物聯網無線通信技術淺析RFID、LoRa、NB-IoT等

因為工作和學習的原因，最近在系統性地學習物聯網（IoT） 相關的技術，希望能夠從背景、發展方向、技術領域、工程應用等方面能夠有比較深入的認知和應用，也順便把經常接觸到的RFID、大資料、ZigBee、LoRa、傳感器等一些詞彙和概念梳理清楚，也算是強化自己的一些了解和體會，為後續的科研、學習、技術産品鞏固基礎。這段時間，主要是對物聯網涉及的基礎知識做了一些了解，集中在無線通信技術方面。

【我對物聯網技術的了解】到現在物聯網技術到底發展到什麼程度？它的技術成熟度如何？未來發展的方向在哪裡？帶着這些疑問，查閱了大量的文獻，發現目前國内針對實體網方向的碩士、博士論文主要出自于工程應用型高校，而研究内容大多集中在算法等軟體方面，包括目前市場的情況來看，在現階段，物聯網技術更是工程應用型的技術領域，核心不在于0到1，而在于1到2，即怎麼把它用好，解決國民經濟領域如果高校監測、運轉的工程技術，它是軟體、硬體融合的技術産品，硬體方面受制于晶片，這本身是的一個深奧、需要苦行僧式投入的前端技術領域，IoT目前或者未來10年，更多的是在用或不用，是一個內建技術領域。

無線通信方式：可能很多技術人員在做研究物聯網通信方式時經常聽到無線射頻RFID、頻段、帶寬、傳輸速率、LoRa等很多專業名詞，我自己也經常聽的雲裡霧裡，是以在這篇文章做了歸類梳理，和大家分享。

先介紹一下通信方面的一些概念===

通信：要實作資訊的從A到B的傳輸，需要将原始信号進行調制，将資訊附加在載波中進行傳輸，這樣才能傳播的更遠、資訊更完整，比如在山頭A像山頭B喊話，聲音是原始信号，接收者聽到的聲音不清晰，但如果通過對講機或電話講，就可以完整的接收到信号，而将原始的聲音信号調制成電磁波信号傳輸到目标的技術，即是通信技術，這是一種比較淺顯的比喻。

頻率：數字無線通信領域提到的頻率通常是指載波頻率，考慮到通信天線通常為電磁波波長的十分之一及以上，是以為了用更小的通信設施把信号傳播到更遠的地方，通常選用比較高頻率的載波頻率，但頻率越高也意味着波長越短，即波的衍射會越嚴重，金屬穿透能力越差、能量衰減也越快，是以更高的頻率以為着更高的基礎設施建設要求，就像5G選用26GHz~300GHz頻段，要建設比4G數量多很多、耗能高很多的通信基站。

頻段：我們通常聽到的433MHz、2.4GHz、5GHz這些通常是指一個頻率範圍，即頻率的組合，例如ISM（工業、科學、醫學）通用的2.4GHz實際是指2.402GHz~2.483GHz之間的頻段，在這個範圍内進行頻率的劃分，實作通信。

帶寬：指某種頻段内的劃分範圍，即能通過的頻率的寬度，是這個範圍内最高頻率和最低頻率的內插補點，例如Bluetooth藍牙技術利用的就是2.4GHz頻段，采用的1MHz帶寬。通過的頻率組合越多，說明帶寬越大。

幾類常見無線通信方式的說明和對比===

我們經常聽到RFID、LoRa這些通信方式作為并列平行的名詞，包括不少書籍和研究報告也是說的比較含糊。其實從字面意思來講，RFID表示的radio frequency identification即射頻标簽，可以看到radio frequency射頻就包括目前我們常用的無線電通信技術，因為LoRa、NB-IoT這些無線通信方式在本質上就是通過射頻實作的，而RFID更重要的是後面ID即标簽的作用，是以RFID應該是和條形碼、二維碼同類的名詞，而NB-IoT、LoRa、Wifi、Bluetooth都可以廣義的定義為RFID射頻技術，這也是為什麼RFID的工作頻段包括了低頻（典型的是125kHz和133kHz）、中高頻（13.56MHz）、超高頻（860~960MHz）、微波（2.45GHz和5.8GHz）。

理清楚了邏輯關系之後，下面用清單的方式對比Bluetooth、ZigBee、NFC、LoRa、NB-IoT、IEEE802.11ah、IEEE802.11ac、5G這八類常用無線通信技術的各項參數，其中5G屬于網絡層，前7類屬于鍊路層，不能算是同類的通信方式，但這裡也一并歸納，便于了解。

通信參數對比

無線通信方式	說明	頻帶	帶寬	傳輸速率	傳輸距離	特點
Bluetooth	藍牙	2.4GHz	1MHz	1Mb/s	≤10m	存在主從關系，最多1個主、7個從
ZigBee	/	2.4GHz 915MHz 868MHz	5MHz 2MHz 0.6MHz	250kb/s 40kb/s 20kb/s	10-20m	1.采用AES加密，相當于銀行卡加密技術的12倍 2.網絡容量理論節點為65300個 3.具有無線信号中繼功能，可傳到1000m以外 4.低功耗，短延時
NFC	簡版藍牙	/	/	106kb/s 212kb/s 424kb/s	＜10cm	/
LoRa	低功耗廣域網	433MHz 868MHz 915MHz	19.2KHz	10-100kb/s	2-5km,郊區達15km	1.美國Semtch公司 2.遠距離、窄帶低功耗、多節點 3.美國公司技術，在國内有一定限制
NB-IoT	窄帶物聯網	900MHz 1800MHz	180kHz	160-250kb/s	15km	1.可以直接部署在GSM、UMTS、LTE即2G、3G、4G網絡中 2.成本低、連接配接數量多、功耗低
IEEE802.11ah	低頻Wifi	＜1GHz	1MHz 2MHz 4MHz 8MHz 16MHz	150kb/s-18Mb/s，典型為7.8Mb/s	1km	在實體網領域應用前景廣闊，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、多布點

從上面的參數對比來看，在物聯網鍊路層即網關與傳感器之間采用Zigbee、IEEE802.11ah、NB-IoT通信技術是比較合理的選擇，應用場景也更多。上面是收集、歸類、總結的一些資訊，如有不當，還請批評指正，也争取在後續的學習應用過程中能和大家多分享、交流。