佚名 發表於 2020-06-05 15:37:58
隨著計算機、電子技術的進步，無線通信技術的蓬勃發展，過去幾年中出現了一些新的無線標準：Zigbee、 Z-Wave、LoRa、LTE-M、NB-IoT、Wi-Fi 802.11ah（HaLow）和802.11af（White-Fi）等。
以下是其中最受歡迎的幾個標準，本文將簡要介紹它們的功能和優點：
部分協議對比
Zigbee：專有、短距離、低成本且安全
Zigbee與藍牙類似，是一種低功耗、低數據速率、近距離自組織無線網絡，支持網狀網絡拓撲，使用了IEEE 802.15 WPAN規範，提供250 kbps、40 kbps和20 kbps的數據速率，只能在10至100米的範圍內工作。Zigbee網狀網絡可以包含多達65000個設備，這是藍牙LE可以支持的兩倍。
Zigbee於1998年開始構思，2003年標準化，並於2006年進行了修訂。Zigbee的名字來源於蜜蜂的搖擺舞，其商標歸Zigbee聯盟所有，該聯盟負責維護和發布Zigbee標準，根據其網站信息顯示，全球有數億臺使用Zigbee技術的設備。
Zigbee非常受物聯網設備製造商的青睞，它提供了用戶需要的大多數基本功能（連接性、範圍、安全性），並且作為開放行業標準，它允許與任何Zigbee認證的設備進行互操作。OEM廠商最大的抱怨是加入聯盟的成本、認證和缺乏開放GPL許可證，因為OEM必須要成為聯盟的成員才能使用其技術。
Zigbee主要用於家庭自動化應用，如智能照明、智能恆溫器和家庭能源監控。它還常用於工業自動化、智能儀表和安全系統。
Z-Wave：短距離、低成本、高可靠
Z-Wave與ZigBee相似，是一種基於射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適於網絡的短距離無線通信技術。Z-Wave的結構是源路由網格網絡，即所有設備都連接到一個中心集線器，通常是路由器或網關。網絡本身由三個層組成，它們協同作業，以確保所有設備都能夠同時通信。無線電層定義了信號在網絡和無線電硬體之間的交換方式，而網絡層則確定如何控制節點和設備之間交換的數據。此外，應用層將消息分配給特定的應用程式，以便完成類似於開燈這樣的任務。
Z-Wave的工作頻帶為908.42MHz（美國）——868.42MHz（歐洲），採用FSK（BFSK/GFSK）調製方式，數據傳輸速率為9.6 kbps，信號的有效覆蓋範圍在室內是30m，室外可超過100m，適合於窄寬帶應用場合。
Z-Wave技術設計用於住宅、照明商業控制以及狀態讀取應用，例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災檢測等。Z-Wave可將任何獨立的設備轉換為智能網絡設備，從而可以實現控制和無線監測。Z-Wave技術在最初設計時，就定位於智能家居無線控制領域。採用小數據格式傳輸，40kb/s的傳輸速率足以應。與同類的其他無線技術相比，擁有相對較低的傳輸頻率、相對較遠的傳輸距離和一定的價格優勢。
LoRa：專有、遠程、便宜且安全
類似於Zigbee，LoRaWan是一項專有技術，由非營利組織LoRa聯盟定義和控制。主要區別在於，Zigbee是一種短程物聯網協議，旨在將多個設備緊密連接起來，而LoRa專注於廣域網。
LoRa特別適用於遠程通信，其調製方式相對於其他通信方式大大增加了通信距離，可廣泛應用於各種場合的遠距離低速率物聯網無線通信領域。比如自動抄表、樓宇自動化設備、無線安防系統、工業監視與控制等。具有體積小、功耗低、傳輸距離遠、抗幹擾能力強等特點，可根據實際應用情況對天線增益進行調節。
LoRaWAN網絡架構是一個典型的星形拓撲結構，在這個網絡架構中，LoRa網關是一個透明的中繼，連接終端設備和伺服器。網關與伺服器通過標準IP連接，而終端設備採用單跳與一個或多個網關通信，所有的節點均是雙向通信。LoRa網關和模塊間以星形網方式組網，而LoRa模塊間理論上可以點對點輪詢的方式組網，但是點對點輪詢效率要遠遠低於星形網。網關可以實現多通道並行接收，同時處理多路信號，這大大增加了網絡容量。
LoRa網絡構成
但隨著LoRa設備和網絡部署的增多，其相互之間會出現一定的頻譜幹擾。
LTE-M：蜂窩技術
LTE-M是一種專為滿足物聯網或機對機通信應用需求而設計的蜂窩技術，LTE-M是移動電信運營商的無線系統，得到了行業協會GSMA和3GPP標準組織的支持。LTE-M的主要優點之一是具有全球連通性的潛力，並且它是唯一適合長時間跟蹤移動物體的系統。GSMA表示：「該技術可改善室內和室外覆蓋範圍，支持大量的低吞吐量設備、低延遲靈敏度、超低設備成本、低設備功耗的網絡架構。」
由於LTE-M是通過蜂窩網絡工作的，因此可用於監測、控制和接收在運輸工具（例如卡車、火車、船等）中的IoT設備的信息。當LTE網絡不可用時，系統可以退回到WCDMA（3G）或GPRS/EDGE（2G）來保持連接。
LTE-M還基於蜂窩基站定位提供定位服務，無需使用GPS或Galileo等基於衛星的系統。對於需要為其設備配備基本定位系統的OEM來說，此功能可節省大量成本。
然而，LTE-M的最大的優勢是安全性。蜂窩連接的設備需要裝有SIM晶片，它可以嵌入電路板中，並在工廠進行預配，設置密鑰和籤名。一旦為SIM卡配置了嵌入式密鑰，在沒有對設備進行物理訪問的情況下，就無法修改這些密鑰。
SIM是可提供NSA Suite B AES-256加密和身份認證的安全模塊。
LTE-M的另一個優點是即使在停電期間也可以保持連接。由於它連接到蜂窩網絡，因此不需要接入點（AP），只要物聯網設備電池正常工作，它就可以保持連接狀態。
這就是為什麼基於蜂窩的物聯網連接被廣泛應用於電網、家庭、辦公室安全和車隊管理等關鍵應用。
LTE-M唯一的問題是成本高。要使用該系統，需要訂購運營商服務，每個連接的設備中都需要有一個SIM卡。
NB-IoT：蜂窩技術
NB-IoT構建於蜂窩網絡，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署於GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。
NB-IoT聚焦於低功耗廣覆蓋物聯網市場，是一種可在全球範圍內廣泛應用的新興技術。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優等特點。NB-IoT使用License頻段，可採取帶內、保護帶或獨立載波三種部署方式，與現有網絡共存。
NB-IoT具備四大特點：一是廣覆蓋，將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，相當於提升了100倍覆蓋區域的能力；二是具備支撐連接的能力，NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；四是更低的模塊成本，企業預期的單個接連模塊不超過5美元。
White-Fi和HaLow：低成本、範圍擴大，但安全性低
IEEE 802.11af（White-Fi）和IEEE 802.11ah（HaLow）均使用先前授權的頻譜，並且不會干擾2.4 GHz和5 GHz頻帶中的傳統Wi-Fi信號，也不會干擾2G和3G蜂窩網絡。部分頻譜與美國使用的某些LTE信道共享。
White-Fi利用的是廣播電視轉向數字地面電視以及之前的一些UHF頻道停止運作時釋放出來的數字紅利。在美國和歐洲，對數字紅利頻譜的使用有不同的規定，連接的設備需要定期尋找可用的頻率。
HaLow將Wi-Fi擴展到900 MHz頻段，使傳感器和可穿戴設備等應用所需的低功耗連接成為可能。由於此頻率可免費用於基本通信，因此HaLow是IoT的首選Wi-Fi標準。
HaLow的最大問題是在全球範圍內的未許可頻譜不統一：HaLow在美國的工作頻率為900 MHz，在歐洲為850 MHz，在中國為700 MHz，在許多國家甚至沒有工作頻譜。
由於低頻帶的特性，這兩種技術都不適合高速或大容量的數據傳輸。但是，它們可以用於為大量部署的設備提供連接。
HaLow可以提供低至150kbps的數據速率。
對於新一代低功耗設備來說，低於1 GHz的連接也是至關重要的，它的電池壽命通常需要達到數年。對於世界各地城市部署的數十億個傳感器和監控設備來說，這種電池性能是必不可少的。
HaLow還提供了一些節電功能，例如目標喚醒時間（TWT）和交通指示圖（TIM），使IoT設備能夠在選定的時間間隔進行通信，從而節省電池電量。
2017年，IEEE推出了另一個針對物聯網的Wi-Fi標準：802.11ax（後被正式更名為WiFi 6）。與HaLow相比，802.11ax的優勢在於使用了2.4 GHz和5 GHz頻帶，更適合於本地範圍的物聯網。
在安全問題方面，Wi-Fi缺乏對蜂窩網絡上SIM卡提供的安全元件和硬體加密的保護。但是，要在大範圍內部署數百或數千個無線傳感器，White-Fi和HaLow可以提供低成本的連接和良好的性能。
什麼是最適合您的選擇？
如果你尋求的是一種低成本的解決方案近距離連接非關鍵設備，那麼Zigbee、Z-Wave或White-Fi可能是最佳選擇。Zigbee的DotDot軟體將幫助你開發與其他Zigbee設備兼容的解決方案，前提是必須加入Zigbee聯盟。
對於遠距離應用，Lo-RaWan、LTE-M或NB-IoT是最佳選擇。LTE-M是最強大、最安全的，也有蜂窩網絡的支持，但在價格上可能也是最昂貴的。它能夠保證全球連接，可用於貨運和車隊管理。對於不需要定位服務或NSA級安全性的本地中型網絡而言，LoRa則是一個很好的解決方案。因此，選擇哪種解決方案完全取決於自身的需求，用戶可以根據自己的實際情況擇優選擇。
責任編輯：gt
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