物联网概述

物联网概述

概念：物联网是通过感知设备，传感器、互联网以及M2M（人到物、物到物、人到人）网络连接物体到物体的，全自动、智能化采集、传输与处理信息的一种新型网络。

主要解决：主要解决物品到物品、人到物品、人到人之间的互联。

特征：网络化、物联化、互联化、自动化、感知化、智能化。

 

 

感知层技术：

1 红外感应技术
2 全球定位技术
3 遥感技术
4 RFID技术
5 编码技术
6 标识技术（条码技术、OCR、磁条卡技术、语音识别技术、虹膜技术、RFID、便携式数据终端和视频通信、智能卡）

网络层技术：

1 WSN（无线传感网）技术
2 4G/5G技术
3 UWB
4 ZigBee、WiFi、蓝牙（近距离）
5 NB-IoT、LoRa（远距离）

众多的各种技术，无非就是根据使用需求和场景，来选取的
短距离（几百米）：ZigBee、蓝牙Bluetooth、NFC、UWB（这几个都是低功耗短距离）、WiFi（高功耗、短距离）
长距离（几千米）：LoRa、NB-IoT（低功耗，广域）

应用层技术：

1 中间件技术
2 嵌入式技术
3 云计算

 

物联网的主要技术协议，都在网络层。
基本上就是短距离传输和长距离传输。
各种技术的选择，其实主要就是根据场景、成本去选择对应哪种技术，没有绝对的好与坏，只有适合不适合。以下介绍网络层各种技术。

物联网网络层技术-Zigbee

Zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
基于IEEE802.15.4协议、自组网能力，某个设备损坏不影响整个网络
特点
1.低功耗：在低功耗待机状态下，两节5号干电池可以使用6至24个月，从而消除了充电或频繁更换电池的麻烦。
2.低速率：Zigbee以20至250kbit/s的较低速率工作，满足低速率数据传输的要求。
3.延迟短：Zigbee的响应速度快，从睡眠状态切换到工作状态通常仅需要15ms，节点访问网络仅需要30ms，从而进一步节省了能源。
4.近距离：几十米到几百米，可扩展
5.容量大：Zigbee可以采用星状，片状和网状的网络结构，最多可以形成65,000个节点的大型网络。
6.高安全性：Zigbee使用AES-128加密算法提供数据完整性检查和身份验证功能。
7.免许可证频段：直接序列扩频用于工业科学医学（ISM）频段，2.4GHz（全球），915MHz（美国），868MHz（欧洲）。
应用
目标是针对工业自动化，家庭自动化，遥测和远程控制，农业自动化，电力，采矿和物流管理。
ZigBee的具有应用场景包括：照明自动化控制，环境控制，自动抄表系统，各种窗帘控制，烟雾传感器，家庭安防，工业和楼宇自动化，采矿和物流管理。
应用分析
主要应用于工业上，自组网很方便。在民用上主要是智能家居，但目前wifi和蓝牙在各种家电中集成的比较多，普通民众对这个技术没有概念，设施也不全。

 

物联网网络层技术-NFC

NFC（Near Field Communication近场通信）使用了NFC技术的设备可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来的。通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能。其工作频率为 13.56MHz，通信距离 0~20cm（实际大部分产品都在 10cm 以内），传输速率可为106kbit/s、212kbit/s、424 kbit/s和848kbit/s。
主要应用形式
点对点模式（近距离传输信息）
读卡器模式（广告读取、车票读取、电影院门票销售等。比如电影海报后面贴有TAG标签，此时用户就可以携带一个支持NFC协议的手机获取电影信息，也可以连接购买电影票）
卡模拟形式（门禁卡、银行卡）
应用
支付应用：带有NFC功能的手机虚拟成银行卡、一卡通等的应用。
安防应用：将手机虚拟成门禁卡、电子门票等。
标签应用：NFC标签的应用就是把一些信息写入一个NFC标签内， 用户只需用NFC手机在NFC标签上挥一挥就可以立即获得相关的信息。
例如商家可以把含有海报、促销信息、广告的NFC标签放在店门口，用户可以根据自己的需求用NFC手机获取相关的信息。
应用分析
以卡为载体的一卡通系统有一个发卡的获利，系统集成商和运营商在发卡上可以获得丰厚的利润，目前公交一卡通以及被微信和支付宝的扫码支付慢慢替代，NFC错过了时机。标签应用跟目前的扫二维码差不多。但NFC标签有成本，二维码几乎没有成本。

 

物联网网络层技术-UWB

UWB（Ultra Wide Band，超宽带）技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。
特点
系统结构的实现比较简单
高速的数据传输500Mbit/s
功耗低（一般在0.20~1.5ns之间，有很低的占空比，系统耗电很低）
安全性高（UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。）
定位精确（UWB技术具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，厘米级别）
应用
短距离高速传输（要是构建短距离高速WPAN、家庭无线多媒体网络以及替代高速率短程有线连接，如无线USB和DVD，其典型的通信距离是10m）
中长距离（几十米以上）低速率应用（无线传感器网络和低速率连接）
定位（使用广泛，定位，巡检，电子围栏）
应用分析
主要应用于定位、数据传输。目前iPhone 和 三星的新手机中都已经集成UWB功能，有一定发展前景。

物联网网络层技术-蓝牙Bluetooth

蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙作为一种小范围无线连接技术，能在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信，因此它是目前实现无线个域网通信的主流技术之一。
特点
蓝牙技术的适用设备多
蓝牙技术的工作频段全球通
兼容性和抗干扰能力好
传输距离较短
通过调频扩频技术进行传播
功耗低
应用
移动设备（手机、电脑的传输数据；设备连接：耳机、鼠标、键盘）
定位
应用分析
各个移动设备基本已经集成蓝牙功能，未来可以在各个领域使用，有一定发展前景。

物联网网络层技术-Wi-Fi

Wi-Fi无线网络上网可以简单的理解为无线上网，几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。实际上就是把有线网络信号转换成无线信号。虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。
应用分析
各个移动设备基本已经Wi-Fi功能，有发展前景。

LPWAN

LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络）也称为LPWA (Low-Power Wide-Area) 或 LPN（Low-Power Network，低功率网络），是一种用在物联网，可以用低比特率进行长距离通讯的无线网络。

LPWAN作为一个新的技术阵营，其内部分为两大派系：授权频段和非授权频段。授权频段又分为EC-GSM、eMTC以及NB-IoT;而非授权频段的“头牌”则是LoRa。稳定可靠。

LPWAN的目标是为物联网应用中的M2M(设备到设备)通信场景而优化的远距离无线网络通讯技术。LPWAN技术的优势主要体现在：低速率、超低功耗、长距离、低吞吐、强覆盖。这些特点恰好说明，此项技术正是针对物联网在长距离传输的场景下开发的。具体应用如：城区覆盖、远程抄表、井盖检测以及近海渔船检测等。

物联网网络层技术-NB-IoT

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT窄带物联网）支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，是低功耗广域网(LPWAN)的一种。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。需要运营商许可
特点
广覆盖
海量连接（NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接）
低功耗（NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年）
稳定可靠
应用
电信运营商而言，车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生连接
应用前景
未来NB-IoT将在运营商级网络中大放异彩

物联网网络层技术-LoRa

LoRa（Long Range Radio远距离无线电）是低功耗广域网(LPWAN)的一种。在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一
特点
传输距离远：城镇可达2-5 Km，郊区可达15 Km
工作频率：ISM 频段 包括433、868、915 MH
容量大一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点
低功耗：电池可用10年
安全：AES128加密
传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长
应用
常见的物联网长距离传输应用场景，LoRa网络更适合于企业、政府或机构构建更安全的低成本私有物联网
应用前景
前景不错，国外比国内用的多

技术上来说的话，NB-loT和LoRa差不了多少，二者的应用范围和服务对象基本都一样。最主要的区别就是频谱，NB-loT工作是授权频谱，也就是专门划分的频谱；LoRa工作于非授权的频谱，只能在某些制定频段工作，就是NB-loT必须是有运营商提供的服务，必须使用运营商的网络，这也就是为什么国内的运营商都支持NB-loT技术。
相对于NB-loT来说，LoRa还是有一定的优势的。一个是自由度方面，因为NB-loT是依赖于运营商的基础网络建设，在很多环境不好的情况下，运营商的基础设施并没有覆盖到，而LoRa则是一个自主的网络，可以自己进行部署；还有就是安全性方面，有些企业并不喜欢把自己的数据传输到别人哪怕是运营商手里，所以有些企业会选择自己部署LoRa网络。