物联网无线通信技术浅析RFID、LoRa、NB-IoT等

因为工作和学习的原因，最近在系统性地学习物联网（IoT） 相关的技术，希望能够从背景、发展方向、技术领域、工程应用等方面能够有比较深入的认知和应用，也顺便把经常接触到的RFID、大数据、ZigBee、LoRa、传感器等一些词汇和概念梳理清楚，也算是强化自己的一些理解和体会，为后续的科研、学习、技术产品巩固基础。这段时间，主要是对物联网涉及的基础知识做了一些了解，集中在无线通信技术方面。

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【我对物联网技术的理解】到现在物联网技术到底发展到什么程度？它的技术成熟度如何？未来发展的方向在哪里？带着这些疑问，查阅了大量的文献，发现目前国内针对物理网方向的硕士、博士论文主要出自于工程应用型高校，而研究内容大多集中在算法等软件方面，包括目前市场的情况来看，在现阶段，物联网技术更是工程应用型的技术领域，核心不在于0到1，而在于1到2，即怎么把它用好，解决国民经济领域如果高校监测、运转的工程技术，它是软件、硬件融合的技术产品，硬件方面受制于芯片，这本身是的一个深奥、需要苦行僧式投入的前端技术领域，IoT目前或者未来10年，更多的是在用或不用，是一个集成技术领域。

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无线通信方式：可能很多技术人员在做研究物联网通信方式时经常听到无线射频RFID、频段、带宽、传输速率、LoRa等很多专业名词，我自己也经常听的云里雾里，所以在这篇文章做了归类梳理，和大家分享。

先介绍一下通信方面的一些概念===

通信：要实现信息的从A到B的传输，需要将原始信号进行调制，将信息附加在载波中进行传输，这样才能传播的更远、信息更完整，比如在山头A像山头B喊话，声音是原始信号，接收者听到的声音不清晰，但如果通过对讲机或电话讲，就可以完整的接收到信号，而将原始的声音信号调制成电磁波信号传输到目标的技术，即是通信技术，这是一种比较浅显的比喻。

频率：数字无线通信领域提到的频率通常是指载波频率，考虑到通信天线通常为电磁波波长的十分之一及以上，所以为了用更小的通信设施把信号传播到更远的地方，通常选用比较高频率的载波频率，但频率越高也意味着波长越短，即波的衍射会越严重，金属穿透能力越差、能量衰减也越快，所以更高的频率以为着更高的基础设施建设要求，就像5G选用26GHz~300GHz频段，要建设比4G数量多很多、耗能高很多的通信基站。

频段：我们通常听到的433MHz、2.4GHz、5GHz这些通常是指一个频率范围，即频率的组合，例如ISM（工业、科学、医学）通用的2.4GHz实际是指2.402GHz~2.483GHz之间的频段，在这个范围内进行频率的划分，实现通信。

带宽：指某种频段内的划分范围，即能通过的频率的宽度，是这个范围内最高频率和最低频率的差值，例如Bluetooth蓝牙技术利用的就是2.4GHz频段，采用的1MHz带宽。通过的频率组合越多，说明带宽越大。

几类常见无线通信方式的说明和对比===

我们经常听到RFID、LoRa这些通信方式作为并列平行的名词，包括不少书籍和研究报告也是说的比较含糊。其实从字面意思来讲，RFID表示的radio frequency identification即射频标签，可以看到radio frequency射频就包括目前我们常用的无线电通信技术，因为LoRa、NB-IoT这些无线通信方式在本质上就是通过射频实现的，而RFID更重要的是后面ID即标签的作用，所以RFID应该是和条形码、二维码同类的名词，而NB-IoT、LoRa、Wifi、Bluetooth都可以广义的定义为RFID射频技术，这也是为什么RFID的工作频段包括了低频（典型的是125kHz和133kHz）、中高频（13.56MHz）、超高频（860~960MHz）、微波（2.45GHz和5.8GHz）。

理清楚了逻辑关系之后，下面用列表的方式对比Bluetooth、ZigBee、NFC、LoRa、NB-IoT、IEEE802.11ah、IEEE802.11ac、5G这八类常用无线通信技术的各项参数，其中5G属于网络层，前7类属于链路层，不能算是同类的通信方式，但这里也一并归纳，便于理解。

通信参数对比

无线通信方式	说明	频带	带宽	传输速率	传输距离	特点
Bluetooth	蓝牙	2.4GHz	1MHz	1Mb/s	≤10m	存在主从关系，最多1个主、7个从
ZigBee	/	2.4GHz 915MHz 868MHz	5MHz 2MHz 0.6MHz	250kb/s 40kb/s 20kb/s	10-20m	1.采用AES加密，相当于银行卡加密技术的12倍 2.网络容量理论节点为65300个 3.具有无线信号中继功能，可传到1000m以外 4.低功耗，短延时
NFC	简版蓝牙	/	/	106kb/s 212kb/s 424kb/s	＜10cm	/
LoRa	低功耗广域网	433MHz 868MHz 915MHz	19.2KHz	10-100kb/s	2-5km,郊区达15km	1.美国Semtch公司 2.远距离、窄带低功耗、多节点 3.美国公司技术，在国内有一定限制
NB-IoT	窄带物联网	900MHz 1800MHz	180kHz	160-250kb/s	15km	1.可以直接部署在GSM、UMTS、LTE即2G、3G、4G网络中 2.成本低、连接数量多、功耗低
IEEE802.11ah	低频Wifi	＜1GHz	1MHz 2MHz 4MHz 8MHz 16MHz	150kb/s-18Mb/s，典型为7.8Mb/s	1km	在物理网领域应用前景广阔，例如智能抄表
IEEE802.11ac	Wifi	2.4GHz 5GHz	22MHz 20MHz	1Gb/s	100m	/
5G	毫米波	26.5-300GHz	1GHz 2GHz	1-2Gb/s	100-200m	小基站、多布点

从上面的参数对比来看，在物联网链路层即网关与传感器之间采用Zigbee、IEEE802.11ah、NB-IoT通信技术是比较合理的选择，应用场景也更多。上面是收集、归类、总结的一些信息，如有不当，还请批评指正，也争取在后续的学习应用过程中能和大家多分享、交流。