隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，支持這些應(yīng)用的無(wú)線技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)和演變。由于相關(guān)的無(wú)線技術(shù)有很多可能選項(xiàng)，而且還在不斷更新和進(jìn)一步添加，因而很難跟蹤這些無(wú)線技術(shù)。本文將全面概述與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種無(wú)線技術(shù)，包括一些新興的和已有的協(xié)議。
藍(lán)牙信標(biāo)
藍(lán)牙5于2016年12月推出，它采用藍(lán)牙低功耗（BLE）模式，并引入了可選的新接口，將之前的最高數(shù)據(jù)速率翻倍至2Mbps。其更快的數(shù)據(jù)傳輸素率意味著在低能耗模式下需要較高的傳輸功率（+20dB），但因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸時(shí)間要少得多，總體上仍然節(jié)省了功耗。使用2Mbps模式可能會(huì)縮小傳輸距離，但由于藍(lán)牙5的理論作用范圍大約是藍(lán)牙4.2 BLE（最高為近244米）的四倍，因此它仍然是一項(xiàng)重大改進(jìn)。
藍(lán)牙5標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在已經(jīng)使信標(biāo)性能有了顯著提升。以前數(shù)據(jù)有效負(fù)載限制為31字節(jié)，但藍(lán)牙5支持最高255字節(jié)/數(shù)據(jù)包的有效負(fù)載，這意味著信標(biāo)可以在單個(gè)廣播消息中發(fā)送更多信息，因此用戶的設(shè)備不需要一個(gè)app或Internet連接即可訪問(wèn)。藍(lán)牙5的廣播效率提高了八倍，能夠支持更多設(shè)備。因此，信標(biāo)可以用于覆蓋整個(gè)建筑物，能夠用于家庭和商業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。藍(lán)牙5還可以支持質(zhì)量稍低的視頻和音頻流，以及高容量數(shù)據(jù)（例如用于傳輸圖像）的短脈沖串。
Thread網(wǎng)絡(luò)
Thread網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建旨在支持強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，并成為智能家居的標(biāo)準(zhǔn)。然而，這種低功耗網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)展有些不夠連貫。Thread Group成立于2014年，吸引了一些大牌廠商加入，但并沒(méi)有獲得相應(yīng)的市場(chǎng)推動(dòng)力。去年8月，蘋果公司（Apple）加入了該組織，人們普遍認(rèn)為蘋果公司將在其HomeKit配件和控制設(shè)備中采用Thread技術(shù)。但是，目前還沒(méi)有關(guān)于這方面的消息。
Thread網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)仍然可以相互連接。此外，它可以通過(guò)多個(gè)跳數(shù)（hops）支持超過(guò)250個(gè)設(shè)備，并且功率效率如此之高，使用AA電池運(yùn)行的設(shè)備可以持續(xù)工作多年。這意味著由電池供電設(shè)備組成的Thread網(wǎng)絡(luò)在斷電期間仍然可以正常工作，對(duì)于安全和監(jiān)控應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。這還由于所有Thread傳輸都是端到端加密，適用于低功耗設(shè)備。雖然ZigBee和Z-Wave也采用了AES加密，但Thread還采用了銀行級(jí)公鑰加密來(lái)備份。
在1月份，ZigBee聯(lián)盟和Thread Group完成了Dotdot 1.0規(guī)范和Dotdot-over-Thread認(rèn)證計(jì)劃，使兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)互操作，并加速這兩種技術(shù)在目前處于分段化的家庭自動(dòng)化市場(chǎng)中的應(yīng)用。之后在2月份，Nest成為Alphabet的第一個(gè)“其他投注”，將其重新納入谷歌（Google），成為制造Pixel智能手機(jī)和Google Home揚(yáng)聲器硬件部門的一部分。該部門負(fù)責(zé)人Rick Osterloh談到這一舉動(dòng)時(shí)表示：“我們的目標(biāo)是增強(qiáng)Nest的愿景使命：用Google的人工智能和核心助理（Assistant at the core）構(gòu)建一個(gè)更加周到的家庭?！?br/>
Thread的使命是使設(shè)備能夠在沒(méi)有類似Google智能助理（Google Assistant）等中間設(shè)備的情況下相互通信。盡管如此，它很可能仍然是其中的一部分，因?yàn)樗軌蛱峁┖芏鄸|西，而Nest（提供直接支持Thread的少數(shù)幾種產(chǎn)品中的兩種）使用Thread、Wi-Fi和藍(lán)牙的組合與設(shè)備進(jìn)行通信。確實(shí)，只有極少數(shù)產(chǎn)品內(nèi)置有Thread，這是設(shè)計(jì)所致，因?yàn)槿魏位?02.15.4協(xié)議的設(shè)備都可以下載軟件以獲得對(duì)它的支持，因此它不一定是障礙。
LoRaWAN
LoRa代表“遠(yuǎn)程”，與大多數(shù)開(kāi)創(chuàng)性的非蜂窩低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）協(xié)議一樣，LoRaWAN運(yùn)行在工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段。這些頻率是國(guó)際上為這些領(lǐng)域的組織機(jī)構(gòu)保留，可以免費(fèi)使用，并且可以避免移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的干擾。典型應(yīng)用包括資產(chǎn)跟蹤、供應(yīng)鏈、農(nóng)業(yè)、智能城市、智能建筑、家庭自動(dòng)化和智能計(jì)量等等。安裝不需要布線或電源，因?yàn)檫@些設(shè)備采用電池運(yùn)行，而且能夠持續(xù)運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)二十年。
LoRa聯(lián)盟負(fù)責(zé)更新和定義LoRaWAN協(xié)議，以確保設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的互操作性，它是一個(gè)非營(yíng)利性的協(xié)作機(jī)構(gòu)，擁有500多名成員單位。該聯(lián)盟聲稱，LoRa部署在2018年增加了60％以上，去年安裝了近8,000萬(wàn)個(gè)支持LoRa的終端節(jié)點(diǎn)。
由于LoRaWANs可以穿透密集的建筑材料，因而可廣泛應(yīng)用在建筑物內(nèi)，這種信號(hào)能夠進(jìn)入地下室和其他地下場(chǎng)所，并且傳輸范圍可達(dá)10km。完整的AES-128加密使其比Wi-Fi更安全，并且憑借單個(gè)網(wǎng)關(guān)即可覆蓋整個(gè)建筑物或地下停車場(chǎng)的整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，因而需要的網(wǎng)關(guān)數(shù)量也比Wi-Fi更少。LoRaWAN通過(guò)編碼數(shù)據(jù)包依賴于不同的頻率信道和數(shù)據(jù)速率，因此消息不太可能發(fā)生沖突，從而增加了網(wǎng)關(guān)容量。一個(gè)網(wǎng)關(guān)可以支持?jǐn)?shù)百萬(wàn)條消息，使LoRaWAN適合公共網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商同時(shí)關(guān)照許多客戶。
批評(píng)人士稱，LoRaWAN并不是一個(gè)真正的開(kāi)放系統(tǒng)，因?yàn)槠涠褩Ｔ诤艽蟪潭壬弦蕾囉赟emtech的芯片組（該公司于2012年從法國(guó)公司Cycleo購(gòu)買了該技術(shù)）。由于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，許多已有的LPWAN協(xié)議（例如LoRa和Sigfox等）因其專有性質(zhì)可能在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)相悖。但它們是由電信公司開(kāi)發(fā)，因此具有這些公司（及其廣泛的全球基礎(chǔ)設(shè)施）的實(shí)力。
表1：物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中各種無(wú)線協(xié)議概述。
LTE-M
LTE（Cat-M1）通常簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)TE-M，它是第一個(gè)為低功耗、低成本物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的基于LTE的協(xié)議，LTE-M采用1.4 MHz（而不是20MHz）頻譜，平均上傳速度介于200kpbs和400kpbs之間。使用20dBm的發(fā)射功率，電池可以持續(xù)使用十年。在省電模式（PSM）下，節(jié)點(diǎn)可以“深度睡眠”，但仍在網(wǎng)絡(luò)中注冊(cè)，或者“定期喚醒”，這種模式稱為擴(kuò)展的非連續(xù)接收（EDRX）。
目前有大量LTE-M工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使用案例正在被開(kāi)發(fā)，包括聯(lián)網(wǎng)車輛、車隊(duì)/資產(chǎn)管理、智能運(yùn)貨平臺(tái)（smart pallets）、集裝箱監(jiān)控和智能貨架等等。在某些情況下，設(shè)備每天傳輸多次數(shù)據(jù)，而在另一些情況下則只傳輸一次。對(duì)于某些應(yīng)用，只有在達(dá)到某個(gè)閾值（如預(yù)定義的溫度）時(shí)，設(shè)備才會(huì)“喚醒”。
終端設(shè)備在沒(méi)有網(wǎng)關(guān)的情況下能夠連接到網(wǎng)絡(luò)，從而降低了成本。此外，運(yùn)營(yíng)商不必更換天線，只需更新軟件即可。終端設(shè)備與“完全的”LTE設(shè)備相比，其價(jià)格更低，因?yàn)樾酒圃斐杀靖?，僅僅需要支持帶寬更窄的半雙工。服務(wù)成本也比較便宜。這可以歸結(jié)為低比特率，而且周期性通信占用的網(wǎng)絡(luò)容量很小。另一個(gè)部署選項(xiàng)可能是采用藍(lán)牙等短程連接，以用于LTE-M回程上的資產(chǎn)追蹤。
NB-IoT
NB-IoT（Cat-M2）的目標(biāo)與LTE-M類似，但使用低帶寬信號(hào)在GSM和LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通過(guò)利用任何給定時(shí)間未使用的帶寬進(jìn)行通信?？赡艿膽?yīng)用包括智能停車、動(dòng)物跟蹤、智能計(jì)量、零售、自動(dòng)售貨機(jī)、火災(zāi)傳感器和智能照明，以及監(jiān)測(cè)污染、土壤酸度和濕度水平。LTE-M相對(duì)于NB物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是支持更高的數(shù)據(jù)速率和更大的可移動(dòng)性。此外，它還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸語(yǔ)音。也就是說(shuō)，它需要更大的帶寬和更高的成本。
5G的未來(lái)
與基于非蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先鋒相比，LTE-M和NB-IoT起步較晚，但進(jìn)展很快。GSMA聲稱，蜂窩式LPWAN技術(shù)是能夠保證未來(lái)的5G通信，應(yīng)被視為“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”，而不應(yīng)該像前幾代移動(dòng)技術(shù)一樣，成為一個(gè)全新的覆蓋技術(shù)。LTE-M和NB-IoT將支持5G并與之共存。
將全球標(biāo)準(zhǔn)化蜂窩式LPWAN和5G技術(shù)結(jié)合起來(lái)提供服務(wù)是一種很好的營(yíng)銷策略，能夠加強(qiáng)持續(xù)性的概念，而且這些網(wǎng)絡(luò)將在未來(lái)幾十年內(nèi)存在。對(duì)于專有技術(shù)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很難反駁的論點(diǎn)。
ABI Research估計(jì)，到2023年，在智能電表和資產(chǎn)追蹤器（兩者都不需要5G）市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，全球蜂窩和非蜂窩LPWAN連接將以53%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)。從2023年起，預(yù)計(jì)非蜂窩技術(shù)LPWAN的市場(chǎng)占有率將下降，NB-IoT和LTE-M約占連接的55%。即便如此，假設(shè)對(duì)非蜂窩技術(shù)沒(méi)有突然、大規(guī)模的信心崩潰，它們很可能與蜂窩物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)一起運(yùn)行多年。
先進(jìn)蜂窩技術(shù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的影響難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不需要與5G相關(guān)的一些屬性和（至少在最初階段）額外成本。自動(dòng)駕駛車輛等其他應(yīng)用將取決于超低延遲和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片帶來(lái)的靈活性。制定可行的商業(yè)應(yīng)用將是至關(guān)重要的，而且，與以往的技術(shù)領(lǐng)域一樣，現(xiàn)實(shí)需要一段時(shí)間才能趕上這種商業(yè)炒作。