隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，過(guò)去幾年中出現(xiàn)了一些新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)：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(gè)標(biāo)準(zhǔn)，本文將簡(jiǎn)要介紹它們的功能和優(yōu)點(diǎn)：

部分協(xié)議對(duì)比

1. Zigbee：專(zhuān)有、短距離、低成本且安全

Zigbee與藍(lán)牙類(lèi)似，是一種低功耗、低數(shù)據(jù)速率、近距離自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，使用了IEEE 802.15 WPAN規(guī)范，提供250 kbps、40 kbps和20 kbps的數(shù)據(jù)速率，只能在10至100米的范圍內(nèi)工作。Zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以包含多達(dá)65000個(gè)設(shè)備，這是藍(lán)牙LE可以支持的兩倍。

Zigbee于1998年開(kāi)始構(gòu)思，2003年標(biāo)準(zhǔn)化，并于2006年進(jìn)行了修訂。Zigbee的名字來(lái)源于蜜蜂的搖擺舞，其商標(biāo)歸Zigbee聯(lián)盟所有，該聯(lián)盟負(fù)責(zé)維護(hù)和發(fā)布Zigbee標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)其網(wǎng)站信息顯示，全球有數(shù)億臺(tái)使用Zigbee技術(shù)的設(shè)備。

Zigbee非常受物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商的青睞，它提供了用戶(hù)需要的大多數(shù)基本功能(連接性、范圍、安全性)，并且作為開(kāi)放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它允許與任何Zigbee認(rèn)證的設(shè)備進(jìn)行互操作。OEM廠商最大的抱怨是加入聯(lián)盟的成本、認(rèn)證和缺乏開(kāi)放GPL許可證，因?yàn)镺EM必須要成為聯(lián)盟的成員才能使用其技術(shù)。

Zigbee主要用于家庭自動(dòng)化應(yīng)用，如智能照明、智能恒溫器和家庭能源監(jiān)控。它還常用于工業(yè)自動(dòng)化、智能儀表和安全系統(tǒng)。

2. Z-Wave：短距離、低成本、高可靠

Z-Wave與ZigBee相似，是一種基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。Z-Wave的結(jié)構(gòu)是源路由網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，即所有設(shè)備都連接到一個(gè)中心集線器，通常是路由器或網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)本身由三個(gè)層組成，它們協(xié)同作業(yè)，以確保所有設(shè)備都能夠同時(shí)通信。無(wú)線電層定義了信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線電硬件之間的交換方式，而網(wǎng)絡(luò)層則確定如何控制節(jié)點(diǎn)和設(shè)備之間交換的數(shù)據(jù)。此外，應(yīng)用層將消息分配給特定的應(yīng)用程序，以便完成類(lèi)似于開(kāi)燈這樣的任務(wù)。

Z-Wave的工作頻帶為908.42MHz(美國(guó))~868.42MHz(歐洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps，信號(hào)的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過(guò)100m，適合于窄寬帶應(yīng)用場(chǎng)合。

Z-Wave技術(shù)設(shè)計(jì)用于住宅、照明商業(yè)控制以及狀態(tài)讀取應(yīng)用，例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災(zāi)檢測(cè)等。Z-Wave可將任何獨(dú)立的設(shè)備轉(zhuǎn)換為智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而可以實(shí)現(xiàn)控制和無(wú)線監(jiān)測(cè)。Z-Wave技術(shù)在最初設(shè)計(jì)時(shí)，就定位于智能家居無(wú)線控制領(lǐng)域。采用小數(shù)據(jù)格式傳輸，40kb/s的傳輸速率足以應(yīng)。與同類(lèi)的其他無(wú)線技術(shù)相比，擁有相對(duì)較低的傳輸頻率、相對(duì)較遠(yuǎn)的傳輸距離和一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

3. LoRa：專(zhuān)有、遠(yuǎn)程、便宜且安全

類(lèi)似于Zigbee，LoRaWan是一項(xiàng)專(zhuān)有技術(shù)，由非營(yíng)利組織LoRa聯(lián)盟定義和控制。主要區(qū)別在于，Zigbee是一種短程物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，旨在將多個(gè)設(shè)備緊密連接起來(lái)，而LoRa專(zhuān)注于廣域網(wǎng)。

LoRa特別適用于遠(yuǎn)程通信，其調(diào)制方式相對(duì)于其他通信方式大大增加了通信距離，可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合的遠(yuǎn)距離低速率物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信領(lǐng)域。比如自動(dòng)抄表、樓宇自動(dòng)化設(shè)備、無(wú)線安防系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)視與控制等。具有體積小、功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況對(duì)天線增益進(jìn)行調(diào)節(jié)。

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)典型的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LoRa網(wǎng)關(guān)是一個(gè)透明的中繼，連接終端設(shè)備和服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)IP連接，而終端設(shè)備采用單跳與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)通信，所有的節(jié)點(diǎn)均是雙向通信。LoRa網(wǎng)關(guān)和模塊間以星形網(wǎng)方式組網(wǎng)，而LoRa模塊間理論上可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢(xún)的方式組網(wǎng)，但是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢(xún)效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于星形網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)多通道并行接收,同時(shí)處理多路信號(hào)，這大大增加了網(wǎng)絡(luò)容量。

LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

但隨著LoRa設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)部署的增多，其相互之間會(huì)出現(xiàn)一定的頻譜干擾。

4. LTE-M：蜂窩技術(shù)

LTE-M是一種專(zhuān)為滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)或機(jī)對(duì)機(jī)通信應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)的蜂窩技術(shù)，LTE-M是移動(dòng)電信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線系統(tǒng)，得到了行業(yè)協(xié)會(huì)GSMA和3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織的支持。LTE-M的主要優(yōu)點(diǎn)之一是具有全球連通性的潛力，并且它是唯一適合長(zhǎng)時(shí)間跟蹤移動(dòng)物體的系統(tǒng)。GSMA表示：“該技術(shù)可改善室內(nèi)和室外覆蓋范圍，支持大量的低吞吐量設(shè)備、低延遲靈敏度、超低設(shè)備成本、低設(shè)備功耗的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。”

由于LTE-M是通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)工作的，因此可用于監(jiān)測(cè)、控制和接收在運(yùn)輸工具(例如卡車(chē)、火車(chē)、船等)中的IoT設(shè)備的信息。當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)不可用時(shí)，系統(tǒng)可以退回到WCDMA(3G)或GPRS/EDGE(2G)來(lái)保持連接。

LTE-M還基于蜂窩基站定位提供定位服務(wù)，無(wú)需使用GPS或Galileo等基于衛(wèi)星的系統(tǒng)。對(duì)于需要為其設(shè)備配備基本定位系統(tǒng)的OEM來(lái)說(shuō)，此功能可節(jié)省大量成本。

然而，LTE-M的最大的優(yōu)勢(shì)是安全性。蜂窩連接的設(shè)備需要裝有SIM芯片，它可以嵌入電路板中，并在工廠進(jìn)行預(yù)配，設(shè)置密鑰和簽名。一旦為SIM卡配置了嵌入式密鑰，在沒(méi)有對(duì)設(shè)備進(jìn)行物理訪問(wèn)的情況下，就無(wú)法修改這些密鑰。

SIM是可提供NSA Suite B AES-256加密和身份認(rèn)證的安全模塊。

LTE-M的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是即使在停電期間也可以保持連接。由于它連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)，因此不需要接入點(diǎn)(AP)，只要物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備電池正常工作，它就可以保持連接狀態(tài)。

這就是為什么基于蜂窩的物聯(lián)網(wǎng)連接被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)、家庭、辦公室安全和車(chē)隊(duì)管理等關(guān)鍵應(yīng)用。

LTE-M唯一的問(wèn)題是成本高。要使用該系統(tǒng)，需要訂購(gòu)運(yùn)營(yíng)商服務(wù)，每個(gè)連接的設(shè)備中都需要有一個(gè)SIM卡。

5. NB-IoT：蜂窩技術(shù)

NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。

NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)。NB-IoT使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。

NB-IoT具備四大特點(diǎn)：一是廣覆蓋，將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力;二是具備支撐連接的能力，NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年;四是更低的模塊成本，企業(yè)預(yù)期的單個(gè)接連模塊不超過(guò)5美元。

6. White-Fi和HaLow：低成本、范圍擴(kuò)大，但安全性低

IEEE 802.11af(White-Fi)和IEEE 802.11ah(HaLow)均使用先前授權(quán)的頻譜，并且不會(huì)干擾2.4 GHz和5 GHz頻帶中的傳統(tǒng)Wi-Fi信號(hào)，也不會(huì)干擾2G和3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。部分頻譜與美國(guó)使用的某些LTE信道共享。

White-Fi利用的是廣播電視轉(zhuǎn)向數(shù)字地面電視以及之前的一些UHF頻道停止運(yùn)作時(shí)釋放出來(lái)的數(shù)字紅利。在美國(guó)和歐洲，對(duì)數(shù)字紅利頻譜的使用有不同的規(guī)定，連接的設(shè)備需要定期尋找可用的頻率。

HaLow將Wi-Fi擴(kuò)展到900 MHz頻段，使傳感器和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用所需的低功耗連接成為可能。由于此頻率可免費(fèi)用于基本通信，因此HaLow是IoT的首選Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)。

HaLow的最大問(wèn)題是在全球范圍內(nèi)的未許可頻譜不統(tǒng)一：HaLow在美國(guó)的工作頻率為900 MHz，在歐洲為850 MHz，在中國(guó)為700 MHz，在許多國(guó)家甚至沒(méi)有工作頻譜。

由于低頻帶的特性，這兩種技術(shù)都不適合高速或大容量的數(shù)據(jù)傳輸。但是，它們可以用于為大量部署的設(shè)備提供連接。

HaLow可以提供低至150kbps的數(shù)據(jù)速率。

對(duì)于新一代低功耗設(shè)備來(lái)說(shuō)，低于1 GHz的連接也是至關(guān)重要的，它的電池壽命通常需要達(dá)到數(shù)年。對(duì)于世界各地城市部署的數(shù)十億個(gè)傳感器和監(jiān)控設(shè)備來(lái)說(shuō)，這種電池性能是必不可少的。

HaLow還提供了一些節(jié)電功能，例如目標(biāo)喚醒時(shí)間(TWT)和交通指示圖(TIM)，使IoT設(shè)備能夠在選定的時(shí)間間隔進(jìn)行通信，從而節(jié)省電池電量。

2017年，IEEE推出了另一個(gè)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)：802.11ax(后被正式更名為WiFi 6)。與HaLow相比，802.11ax的優(yōu)勢(shì)在于使用了2.4 GHz和5 GHz頻帶，更適合于本地范圍的物聯(lián)網(wǎng)。

在安全問(wèn)題方面，Wi-Fi缺乏對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)上SIM卡提供的安全元件和硬件加密的保護(hù)。但是，要在大范圍內(nèi)部署數(shù)百或數(shù)千個(gè)無(wú)線傳感器，White-Fi和HaLow可以提供低成本的連接和良好的性能。

什么是最適合您的選擇?

如果你尋求的是一種低成本的解決方案近距離連接非關(guān)鍵設(shè)備，那么Zigbee、Z-Wave或White-Fi可能是最佳選擇。Zigbee的DotDot軟件將幫助你開(kāi)發(fā)與其他Zigbee設(shè)備兼容的解決方案，前提是必須加入Zigbee聯(lián)盟。

對(duì)于遠(yuǎn)距離應(yīng)用，Lo-RaWan、LTE-M或NB-IoT是最佳選擇。LTE-M是最強(qiáng)大、最安全的，也有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的支持，但在價(jià)格上可能也是最昂貴的。它能夠保證全球連接，可用于貨運(yùn)和車(chē)隊(duì)管理。

對(duì)于不需要定位服務(wù)或NSA級(jí)安全性的本地中型網(wǎng)絡(luò)而言，LoRa則是一個(gè)很好的解決方案。

因此，選擇哪種解決方案完全取決于自身的需求，用戶(hù)可以根據(jù)自己的實(shí)際情況擇優(yōu)選擇。