物聯(lián)網(wǎng)，萬(wàn)物互聯(lián)。在這個(gè)時(shí)代下，越來(lái)越多的物體將被連接到互聯(lián)網(wǎng)，并最終實(shí)現(xiàn)到主控端/云端的連接。這些連接，我們可采用多種通信鏈路予以實(shí)現(xiàn)。

　　然而，設(shè)備本身一般通過(guò)無(wú)線方式連接到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。這種無(wú)線連接是系統(tǒng)中極為重要或最為薄弱的鏈路。因此，選擇一種能夠匹配設(shè)備及其周邊環(huán)境的無(wú)線技術(shù)很重要。本文介紹了最有可能為新設(shè)計(jì)采用的幾種無(wú)線候選技術(shù)。

　　設(shè)備通過(guò)無(wú)線方式鏈接到網(wǎng)關(guān)是一種典型的物聯(lián)網(wǎng)連接場(chǎng)景（圖）。網(wǎng)關(guān)是通過(guò)公用寬帶電纜或DSL調(diào)制解調(diào)器連接互聯(lián)網(wǎng)的接口，然后再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商連 接到互聯(lián)網(wǎng)。在另外一種被稱為機(jī)到機(jī)（M2M）的應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)備連接會(huì)經(jīng)過(guò)一家蜂窩運(yùn)營(yíng)商，然后再到另一家運(yùn)營(yíng)商，或直接到互聯(lián)網(wǎng)。

　　圖：針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)（a）和M2M（b）應(yīng)用的典型無(wú)線連接場(chǎng)景

　　在選擇無(wú)線技術(shù)時(shí)必須詳細(xì)考察許多設(shè)計(jì)因素：

　　·設(shè)備的數(shù)據(jù)速率：視頻流，測(cè)量每分鐘的溫度，或之間的其他參數(shù)。

　　·到網(wǎng)關(guān)的范圍或距離：房間內(nèi)幾英寸的距離，或農(nóng)村地區(qū)超過(guò)1英里的范圍。

　　· 環(huán)境：工廠中的危險(xiǎn)環(huán)境，暴露在天氣中的室外環(huán)境，來(lái)自電子設(shè)備的噪聲或電磁干擾等。

　　·需要加密或認(rèn)證：對(duì)數(shù)據(jù)安全性有什么要求？

　　·功耗：電池壽命，能效，可能需要連接交流電。

　　·容量：聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量。

　　· 服務(wù)質(zhì)量和可靠性。

　　· 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌盒切?，網(wǎng)狀，或其它拓?fù)洹?/p>

　　·單工或雙工：?jiǎn)蜗蜻€是雙向通信。

　　·合適和可用的頻譜：許可還是免許可。

　　·可用的IC、模塊和設(shè)備。

　　· 成本：設(shè)計(jì)、制造或互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)費(fèi)用。

　　· 開(kāi)發(fā)平臺(tái)：需要操作系統(tǒng)嗎？需要哪些其它軟件？

　　·互聯(lián)網(wǎng)接入：蜂窩、數(shù)字用戶線路（DSL）、電纜、衛(wèi)星。

　　· 可用標(biāo)準(zhǔn)的許可條件。

　　2G/3G蜂窩

　　一般被稱為機(jī)到機(jī)（M2M）的許多使用案例都類(lèi)似于物聯(lián)網(wǎng)。多家供應(yīng)商提供蜂窩電話模塊用于嵌入到其它產(chǎn)品，而大多數(shù)主要的蜂窩運(yùn)營(yíng)商都在標(biāo)準(zhǔn)許可頻譜上提供M2M連接服務(wù)。雖然像GSM/GPRS/EDGE等2G技術(shù)很流行，但一些運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)有計(jì)劃逐步淘汰2G業(yè)務(wù)。

　　然而，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)仍然支持諸如WCDMA和CDMA2000等3G技術(shù)，其數(shù)據(jù)速率高達(dá)每秒幾兆比特。范圍是指到蜂窩站的距離，可以長(zhǎng)達(dá)幾公里。蜂窩連接顯然是一種選擇，但它比后文介紹的其它方案更昂貴些。

　　802.15.4

　　802.15.4以短距離、低中數(shù)據(jù)速率和低功耗用例為目標(biāo)，是后文提到的幾種其它標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。它的主要工作頻譜是2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）免許可頻段，有時(shí)候也用到902MHz至928MHz和868MHz頻段。

　　802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為PHY和MAC網(wǎng)絡(luò)層提供基于數(shù)據(jù)包的協(xié)議。其它標(biāo)準(zhǔn)都是以此為基礎(chǔ)增加更多的層，從而提供增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能和性能。

　　6LoWPAN地址節(jié)點(diǎn)

　　國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）的6LoWPAN是基于低功耗無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（IPv6）的簡(jiǎn)稱。

　　這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)最初的目標(biāo)是802.15.4，后來(lái)也被Bluetooth Smart和低功耗HaLow Wi-Fi所采用。具體來(lái)說(shuō)，6LoWPAN定義了使用封裝和頭部壓縮技術(shù)將IPv6數(shù)據(jù)包適配進(jìn)其它協(xié)議幀的方式。

　　藍(lán)牙

　　也許使用最廣泛的短距離無(wú)線技術(shù)是工作在2.4GHz ISM頻段的藍(lán)牙（BT）。幾種不同的版本提供多種不同的數(shù)據(jù)速率、功率電平和范圍。其基本的工作原理是采用不同調(diào)制方法的跳頻擴(kuò)展頻譜（FHSS）技術(shù)。

　　最 新版本的藍(lán)牙是Bluetooth Smart或版本4.1，也稱為低功耗藍(lán)牙（BLE）。這個(gè)配置使用縮短了的數(shù)據(jù)包，最大速率是1Mb/s，采用GFSK調(diào)制。它的最大好處是優(yōu)異的低功 耗特性。發(fā)送功率是10mW，它的距離可達(dá)100米。針對(duì)不同的用途有多種軟件配置文件，而其互操作性認(rèn)證可有效做到完全兼容。

　　LoRa

　　LoRa（長(zhǎng) 距離）是由Semtech公司開(kāi)發(fā)的一種技術(shù)，典型工作頻率在美國(guó)是915MHz，在歐洲是868MHz，在亞洲是433MHz。LoRa的物理層 （PHY）使用了一種獨(dú)特形式的帶前向糾錯(cuò)（FEC）的調(diào)頻啁啾擴(kuò)頻技術(shù)。這種擴(kuò)頻調(diào)制允許多個(gè)無(wú)線電設(shè)備使用相同的頻段，只要每臺(tái)設(shè)備采用不同的啁啾和 數(shù)據(jù)速率就可以了。其典型范圍是2km至5km，最長(zhǎng)距離可達(dá)15km，具體取決于所處的位置和天線特性。

　　LTE Cat 0/1

　　LTE是長(zhǎng)期演進(jìn)的縮寫(xiě)，是目前第4代蜂窩技術(shù)。

　　LTE Cat 0和Cat 1是LTE的功能簡(jiǎn)化版本，是為了匹配M2M的低功耗低速率要求而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。M2M應(yīng)用也被稱作機(jī)器類(lèi)通信（MTC），使用許可頻譜中的現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)，而不是短距離的無(wú)線和互聯(lián)網(wǎng)。

　　對(duì) 大多數(shù)基本的監(jiān)視和控制應(yīng)用來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)的LTE網(wǎng)絡(luò)太浪費(fèi)了。LTE Cat 0和Cat 1是簡(jiǎn)化版本，可以為最大數(shù)據(jù)速率分別為1Mb/s和10Mb/s的M2M應(yīng)用提供合適的解決方案。Cat 0和Cat 1使用現(xiàn)有的LTE帶寬和正交頻分多址（OFDMA）調(diào)制技術(shù)。這種長(zhǎng)距離解決方案可以支持?jǐn)?shù)公里的范圍。

　　窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）

　　將LTE用于物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)相對(duì)較新的變體是窄帶物聯(lián)網(wǎng)。與使用標(biāo)準(zhǔn)LTE的全部10MHz或20MHz帶寬不同，窄帶物聯(lián)網(wǎng)使用包含12個(gè)15kHz LTE子載波的180kHz寬的資源塊。數(shù)據(jù)速率在100kb/s到1Mb/s范圍之內(nèi)。

　　這 種更加簡(jiǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)可以為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供很低的功耗。此外，它可以作為一種軟件疊加被部署進(jìn)任何LTE網(wǎng)絡(luò)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)的資源塊能夠很好地適配進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)LTE信 道或保護(hù)帶。當(dāng)運(yùn)營(yíng)商重新劃分它們較早的2G頻譜時(shí)，它也能適配進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的GSM信道。調(diào)制采用OFDMA下行鏈路和SC-FDMA上行鏈路。

　　SIGFOX

　　SIGFOX既是一種無(wú)線技術(shù)，也是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。SIGFOX工作在868MHz和902MHz的ISM頻段，但消耗很窄的帶寬或功耗。

　　SIGFOX無(wú)線電設(shè)備采用了一種被稱為超窄帶（UNB）調(diào)制的技術(shù)，只是偶爾以低數(shù)據(jù)速率傳送短消息。消息最長(zhǎng)是12個(gè)字節(jié)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)每天可以傳送的消息數(shù)量最多是140條。由于是窄帶寬和短消息，因此除了其162dB的鏈路預(yù)算外，它還可以達(dá)到數(shù)公里的長(zhǎng)傳輸距離。