表和水表、水運(yùn)定位、路燈監(jiān)測、停車位監(jiān)測等。LPWAN在復(fù)雜的城市環(huán)境中傳輸距離可以達(dá)到5公里，空曠地區(qū)可以達(dá)到40公里。在成本方面，支持窄帶數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)通信成本極低。由于較低的數(shù)據(jù)傳輸速率，LPWAN設(shè)備功耗低，電池供電可支撐10年以上。目前，主流的LPWAN技術(shù)包括LoRa、Sigfox、NB-IoT等。

    3、授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜有什么區(qū)別？

    簡單來說，“頻譜”是移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的“生命線”。就像船和水的關(guān)系一樣，沒有水，船就移動不了。對于無線信號而言，頻譜就是信號的載體，信號的傳輸需要頻譜。非授權(quán)頻譜和授權(quán)頻譜在技術(shù)和功能實現(xiàn)上并不存在任何區(qū)別。只是說，授權(quán)頻譜是已經(jīng)分配給某一企業(yè)或機(jī)構(gòu)專門使用的頻段，不對外開放。非授權(quán)頻譜大多是可公開使用的頻段，比如WiFi使用的就是非授權(quán)頻段。與此不同，WCDMA使用的就是授權(quán)頻段，其頻段范圍為：1940MHz-1955MHz（上行）、2130MHz -2145MHz（下行）。這就表示，在這個上下行頻段范圍內(nèi)的頻譜不允許其他制式的信號使用。包括2G\3G\4G這些蜂窩通信技術(shù)使用的都是授權(quán)頻譜。

    當(dāng)前，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深入，各種低功耗嵌入式設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，無論是基于成本、能耗，還是兼容性，這些遠(yuǎn)程通信技術(shù)都無法很好的滿足物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。為應(yīng)對這一需求，行業(yè)廠商及相關(guān)架構(gòu)也推出了一些低功耗、遠(yuǎn)距離的無線傳輸標(biāo)方案，其中以LoRa、Sigfox、NB-IoT三種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最為廣泛，這些低功耗廣域網(wǎng)傳輸技術(shù)被統(tǒng)稱為LPWAN，使用的是非授權(quán)頻段。

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

    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)，這類傳輸技術(shù)適合于GPS導(dǎo)航與定位、視頻監(jiān)控等實時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。

    5、無線傳輸技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)

    如果說，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的觸覺，那么，無線傳輸就是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，將遍布物聯(lián)網(wǎng)的傳感器連接起來。在物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)以前，網(wǎng)絡(luò)的接入需求主要體現(xiàn)在PC、移動終端對互聯(lián)網(wǎng)的接入需求。如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無線接入不僅僅體現(xiàn)在PC、移動終端對網(wǎng)絡(luò)的連接需求，還有工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下物與物之間的連接需求。

    從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)，接入的終端（物）在發(fā)生改變，使得無線傳輸技術(shù)也在發(fā)生改變。目前，物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢是以低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)為主。可以預(yù)計，在未來的幾年時間，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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本文標(biāo)題：解讀物聯(lián)網(wǎng)系列之無線傳輸技術(shù)

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