收藏：常见物联网通信技术概览
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2022-04-18 14:44
通信技术是物联网的基础，万物互联离不开各种通信技术的支持。如果把物联网比作信息的物流系统，那么通信技术就是不同的交通运输方式。
常见的通信技术可以分为有线通信技术和无线通信技术。参考“常见物联网通信技术概览”。有线技术与无线技术根据场景及技术特点，又细分出许多不同的标准。
PHY—物理层，主要作用是把数字信号变成在可支持的传输媒介上传输的模拟信号。它定义了数据传输的电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输的连接器。
MAC——edia Access Control，媒介存取控制，它对应OSI7层模型的是数据链路层。数据链路层是由两部分组成MAC（介质存取控制）和LLC（逻辑链路控制）。MAC是负责发送和接受数据。对数据传输进行同步、识别错误及控制数据的流向。
M-Bus（Meter Bus）——户用仪表总线，它是一种专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线设计的。M-Bus在建筑物和工业能源消耗数据采集有多方面的应用。
M-Bus总线的提出满足了公用事业仪表的组网和远程抄表的需要，同时它还可以满足远程供电或电池供电系统的特殊要求。M-Bus串行通信方式的总线型拓扑结构非常适合公用事业仪表的可靠、低成本的组网要求，可以在几公里的距离上连接几百个从设备。
蓝牙是一种大容量近距离无线数字通信技术标准，其目标是实现最高数据传输速率1Mbps、最大传输距离为10厘米～10米的数据传输，通过增加发射功率传输距离可达到100米。
优点：速率快、低功耗，安全性高。
缺点：网络节点少，不适合多点布控。
Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHFISM 射频频段。
优点：覆盖范围广，数据传输速率快。
缺点：传输安全性不好，稳定性差，功耗略高，组网能力差。
ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。广泛的应用于工业和智慧家庭领域。
Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。
优点：结构简单，低速率，低功耗，低成本，可靠性高。
缺点：标准不开放，芯片只能通过Sigma Designs这一唯一来源获取。
GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通信系统，是第二代移动通信技术。GSM是1992年欧洲标准化委员会统一推出的标准，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使用。GSM数据速率为9.6Kbps。
GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可以说是GSM的延续。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。
3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。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。
3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在3种标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。3G标准演进至现在，WCDMA的最新演进技术HSPA+已可支持42Mbps的下行速率。
第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。
4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。
5G网络是第五代移动通信网络，其峰值理论传输速度可达10Gbps，比4G网络的传输速度快数百倍。举例来说，一部1G的电影可在8秒之内下载完成。
ITU-R已于2015年6月定义了未来5G的3大类应用场景，分别是增强型移动互联网业务eMBB（Enhanced Mobile Broadband）、海量连接的物联网业务mMTC（Massive Machine Type Communication）和超高可靠性与超低时延业务uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication），并从吞吐率、时延、连接密度和频谱效率提升等8个维度定义了对5G网络的能力要求。
SigFox网络利用了超窄带UNB技术，传输功耗水平非常低，并仍然能维持一个稳定的数据连接。SigFox无线链路使用免授权的ISM射频频段。频率根据国家法规有所不同，在欧洲广泛使用868MHz，在美国是915MHz。
SigFox网络技术使用超窄频带调制技术，单个基站能够实现网络消息的传输最远达1000公里以上，每个基站允许多大100万个物联网（IoT）设备终端。
LoRa是“Long Range”的缩写，由LoRa联盟维护管理，是一种基于物理层实现网络数据通信的技术，支持双向数据传输，符合一系列开源标准。它的网络实现具体解决方案称为LoRaWAN，是由Semtech公司开发的，并由IBM公司支持。Lora可以应用于自动抄表、智能家居和楼宇自动化、无线预警和安全系统、工业监测和控制以及远程灌溉系统等等。
NB-IoT是基于蜂窝的窄带物联网，其构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽。可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。
同时根据3GPP的R14版本，NB-IoT可支持基站定位，同时能够支持80km/h以内的移动性场景。
eMTC是爱立信提出的无线物联网解决方案。eMTC基于LTE接入技术设计了无线物联网络的软特性，主要面向低速率、深度覆盖、低功耗、大连接的物联网应用场景。
相对于NB-IoT，eMTC速率更高，可达1Mbps，但覆盖较小，功耗较大，容量也较小。另外，eMTC提供一定的语音通信能力。
华为eLTE-IoT解决方案是专门为行业物联市场开发的基于3GPP标准的窄带无线物联解决方案。eLTE-IoT基于1GHz以下的非授权ISM频谱，采用灵活易部署的轻量化设备，并支持标准物联网协议与企业现有应用平台进行对接，目标市场为企业自建窄带物联网市场，为包括智能抄表、智能停车、工业传感监测等业务提供网络支撑。
本文重点分析了物联网有线通信技术，短距无线通信技术标准、特点；蜂窝移动通信技术特点及演进趋势，LPWA通信技术。
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