物联网常见的无线传输协议类型

物联网常见的无线传输协议类型

 

导读： “物联网”概念在1999年美国麻省理工学院首次被提出，狭义的物联网指的是“物—物相连的互联网”，这里相连的主体既包括物品到物品，也包括物品到识别管理设备。

“物联网”概念在1999年美国麻省理工学院首次被提出，狭义的物联网指的是“物—物相连的互联网”，这里相连的主体既包括物品到物品，也包括物品到识别管理设备。

广义的物联网指的是信息空间和物理空间的融合，也就是虚拟与现实的融合，把所有的物体和事件数字化、网络化，在人与人、人与物、物与物之间实现信息交互，实现物品的自动识别，监控定位和远程管理。物联网以现有的互联网和各种专有的网为基础，传输通过感知层采集汇总的各类数据，实现数据的实时传输并保证数据安全。目前的有线和无线互联网、2G和3G网络等，都可以作为传输层的组成部分。在智能小区、智能家居等物联网终端普及的未来，为了保证无线传输数据的安全，无线传输协议显得尤为重要。

下面就来看看物联网中常见的无线传输协议类型：

RFID

RFID（Radio Frequency Identification），即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

RFID由标签（Tag）、解读器（Reader）和天线（Antenna）三个基本要素组成。 RFID技术的基本工作原理并不复杂，标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag ，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID可被广泛应用于安全防伪、工商业自动化、财产保护、物流业、车辆跟踪、停车场和高速公路的不停车收费系统等。从行业上讲，RFID将渗透到包括汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各个领域。

 

红外

红外技术也是无线通信技术的一种，可以进行无线数据的传输。红外有明显的特点：点对点的传输方式，无线，不能离得太远，要对准方向，不能穿墙与障碍物，几乎无法控制信息传输的进度。802．11物理层标准中，除了使用2．4GHz频率的射频外，还包括了红外的有关标准。IrDA1．0支持最高115．2kbps的通信速率，IrDA1．1支持到4Mbps。该技术基本上已被淘汰，被蓝牙和更新的技术代替。

ZigBee

ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率的近距离的无线网络技术。ZigBee 的基础是IEEE802．15．4，这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE802．15．4仅处理低级MAC层和物理层协议，所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化，同时联盟还负责其安全协议、应用文档和市场推广等。

ZigBee联盟成立于2001年8月，由英国Invensys、日本三菱电气、美国摩托罗拉、荷兰飞利浦半导体等公司共同组成。ZigBee与Bluetooth （蓝牙）、WiFi（无线局域网）同属于2．4GHz频段的IEEE标准网络协议，由于性能定位不同，各自的应用也不同。

ZigBee有显著的特点：超低功耗，网络容量大，数据传输可靠，时延短，安全性好，实现成本低。 在ZigBee技术中，采用对称密钥的安全机制，密钥由网络层和应用层根据实际应用需要生成，并对其进行管理、存储、传送和更新等。因此，在未来的物联网中，ZigBee技术显得尤为重要，已在美国的智能家居等物联网领域中得到广泛应用。

蓝牙

Bluetooth是1998年5月，东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚共同提出的技术标准。作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，蓝牙以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接，完成数据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口（Radio Air Interface）及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能够在近距离范围内具有互用、互操作的性能（Interoperability）。

蓝牙以无线LANs的IEEE802．11标准技术为基础。应用了“Plonkandplay”的概念（有点类似“即插即用”），即任意一个蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置，因此可以解释成“即连即用”。

蓝牙技术有成本低，功耗低、体积小，近距离通信，安全性好的特点。 蓝牙在未来的物联网发展中将得到一定的应用，特别是应用在办公场所、家庭智能家居等环境中。

GPRS

通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS），使用带移动性管理的分组交换模式以及无线接入技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位来计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。但GPRS技术不太适合智能家居使用，主要应用在电信网络。

 

3G

第三代移动通信技术（3rd－generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。

目前3G存在四种标准：CDMA2000（美国版），WCDMA（欧洲版），TD－SCDMA（中国版），WiMAX。国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD－SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》。2007年，WiMAX亦被接受为3G标准之一。

CDMA是Code Division Multiple Access （码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，而这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大大改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。而CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。

4G

4G技术又称IMT－Advanced技术。 准4G标准，是业内对TD技术向4G的最新进展的TD－LTE－Advanced称谓。对于4G中将使用的核心技术，业界并没有太大的分歧。总结起来，有正交频分复用（OFDM）技术、软件无线电、智能天线技术多输入多输出（MIMO）技术和基于IP的核心网五种。

由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。此外，4G还有网络频谱宽、通信灵活、智能性能高 、兼容性好 、费用便宜等优点。

4G通信技术并非完美无缺，主要体现在以下几个方面：一是4G通信技术的技术标准难以统一。二是4G通信技术的市场推广难以实现。三是4G通信技术的配套设施难以更新。

Wi－Fi

Wi－Fi 全称为Wireless Fidelity，又称IEEE 802．11b标准，它最大的优点就是传输的速度较高，可以达到11Mb／s，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种IEEE 802．11 DSSS（直接序列展频技术，Direct Sequence Spread Spectrum）设备兼容。

IEEE 802．11b无线网络规范是在IEEE802．11a网络规范基础之上发展起来的，最高带宽为11Mb／s，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5．5Mb／s、2Mb／s和1Mb／s。带宽的自动调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性。Wi－Fi无线保真技术与蓝牙技术一样，属于办公室与家庭使用的短距离无线技术，使用频段是2．4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段，可以使用的标准有两个即802．11ay与802．11b，802．11g是802．11b的继承。

其主要的特性为：速度快、可靠性高。在开放区域，其通信距离可达305m。在封闭性区域其通信距离为76～122m，方便与现有的有线以太网整合，组网的成本更低。

NB－IoT

NB－IoT即窄带物联网 （Narrow Band －Internet of Things），是物联网技术的一种，具有低成本、低功耗、广覆盖等特点，定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场，拥有广阔的应用前景。NB－IoT技术包含六大主要应用场景，包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、农业和畜牧业。而这些场景恰恰是现有移动通信很难的支持的场景。市场研究公司Machina预测，NB－IoT技术未来将覆盖25％的物联网连接。

NB－IoT是3GPP R13阶段LTE的一项重要增强技术，射频带宽可以低至0．18MHz。NB－IoT是NB－CIoT和NB－LTE两种标准的融合，平衡了各方利益，并适用于更广泛的部署场景。其中，华为、沃达丰、高通等公司支持NB－CIoT；爱立信、中兴、三星、英特尔、MTK等公司支持NB－LTE。NB－CIoT、NB－LTE与标准NB－IoT相比都有较大差异，终端无法平滑升级，一些非标基站甚至面临退网风险。

随着物联网技术和应用的不断发展，无线传输协议将迎来前所未有的发展，其在未来智能化系统中的应用也将会呈现爆发性的增长。了解与掌握ZigBee、蓝牙、Wi－Fi、RFID等核心技术，研制相应的借接口以及无线通信产品模块化，绝对是企业创造商机的正确手段。无线传输协议始终是物联网发展的一个关键技术，也将是未来物联网发展中的重中之重。