前面文章介紹了傳感器和RIFD在不同應用場景中的功能特點，了解到傳感器主要用在對設備運行狀態的監控；RIFD主要用于對物體信息的識別。但不管是哪種技術，都需要將采集到的數據及時的傳輸出去，這就要求所有傳感器必須與“網”互聯，這其中發揮關鍵作用的就是無線傳輸技術。

    在日常使用的電子產品中，至少都具備幾種網絡接入能力。比如，智能手機的網絡接入方式可以是WiFi，可以是2G、3G、4G網絡，也可以通過藍牙、熱點共享的方式接入。這樣，智能手機就可以在不同的環境中選擇最劃算的接入方法。在固定場所就用WiFi，在空曠區就選擇4G，如果要用無線耳機聽歌，就選擇藍牙與手機連接。當然，除這些提到的無線接入技術之外，還有很多接入方式。特別是隨著萬物互聯時代的到來，物與物之間的連接方式也在不斷發展和更新。

    但總體來說，物聯網所有的支持的接入方式都要求能耗低、速度快，傳輸距離遠，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。縱向是速率，橫向是接入狀態，包括距離、速率、功耗以及是否處于授權頻段。

    1、遠距離無線傳輸技術和近距離傳輸技術的應用場景

    遠距離無線傳輸技術包括2G、3G、4G、NB-IoT、Sigfox、LoRa；近距離無線傳輸技術包括WIFI、藍牙、UWB、MTC、ZigBee、NFC。遠距離無線傳輸技術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主要應用在局域網，比如家庭網絡、工廠車間聯網、企業辦公聯網；遠距離無線傳輸技術主要應用在遠程數據的傳輸，如智能電表、智能物流、遠程設備數據采集等。

    在物聯網領域，大多數傳感器都是嵌入在芯片中，網絡傳輸模塊的能耗低，且功率小，主要以近距離無線連接為主。特別在工廠內部，無數的生產設備、物料和智能終端都需要利用Wifi、藍牙、Zigbee這些近距離無線技術實現互聯。但在有些業務中，近距離無線傳輸無法滿足需求。比如，企業需要對客戶產品的使用狀態進行監控并實時的傳回數據。在重工企業，對遠程設備使用狀態的監控十分重要。因此，需要利用遠距離無線傳輸技術實現數據的回傳。這個時候企業可以選擇3G、4G這樣的蜂窩通信技術，也可以選擇LoRa、Sigfox、NB-IoT這樣的低功耗廣域網傳輸技術。

    2、為什么要發展低功耗廣域物聯網（LPWAN）技術？

    物聯網是隨著終端的移動化和智能化發展起來的一個新興技術。物聯網的出現是互聯網在工業應用上的延伸。傳統的互聯網是構建在IP/TCP協議之上，但物聯網不只是要實現物體與互聯網的連接，而是要實現萬物互聯。這就要求物聯網必須兼容包括TCP/IP在內的所有網絡協議。

    另一方面，傳統的廣域網傳輸技術，如3G/4G蜂窩通信技術，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設備的接入需求。比如，在工業環境中芯片都是嵌入式的，且功耗較低，而且由于接入的設備數量較多，企業很難承較高的接入成本。這種情況下，發展低功耗廣域網絡就變得十分重要。

    低功耗廣域網絡（LPWAN）具有功耗低、覆蓋范圍廣、穿透性強的特點，適用于每隔幾分鐘發送和接收少量數據的應用情況，比如車輛跟蹤定位、智能電表和水表、水運定位、路燈監測、停車位監測等。LPWAN在復雜的城市環境中傳輸距離可以達到5公里，空曠地區可以達到40公里。在成本方面，支持窄帶數據傳輸，網絡通信成本極低。由于較低的數據傳輸速率，LPWAN設備功耗低，電池供電可支撐10年以上。目前，主流的LPWAN技術包括LoRa、Sigfox、NB-IoT等。

    3、授權頻譜和非授權頻譜有什么區別？

    簡單來說，“頻譜”是移動寬帶網絡的“生命線”。就像船和水的關系一樣，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。非授權頻譜和授權頻譜在技術和功能實現上并不存在任何區別。只是說，授權頻譜是已經分配給某一企業或機構專門使用的頻段，不對外開放。非授權頻譜大多是可公開使用的頻段，比如WiFi使用的就是非授權頻段。與此不同，WCDMA使用的就是授權頻段，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這些蜂窩通信技術使用的都是授權頻譜。

    當前，隨著物聯網應用的深入，各種低功耗嵌入式設備的聯網，無論是基于成本、能耗，還是兼容性，這些遠程通信技術都無法很好的滿足物聯網的應用需求。為應對這一需求，行業廠商及相關架構也推出了一些低功耗、遠距離的無線傳輸標方案，其中以LoRa、Sigfox、NB-IoT三種標準應用最為廣泛，這些低功耗廣域網傳輸技術被統稱為LPWAN，使用的是非授權頻段。

    4、不同層次物聯網應用的無線傳輸需求

    第一，高功耗、高速率的廣域網傳輸技術，如2G、3G、4G蜂窩通信技術，這類傳輸技術適合于GPS導航與定位、視頻監控等實時性要求較高的大流量傳輸應用。

    第二，低功耗、低速率的廣域網傳輸技術，如Lora、Sigfox、NB-IoT等，這類傳輸技術適合于遠程設備運行狀態的數據傳輸、工業智能設備及終端的數據傳輸等。

    第三、高功耗、高速率的近距離傳輸技術，如WIFI、藍牙，這類傳輸技術適合于智能家居、可穿戴設備以及M2M之間的連接及數據傳輸。

    第四，低功耗、低速率的近距離傳輸技術，如ZigBee。這類傳輸技術適合局域網設備的靈活組網應用，如熱點共享等。

    5、無線傳輸技術與物聯網

    如果說，傳感器是物聯網的觸覺，那么，無線傳輸就是物聯網的神經系統，將遍布物聯網的傳感器連接起來。在物聯網出現以前，網絡的接入需求主要體現在PC、移動終端對互聯網的接入需求。如今，隨著物聯網的發展，無線接入不僅僅體現在PC、移動終端對網絡的連接需求，還有工業生產環境下物與物之間的連接需求。

    從互聯網到物聯網，接入的終端（物）在發生改變，使得無線傳輸技術也在發生改變。目前，物聯網無線傳輸技術的發展趨勢是以低功耗廣域網絡為主。可以預計，在未來的幾年時間，以Lora、Sigfox、NB-IoT為代表的低功耗廣域網絡傳輸技術將逐漸成為物聯網傳輸層連接技術的主流。

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本文標題：解讀物聯網系列之無線傳輸技術

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