萬(wàn)物互連的物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)

1、藍(lán)牙5.0

藍(lán)牙5.0技術(shù)是由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟2016年12月6日正式發(fā)布，SIG組織是藍(lán)牙技術(shù)的官方組織，它是由全球超過(guò)三萬(wàn)家公司加盟的非盈利機(jī)構(gòu)，也是藍(lán)牙商標(biāo)的所有者。它以制定藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)、推動(dòng)該技術(shù)的普及和發(fā)展為宗旨。

（1）BT5.0

藍(lán)牙技術(shù)本身并不是什么新技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)適用于無(wú)需額外無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的智能手機(jī)和平板電腦，可提供短距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，同時(shí)本身功耗也很低。各種藍(lán)牙產(chǎn)品也隨處可見(jiàn)，舉凡移動(dòng)設(shè)備、耳機(jī)、車(chē)機(jī)等各式消費(fèi)或?qū)I(yè)電子設(shè)備都能發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙的蹤跡。然而卻正是由于藍(lán)牙5.0的發(fā)布，才使得藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的視野。這主要是由于藍(lán)牙5.0相比于上一版本，有了以下特性的改變。

2倍傳輸速度的提升，BT5.0在之前1Mbps的PHY基礎(chǔ)之上，增加了一個(gè)可選的2Mbps的PHY。4倍通訊距離的提升，在降低帶寬提升通訊距離同時(shí)保持功耗不變,允許的最大輸出功率從之前的10mW提升至100mW。使得藍(lán)牙發(fā)射和接受設(shè)備之間的理論有效工作距離增至300米。8倍廣播數(shù)據(jù)容量提升，從BLE4.2的31字節(jié)提升至255字節(jié)，并且可以將原來(lái)的3個(gè)廣播通道擴(kuò)展到37個(gè)廣播通道，增加通道選擇算法,同時(shí)允許無(wú)需配對(duì)接受信標(biāo)的數(shù)據(jù)，比如廣告、Beacon、位置信息等。

基于藍(lán)牙5.0的技術(shù)，使得藍(lán)牙信號(hào)覆蓋范圍更廣，傳輸速度更快，連接更加穩(wěn)定可靠。藍(lán)牙5.0還有支持室內(nèi)定位和導(dǎo)航的功能，結(jié)合WIFI可實(shí)現(xiàn)精確度小于1米的室內(nèi)定位，并且藍(lán)牙5.0還針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用做了很多底層優(yōu)化。

然而僅靠以上這些新特性，藍(lán)牙5.0還不能說(shuō)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的完美解決方案，因?yàn)樗鼪](méi)能很好的解決聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題，各個(gè)藍(lán)牙設(shè)備仍然是獨(dú)立的個(gè)體，且無(wú)法直接接入因特網(wǎng)。于是在2017年7月19日，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟正式推出SIGMesh標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)始全面支持Mesh網(wǎng)絡(luò)。隨著SIGMesh標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，可以說(shuō)是補(bǔ)齊了藍(lán)牙5.0技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上的最后一塊短板，利用這項(xiàng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自組網(wǎng)連接，通過(guò)接入節(jié)點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)跟互聯(lián)網(wǎng)相連，大大減少組網(wǎng)成本。

（2）Mesh組網(wǎng)示意

Mesh網(wǎng)絡(luò)可以使藍(lán)牙設(shè)備直接或間接傳輸信息到接受信息所需的設(shè)備，這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)由于單個(gè)設(shè)備的失效而無(wú)法順利運(yùn)行。由于藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)采用泛洪法從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)設(shè)備傳輸信息到所有的各個(gè)設(shè)備，與路由傳輸方法相比，這種方法需要較少的存儲(chǔ)和較低的處理能耗，故而更節(jié)能。

2、NB-IOT

2014年5月，在GERAN組“FS_IoT_LC”的研究項(xiàng)目中，主要有3項(xiàng)技術(shù)被提出，分別是拓展覆蓋GSM技術(shù)、NB-CIoT技術(shù)和NB-LTE技術(shù)。其中NB-CIoT由華為、高通和Neul聯(lián)合提出，NB-LTE由愛(ài)立信、中興、諾基亞等廠家聯(lián)合提出。最終，在2015年9月的RAN#69次全會(huì)上協(xié)商統(tǒng)一為NB-IoT技術(shù)。

（1）NB-IOT技術(shù)演進(jìn)

從接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)看，NB-IoT是在LTE基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其主要采用了LTE的相關(guān)技術(shù)，并針對(duì)自身特點(diǎn)做了相應(yīng)的修改。當(dāng)NB-IoT與LTE并存部署時(shí)，下行鏈路上NB-IoT和LTE可以做到互不影響。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE網(wǎng)絡(luò)中，即可復(fù)用現(xiàn)有基站以降低部署成本，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IoT是可運(yùn)營(yíng)的電信網(wǎng)絡(luò)，這是NB-IoT區(qū)別于LoRa、SigFox等技術(shù)的關(guān)鍵。

（2）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，覆蓋面積擴(kuò)大100倍；二是具備支撐海量連接的能力，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。

（3）NB-IOT網(wǎng)絡(luò)部署

因?yàn)镹B-IoT自身具備的低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢(shì)，使其可以廣泛應(yīng)用于多種垂直行業(yè)，如遠(yuǎn)程抄表、資產(chǎn)跟蹤、智能停車(chē)、智慧農(nóng)業(yè)、公共監(jiān)測(cè)、企業(yè)安防等。NB-IoT的部署方式較為快捷、靈活，也可以部署在3G/4G網(wǎng)絡(luò)。NB-IoT單扇區(qū)支持5萬(wàn)個(gè)連接，比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)高50倍，目前全球有約500萬(wàn)個(gè)物理站點(diǎn)，假設(shè)全球有約500萬(wàn)個(gè)物理站點(diǎn)，所有站點(diǎn)全部部署NB-IoT，每站點(diǎn)三扇區(qū)共計(jì)可接入終端數(shù)將達(dá)4500億個(gè)。

3、RFID

無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，日常生活中常見(jiàn)的門(mén)禁、食品、安防設(shè)備、交通系統(tǒng)都有RFID技術(shù)的應(yīng)用。

RFID系統(tǒng)的基本組成包括：①讀寫(xiě)器：讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；②天線(xiàn)：在標(biāo)簽和讀寫(xiě)器間傳遞射頻信號(hào)；③標(biāo)簽：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象;

每個(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)全球惟一的ID號(hào)碼UID，UID是在制作芯片時(shí)放在ROM中的，無(wú)法修改，標(biāo)簽根據(jù)其工作方式分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽兩種。讀寫(xiě)器對(duì)標(biāo)簽的操作有三類(lèi)：識(shí)別，讀取UID；讀取，讀取用戶(hù)數(shù)據(jù)；寫(xiě)入，寫(xiě)入用戶(hù)數(shù)據(jù)。

RFID的工作頻率分為低頻和高頻兩類(lèi)，低頻系統(tǒng)工作頻率通常小于30MHz，典型工作頻段為125KHz、225KHz、13.56MHz等。低頻電子標(biāo)簽成本較低，標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較小，讀寫(xiě)距離較短，外形多樣，讀寫(xiě)天線(xiàn)方向性不強(qiáng);高頻系統(tǒng)工作頻率通常大于400MHz，典型工作頻段為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。高頻系統(tǒng)標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大，讀寫(xiě)距離較遠(yuǎn)，能適應(yīng)物體高速運(yùn)動(dòng)，外形一般為卡狀，讀寫(xiě)天線(xiàn)及電子標(biāo)簽天線(xiàn)均有較強(qiáng)的方向性，但成本較高。

RFID技術(shù)借助無(wú)線(xiàn)電原理，讀寫(xiě)器可以無(wú)接觸的跟電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)還具備防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，也可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作方便、快捷。

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