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業(yè)的第三次發(fā)展浪潮。通信技術能夠使物聯(lián)網(wǎng)將 感知到的信息在不同的終端之間進行高效傳輸和交換，實現(xiàn)信息資源的互通和共享，是物聯(lián)網(wǎng)各種應用功能的 關鍵支撐。
通信技術有很多，下面選幾個在物聯(lián)網(wǎng)應用比較適合的和大家詳細分析其特點和適用場景。
LoRa
LoRa是一種遠距離的調制技術，由法國的Cycle。公司研發(fā)，后來被美國的Semtechf升特)收購。其特點 是具備較長的傳輸距離，它是基于線性擴頻(CSS)的一個變種，具備向前就糾錯的(FEC)的能力，同時具 備較高的接收靈敏度和抗噪聲能力。在國內LoRa是運行在免費的頻段470?510MHz之間。
LoRaWAN是基于LoRa的一種通訊協(xié)議，相比LoRa它除了包含物理層的定義還包含了數(shù)據(jù)鏈路層的定 義，LoRa可以通過擴頻因子(SF)調節(jié)通訊速率和距離，擴頻因子越大傳輸速率就越小，但傳輸距離就會越 遠。這就好比同樣油量的摩托車可以跑得快、跑得遠，但是栽重很小，而貨車就可以帶很多東西，但是跑得就 會比較慢且距離很短。因此在設置擴頻因子時就需要個根據(jù)數(shù)據(jù)量和傳輸距離做取舍。
LoRaWAN的單通道實際速率大約0.3-11kbps,目前國內常用的終端芯片有SX1276和SX1278兩種， 網(wǎng)關芯片有SX1255、SX1301、SX1308等型號。其拓撲結構是星型拓撲，即每個網(wǎng)關通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸 到*服務器，節(jié)點會將數(shù)據(jù)同時發(fā)送至多個網(wǎng)關，由*服務器進行冗余檢測和其他的處理。其網(wǎng)關容量主 要取決于數(shù)據(jù)的并發(fā)大小。
LoRaWAN具有A類、B類、C類的通訊模式。
終端雙向通訊(A類)：
節(jié)點隨時可以發(fā)送信息給網(wǎng)關，發(fā)送后會打開兩個持續(xù)時間很短的接收窗口用于接收網(wǎng)關的下行數(shù)據(jù)，通 過這種方式實現(xiàn)上下行的通訊。這種方式節(jié)點會在需要時隨時發(fā)送信息給網(wǎng)關，并不會與網(wǎng)關溝通確認發(fā)送信 息的時機。這種方式其優(yōu)點是通訊邏輯簡單，不會因為與網(wǎng)關確定數(shù)據(jù)上報時間而增加通訊次數(shù)導致電星的消 耗，但這種方式會遇到數(shù)據(jù)碰撞的問題。此類方式適用于僅做數(shù)據(jù)上報、不需要精準的執(zhí)行指令操作、對電量 消耗比較敏感，且能接受一定數(shù)量數(shù)據(jù)丟失的傳感器，適用與電池供電設備。
具備特定時間接收窗口的雙向通訊(B類)：
B類方式在A類方式的基礎上增加了更多的接收窗口用于接收數(shù)據(jù)，B類方式會通過接收網(wǎng)關發(fā)來的信標來 完成時間同步，基于時鐘同步會按照設定在特定的時間開啟更多的接收窗口，網(wǎng)關基于開啟的窗口時間就可以 主動給節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)了。這種方式適用于除了被動的接收數(shù)據(jù)下發(fā)數(shù)據(jù)之外還需要在特定的時間下發(fā)數(shù)據(jù)被節(jié) 點。
大接收窗口通訊(C類)：
C類方式除了在發(fā)送數(shù)據(jù)時，其他時間接收窗口是一直處于開啟中。這種方式功耗大的，不過服務器可 以隨時下發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)延退小。通常這種方式適用于有源設備或隨時需要接收數(shù)據(jù)和指令的執(zhí)行器。
綜合上面的信息可以得知LoRaWAN是一種覆蓋范圍廣(無遮擋十幾公里，有遮擋幾公里)、功耗低、傳輸速 率在十幾kbps、免費可搭建私有網(wǎng)絡的通訊技術，結合這些特點我們可以分析出其大多是應用在那些數(shù)據(jù)星 小、設備所在區(qū)域較廣、需要搭建私有網(wǎng)絡的場景，比如農(nóng)業(yè)監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)采集、市政設備狀態(tài)的上報等行 業(yè)。
關于功耗
關于影響功耗的因素有很多比如通信類型、擴頻因子、數(shù)據(jù)大小、通信間隔、電池容量、傳感器本身耗電 等，之前看了很多文章是說LoRa可以使用XX年，但是絲毫不提以上影響待機時長的參數(shù)，對于這種沒有參考 意義的數(shù)據(jù)真是看了不如不看。以下功耗參數(shù)是朋友實際項目的數(shù)值，雖然缺乏通訊模式、擴頻因子、數(shù)據(jù)間 隔以及傳感器本身耗電的因素，但還是具備一些參考意義的。
NB-IOT
NB-IOT是一種低功耗、覆蓋廣的物聯(lián)網(wǎng)通信技術，它是構建于現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡之上，占用200KHZ頻 段。只要開辟出200KHZ頻段即可直接部署在GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡和LET網(wǎng)上。
聯(lián)通和移動部署在900MHz、1800MHz頻段，電信部箸在800MHzo傳輸速率大于160kbps,小于 250kbps,采用雙半工模式。覆蓋范圍與LoRa基本無異郊區(qū)可達到十幾公里，市區(qū)可達幾公里，
其低功耗方面主要在通訊協(xié)議上做了優(yōu)化，較少不必要的通訊數(shù)據(jù)，同時采用休眠機制節(jié)省電星消耗。 NB-IOT屬于*頻段無法搭建私有網(wǎng)絡，因此我也沒有太細致的去了解其功耗和實際通訊速率。
由于NB-IOT可部箸在現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡上，所以目前一二線城市基本全部覆蓋。NB-IOT的比較適用于數(shù) 據(jù)量小、要求低功耗、設備區(qū)域較廣、設備移動性強的場景，OFO就使用NB-IOT通訊，正好満足其數(shù)據(jù)量 小、低功耗、設備區(qū)域光數(shù)星多、且不斷移動位置的需求。
ZETA
ZETA是上海縱行推岀的非*頻段的LPWAN (低功耗廣域網(wǎng))標準。該標準是使用UNB (超窄帶)的 多信道通信，在傳統(tǒng)LPWAN的穿透性能基礎上，進一步通過分布式接入機制實現(xiàn)快速部署。網(wǎng)上相關ZETA 的資料比較少，我是去拜訪過一次，了解到其特點是2KHz超低頻段(如果我沒記錯的話)，除了低功耗之外 在通訊協(xié)議上有點類似LoRa和ZigBee的結合，可以實現(xiàn)多跳自組網(wǎng)，以及分配確認通訊時間等機制，中繼設 備可以通過電池供電實現(xiàn)超過1年的工作時間。
ZigBee
以上說的廣域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)通訊技術，下面我們就看看局域網(wǎng)的通訊技術。
像是WIFI、藍牙都是常見的局域網(wǎng)通訊技術也都有在物聯(lián)網(wǎng)方面的應用，由于這兩中技術比較常見我們就 不多說了，主要看看Zigbee在物聯(lián)網(wǎng)通訊方案的應用和特點。
ZigBee是基于IEEE802.15.4協(xié)議的低功耗短距離的無線通信技術，它主要運行在2.4GHz. 868MHz和 915MHZ3個頻段上，分別通訊速率是250kb/s、20kb/s和40kb/s。其接入設備量理論可以達到6萬多個設 備(實際接入設備了受通訊速率的限制，無法達到理論接入星)常規(guī)通訊范圍約20米。作為物聯(lián)網(wǎng)通訊技術 其同樣具備低功耗特點，在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池(5000~6000mah)可使用6個月以上 (僅做參考此參數(shù)未獲取各種影響功耗的詳細條件)。
ZigBee因為是使用的免費*頻段，所以是可以搭建私有網(wǎng)絡的。同時它還支持多跳通訊，也就是一個 設備即可接收數(shù)據(jù)也可以轉發(fā)數(shù)據(jù)，這樣就可以通過多跳的方式利用中繼設備將數(shù)據(jù)轉發(fā)到可以上云的網(wǎng)關。 在信號較弱的地方可通過增加中繼設備來提高覆蓋面積和信號強度，而不需要增加可以將數(shù)據(jù)上云的網(wǎng)關。
除上述特點為ZigBee還具備雙向確認的特點，也就受控設備接收到指令后會反饋執(zhí)行結果給控制設備 (類似MQTT協(xié)議)，同樣控制設備發(fā)出指令后也會監(jiān)控是否收到反饋信號，如果沒有收到則意味著數(shù)據(jù)發(fā)生 碰撞，控制設備會重新發(fā)送指令以達到指令的執(zhí)行。針對控制類設備這點是十分友好。
之前聽說在小米有一個說法是“有源設備用WIFI,無源設備用藍牙”，不過現(xiàn)在小米和云丁也都使用起來了 ZigBee.我想也正是因為ZigBee功耗低、速率高(相比LoRa),*可以滿足家庭類監(jiān)控設備和執(zhí)行設備 的通訊要求，同時還可以通過中繼解決多房間的信號盲區(qū)以及搭建私有網(wǎng)絡的特點小米和云丁才會用它的，尤 其是低功耗可搭建私有網(wǎng)絡這個特點，不知道小米會不會在小愛同學上添加ZigBee模塊，讓其可以實現(xiàn)指令 的本地儲存和執(zhí)行，畢竟網(wǎng)絡的異常還是比較常見，如果這些指令可以本地處理和執(zhí)行那么對于物聯(lián)網(wǎng)設備的 穩(wěn)定運行也是十分重要的。
各種通信技術的使用場景
LoRa、ZETA、SUB-1Ghz：適用于大項目、大區(qū)域、設備數(shù)量多、數(shù)據(jù)星不大、設備固定的場景。例 如，樓宇城市的設備狀態(tài)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、遠程控制等，或者農(nóng)業(yè)環(huán)境、設備的監(jiān)控和控制等，以及需要需要 搭建私有網(wǎng)絡的應用場景。LoRa在協(xié)議、規(guī)范、生態(tài)都比較成熟，適合大部分企業(yè)使用。ZETA還在成長 期，在協(xié)議上有一些優(yōu)勢，使用的話整體生態(tài)不太豐富成熟方案不太多。SUB-1Ghz需要自己開發(fā)通訊協(xié) 議，工作星較大，擴展其他品牌的設備比較困難，因此一般公司沒有太多精力去造輪子。
NB-loT：適用移動性強、設備分散、設備數(shù)量大、數(shù)據(jù)量小、設備獨立無需多設備協(xié)同的運行場景。例 如，移動物品或車輛的監(jiān)控和控制、精度不高定位、樓宇城市的設備狀態(tài)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、遠程控制等場景。 NB-IOT三大運營商在一二線城市都已經(jīng)鋪設，生態(tài)和方案都比較成熟沒有搭建基站的煩惱和費用，不過需要 和手機一樣繳納通訊流量費。
4G：適用于大數(shù)據(jù)量、功耗不敏感、移動性強、使用地區(qū)偏遠的場景。例如，車輛的通訊定位、鐵搭的 監(jiān)控和控制、無其他物聯(lián)網(wǎng)通訊覆蓋的區(qū)域、設備數(shù)星少不值得搭建網(wǎng)關的一些場地。
ZigBee、藍牙、WiFi：適用于小區(qū)域、數(shù)據(jù)量稍大、設備固定、設備數(shù)量少、需要多設備聯(lián)動運行的場 景。例如，智能家居、獨立小商鋪等小區(qū)域的場所。ZigBee是比較適合上述場景的，其功耗、通訊速率合 適、協(xié)議完善穩(wěn)定，可通過多跳覆蓋一個中型場所。藍牙方案成熟，不過功耗稍微有點高，保持長鏈接數(shù)量太 少。WiFi功耗太大，在無源設備基本無法使用，但通訊速率很高。
不同的場景和需求使用不同的通訊技術，在選型的時候可以先列岀硬性指標，然后再這個范圍內做有限的 調研和選擇。比如我們在選擇時的兩個硬性的指標是覆蓋范圍大、可搭建私有網(wǎng)絡。
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